토목구조설계에서 H 또는 I형 강재보는 보통 한 축에 대하여 휨강성을 극대화하여 사용하여 왔다. 반면에 기둥부재는 압축력에 의해 좌굴이 발생한 후 양축에 대하여 휨강도가 차이가 없는 원형 또는 사각단면들로 설계하여왔다. 최근 박벽단면을 적용함으로써 자중을 최소화하거나 장경간, 고층구조의 최적설계를 유도하고 있다. 이러한 설계경향을 만족시키는 대표적인 부재들이 원형과 각형강관들이다. 이 단면들은 양축에 대하여 동일한 휨강도를 나타내며 자중을 최소화시킬수 있다. 원형강관의 설계기준은 제시되어 있으며 충전각형간관의 설계기준은 현재 준비 중이다. 그러나 보강리브가 있던 없던 각형강관의 설계기준은 아직 준비되어 있지 않다.
본 연구는 원형과 각형강관의 좌굴특성을 비교하여 각형강관의 설계정보를 제시하고 있다. 해석모델은 동일한 폭과 직경, 동일한 단면2차모멘트, 동일한 단면적을 가진 원형과 각형강관이다. 원형과 각형강관의 좌굴하중 특성과 분포를 기둥길이, 단면두께 및 리브길이 변화에 따라 분석하였다. 유한요소법을 적용하여 좌굴하중과 좌굴모드를 결정하였으며 해석결과는 오일러좌굴과 판좌굴이론의 좌굴하중과 비교하였다.
장주인 경우, ...
토목구조설계에서 H 또는 I형 강재보는 보통 한 축에 대하여 휨강성을 극대화하여 사용하여 왔다. 반면에 기둥부재는 압축력에 의해 좌굴이 발생한 후 양축에 대하여 휨강도가 차이가 없는 원형 또는 사각단면들로 설계하여왔다. 최근 박벽단면을 적용함으로써 자중을 최소화하거나 장경간, 고층구조의 최적설계를 유도하고 있다. 이러한 설계경향을 만족시키는 대표적인 부재들이 원형과 각형강관들이다. 이 단면들은 양축에 대하여 동일한 휨강도를 나타내며 자중을 최소화시킬수 있다. 원형강관의 설계기준은 제시되어 있으며 충전각형간관의 설계기준은 현재 준비 중이다. 그러나 보강리브가 있던 없던 각형강관의 설계기준은 아직 준비되어 있지 않다.
본 연구는 원형과 각형강관의 좌굴특성을 비교하여 각형강관의 설계정보를 제시하고 있다. 해석모델은 동일한 폭과 직경, 동일한 단면2차모멘트, 동일한 단면적을 가진 원형과 각형강관이다. 원형과 각형강관의 좌굴하중 특성과 분포를 기둥길이, 단면두께 및 리브길이 변화에 따라 분석하였다. 유한요소법을 적용하여 좌굴하중과 좌굴모드를 결정하였으며 해석결과는 오일러좌굴과 판좌굴이론의 좌굴하중과 비교하였다.
장주인 경우, 유한요소법에 의한 원형과 각형강관의 좌굴하중은 오일러의 좌굴하중과 일치하였다. 많은 해석도구 중에서 유한요소법이 보강리브가 있던 없던 각형강관의 해석모델을 가정 이상적으로 나타낼 수 있었다. 단주인 경우, 원형강관은 항복응력에 기초하여 설계할 수 있다. 그러나 각형강관의 계산된 좌굴하중은 판좌굴이론에 의한 해석결과와 일치하고 있다. 그러므로 각형강관 단주의 설계기준은 판좌굴이론을 고려할 필요가 있다.
원형과 각형강관의 좌굴강도는 단면직경 또는 폭, 기둥의 세장비, 단면두께, 리브길이 등에 따라 다양한 분포를 나타낸다. 특히, 각형강관의 좌굴강도는 보강리브의 길이에 따라 크게 증가하므로 각형강관의 보강리브 효과를 고려한 설계기준이 정립되어야 한다.
그러므로 일련의 실험 및 이론적 연구로 원형강관과 다른 구조특성을 고려하여 각형강관을 설계하여야 한다. 특히, 향후 연구에는 보강리브의 설치개수 또는 설치위치에 따른 구조거동을 분석하여야 하며 실험적 방법으로 검증하여야 한다.
토목구조설계에서 H 또는 I형 강재보는 보통 한 축에 대하여 휨강성을 극대화하여 사용하여 왔다. 반면에 기둥부재는 압축력에 의해 좌굴이 발생한 후 양축에 대하여 휨강도가 차이가 없는 원형 또는 사각단면들로 설계하여왔다. 최근 박벽단면을 적용함으로써 자중을 최소화하거나 장경간, 고층구조의 최적설계를 유도하고 있다. 이러한 설계경향을 만족시키는 대표적인 부재들이 원형과 각형강관들이다. 이 단면들은 양축에 대하여 동일한 휨강도를 나타내며 자중을 최소화시킬수 있다. 원형강관의 설계기준은 제시되어 있으며 충전각형간관의 설계기준은 현재 준비 중이다. 그러나 보강리브가 있던 없던 각형강관의 설계기준은 아직 준비되어 있지 않다.
본 연구는 원형과 각형강관의 좌굴특성을 비교하여 각형강관의 설계정보를 제시하고 있다. 해석모델은 동일한 폭과 직경, 동일한 단면2차모멘트, 동일한 단면적을 가진 원형과 각형강관이다. 원형과 각형강관의 좌굴하중 특성과 분포를 기둥길이, 단면두께 및 리브길이 변화에 따라 분석하였다. 유한요소법을 적용하여 좌굴하중과 좌굴모드를 결정하였으며 해석결과는 오일러좌굴과 판좌굴이론의 좌굴하중과 비교하였다.
장주인 경우, 유한요소법에 의한 원형과 각형강관의 좌굴하중은 오일러의 좌굴하중과 일치하였다. 많은 해석도구 중에서 유한요소법이 보강리브가 있던 없던 각형강관의 해석모델을 가정 이상적으로 나타낼 수 있었다. 단주인 경우, 원형강관은 항복응력에 기초하여 설계할 수 있다. 그러나 각형강관의 계산된 좌굴하중은 판좌굴이론에 의한 해석결과와 일치하고 있다. 그러므로 각형강관 단주의 설계기준은 판좌굴이론을 고려할 필요가 있다.
원형과 각형강관의 좌굴강도는 단면직경 또는 폭, 기둥의 세장비, 단면두께, 리브길이 등에 따라 다양한 분포를 나타낸다. 특히, 각형강관의 좌굴강도는 보강리브의 길이에 따라 크게 증가하므로 각형강관의 보강리브 효과를 고려한 설계기준이 정립되어야 한다.
그러므로 일련의 실험 및 이론적 연구로 원형강관과 다른 구조특성을 고려하여 각형강관을 설계하여야 한다. 특히, 향후 연구에는 보강리브의 설치개수 또는 설치위치에 따른 구조거동을 분석하여야 하며 실험적 방법으로 검증하여야 한다.
In design of civil structures, H or I shaped steel beams have been generally used to maximize bending rigidity about an axis. On the other side, column member has been designed with circular or rectangular cross section without difference of flexural strength about both axises after the occurrence o...
In design of civil structures, H or I shaped steel beams have been generally used to maximize bending rigidity about an axis. On the other side, column member has been designed with circular or rectangular cross section without difference of flexural strength about both axises after the occurrence of buckling by compressive force. Recently thin-walled cross section is widely used to minimize the self-weight and apply for the optimal design of long-span and high-rise structures. Circular and rectangular steel tubes are typical member to satisfy these trends of structural design. They show same bending strength about both axises and can minimize self-weight. Design criteria of circular steel tube have been established and design criteria of concrete-filled rectangular steel tube is now established. But design criteria of rectangular steel tube with/without stiffened ribs is not ready yet.
This study presents the design information of rectangular steel tube compared with characteristics of buckling of circular and rectangular steel tubes. The analysis model are circular and rectangular steel tubes with same width and diameter, same second moment of area, and same cross sectional area. Characteristics or distributions of buckling loads of circular and rectangular steel tubes are analyzed according to the changes of column length, thickness and length of rib. Finite element method is used to obtain the buckling loads and buckling modes, and those results are compared with those of Euler buckling and plate buckling theory.
In case of long column, Euler buckling load of circular and rectangular steel tubes are shown to be same as values by FEM. Among a lot of analysis tools, the finite element method can represent appropriately analysis model of rectangular steel tube with/without stiffened ribs. In case of short column, circular steel tube is designed based on yield stress. However, the calculated buckling load of rectangular steel tube can be consistent to those of plate buckling theory. Therefore design criteria of short column with rectangular steel tube needs to be established considering the plate buckling theory.
Buckling strengths of circular and rectangular steel tubes show a variety of distribution depending on sectional width or diameter, slenderness ratio of columns, thickness, and length of rib and so on. Especially, since the buckling strengths of rectangular steel tube increases significantly depending on length of stiffened rib, the design criteria should consider the effects of stiffened rib of rectangular steel tubes.
Therefore, rectangular steel tubes should be designed to consider structural behaviors different with circular steel tube by a series of experimental and theoretical studies. Especially, the structural behaviors according to the number or position of stiffened rib must be analyzed, and then should be verified by means of experiment in future studies.
In design of civil structures, H or I shaped steel beams have been generally used to maximize bending rigidity about an axis. On the other side, column member has been designed with circular or rectangular cross section without difference of flexural strength about both axises after the occurrence of buckling by compressive force. Recently thin-walled cross section is widely used to minimize the self-weight and apply for the optimal design of long-span and high-rise structures. Circular and rectangular steel tubes are typical member to satisfy these trends of structural design. They show same bending strength about both axises and can minimize self-weight. Design criteria of circular steel tube have been established and design criteria of concrete-filled rectangular steel tube is now established. But design criteria of rectangular steel tube with/without stiffened ribs is not ready yet.
This study presents the design information of rectangular steel tube compared with characteristics of buckling of circular and rectangular steel tubes. The analysis model are circular and rectangular steel tubes with same width and diameter, same second moment of area, and same cross sectional area. Characteristics or distributions of buckling loads of circular and rectangular steel tubes are analyzed according to the changes of column length, thickness and length of rib. Finite element method is used to obtain the buckling loads and buckling modes, and those results are compared with those of Euler buckling and plate buckling theory.
In case of long column, Euler buckling load of circular and rectangular steel tubes are shown to be same as values by FEM. Among a lot of analysis tools, the finite element method can represent appropriately analysis model of rectangular steel tube with/without stiffened ribs. In case of short column, circular steel tube is designed based on yield stress. However, the calculated buckling load of rectangular steel tube can be consistent to those of plate buckling theory. Therefore design criteria of short column with rectangular steel tube needs to be established considering the plate buckling theory.
Buckling strengths of circular and rectangular steel tubes show a variety of distribution depending on sectional width or diameter, slenderness ratio of columns, thickness, and length of rib and so on. Especially, since the buckling strengths of rectangular steel tube increases significantly depending on length of stiffened rib, the design criteria should consider the effects of stiffened rib of rectangular steel tubes.
Therefore, rectangular steel tubes should be designed to consider structural behaviors different with circular steel tube by a series of experimental and theoretical studies. Especially, the structural behaviors according to the number or position of stiffened rib must be analyzed, and then should be verified by means of experiment in future studies.
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