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송전철탑의 극한하중 도출을 위한 비선형해석 기법
Development of Nonlinear Analysis Technic to Determine the Ultimate Load in Electric Transmission Tower 원문보기

韓國鋼構造學會 論文集 = Journal of Korean Society of Steel Construction, v.20 no.3 = no.94, 2008년, pp.389 - 398  

김우범 (공주대학교 건축공학과) ,  최병정 (경기대학교 건축공학과) ,  안진규 (공주대학교 건축공학과)

초록
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현행 송전철탑의 경우 허용응력 설계개념을 도입한 철탑설계기준을 적용하여 설계, 제작되고 있으나 탄성해석을 전제로 한 허용응력 설계기법으로는 송전철탑의 명확한 도괴 원인을 규명할 수가 없다. 철탑 도괴의 원인을 규명하기 위해서는 철탑 부 재 및 접합부의 재료 및 기하학적 비선형성을 고려한 2차 변형효과를 고려하여야 한다. 2차 변형에 영향을 주는 요인으로는 부재의 잔류응력, 초기변형, 접합부의 단부구속도 등이 있으며 이는 비선형 대변형 해석을 통하여 거동 파악이 가능하다. 본 연구에서는 선형해석과 비선형해석의 비교를 통하여 비선형 해석의 필요성을 확인하고 비선형 유한요소해석에 따르는 해석상의 복잡함을 줄이기 위해서 등가비선형 해석기법을 개발하고 이로부터 도출된 철탑의 극한하중을 비선형 유한요소해석의 극한하중과 비교를 함으로써 개발기법의 신뢰성을 확인하였다. 개발된 해석기법을 바탕으로 사재의 축력 및 세장비가 주주재의 최대내력에 미치는 영향을 파악하고 실무적 편의성을 제공하기 위하여 이를 도표화 하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The current design practice of electric transmission tower is based on the allowable stress design. However, it is difficult to find the cause behind a transmission tower's collapse by the above design approach as the collapse is caused by large secondary deformations based on and geometrical nonlin...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 접합부의 단부구속도 등이 있으며 이는 비선형 대변형 해석을 통하여 거동 파악이 가능하다. 따라서 본 연구에서는 선형해석과 비선형해석의 비교를 통하여 비선형 해석의 필요성을 확인하고 비선형 유한요소해석에 따르는 해석상의 복잡함을 줄이기 위해서 등가비선형 해석기법을 개발하고 이로부터 도출된 철탑의 극한하중을 비선형 유한요소해석 결과와의 비교를 통하여 개발기법의 신뢰성을 확인하였다.
  • 비선형해석은 강재의 재료적 비선형성과 기하학적 대변형을 고려하였으며 철탑 주주재 및 사재는 보요소로 모델링하였다. 따라서 부재 좌굴 시 절점부의 단부구속 효과가 반영되도록 하였다. 그림 1에서 나타난 바와 같이 주주재 세장비가 30인 경우에는 선형해석에서의 극한하중(Pmg)과 비선형해석에서의 극한하중의 차이가 나타나지 않았으며 이는 초기변형.
  • 본 논문에서는 선형해석과 비선형해석의 비교를 통하여 비선형 해석의 필요성을 확인하고 비선형 유한요소해석에 따르는 해석상의 복잡함을 줄이기 위해서 등가비선형 해석기법 개발하고 이로부터 도출된 철탑의 극한하중을 비선형 유한요소해석의 극한하중과 비교함으로써 개발기법의 신뢰성을 확인하였다.
  • 본 절에서는 ENAT를 철탑에 적용하여 부재의 최대내력을 산출하고 이로부터 철탑의 극한하중을 도출한 결과와 철탑의 비선형 유한요소해석을 사용하여 구한 부재의 최대내력 및 극한하중을 비교 검토함으로써 ENAT의 적용성을 확인하였다.
  • 본 절에서는 표 2와 같이 좌굴내력을 산출하기위하여 3 연모멘트법 올 적용한 알고리즘과 이를 다절점 트러스구조에 적용하기 위하여 3연 모멘트법을 확장한 4연모멘트 알고리즘을 적용하고 이룰 프로그램화 하였다. 프로그램의 구성은 대상 부재 및 인접부재의 길이.

가설 설정

  • 때 다음과 같은 관계식이 성립한다. 각 절점은 강절로 되어있고 절점에는 좌굴 발생 시에 #가 유발된다고 가정한다.
  • 부재의 경우 양단에 인접된 부재는 2개 이상의 경우가 대부분이다. 실제 철탑은 3연속 이상의 다중 경간으로 구성되어 있으나 본 연구에서는 경간을 3연속으로 한정하고 그 이상의 연결된 부재는 없는 것으로 가정하였다. 3연속 이상의 연결 부재의 영향으로 좌굴내력의 증감이 있으나 세장비 100이하의 부재에 있어서는 그 오차가 3%미만이며 세장비 40이하의 경우에는 0.
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참고문헌 (9)

  1. F.G.A. Al-Bermani and S. Kitipornchai, 1992, Nonlinear analysis of transmission towers, Eng. Struct., vol. 14, No. 3, pp.139-151 

  2. Siu Lai Chan and Sritawat Kitipornchai, 1998, Inelastic Post-Buckling Behavior of Tubular Struts, ASCE, Journal of Structural Engineering. Vol. 114, No. 5, pp.1091-1104 

  3. S. Roy, 1984, Secondary Stresses on Transmission Tower Structures, ASCE, Journal of Structural Engineering. Vol. 110, No. 2, pp.157-172 

  4. ABAQUS User's Manual Version 6.5, Hibbit Karlsson, and Sorensen, Inc.,Pawtucke, R,I. 

  5. (사)한국강구조학회, 2004, 강구조의 설계, pp.318-382 

  6. 한국전력공사, 1997, 가공송전용 철탑설계기준 송전편, 설계기준-1111 

  7. A.C. Walker, 1984, Buckling of offshore Structures. 

  8. F. Bleich, McGraw-Hill, Buckling Strength of Metal Structures, 1952, pp.20-30 

  9. 김우범, 2005, 송전철탑 가섭선의 대변형을 고려한 비선형 광역 모델링 개발, 전력선행기술 논문집 

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