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문제 정의
- 대부분의 컴퓨터용 구조해석 프로그램에서는 소성 힌지의 일반적인 하중-변형관계를 일련의 선형관계로 입력하도록 요구하므로, 본 절에서는 전 절의 결과를 토대로 그림 7과 같은 구조해석 프로그램에 응용할 수 있는 초기탄성 거동에서 대변형 영역에 이르기까지의 휨모멘트-현회전각 관계와 축인 장력-현회전각 관계를 다중 직선으로 근사하는 방안을 제안하고자 한다.
- 본 연구에서 제안한 힌지모델을 응용한 비선형 동적 연쇄 붕괴해석 절차를 설명하기 위해 다음의 두 가지의 다층 철골 모멘트 골조를 사례를 들어 설명하고자 한다. 그림 9(a)의 Case A는 4베이(bay)로 구성된 3층 철골모멘트골조이다 (Gupta 등, 1999).
- 한편, KWdelwal과 El-Tawil(2007)은철골모멘트골조의 붕괴거동에 대한 직교보(orthogoanl beam) 의 면외방향 견인작용(pulhng action)효과가 현저하지 않음을수치적으로 살펴보았다. 본 연구에서는 바닥판(floor system) 을 포함하지 않은 두 가지의 2차원 철골 모멘트 골조 모델에 대해서 비선형 동적 유한요소해석을 수행하였다.
- 범위에 있다. 본 연구에서는 이러한 점을 고려 하 여피 D를 각각 10, 15, 그리고 20의 3가지 경우를 대상으로 다양한 사이즈를 갖는 보에 대하여 해석을 수행하였다. 보 플랜지와 웨브의 조기 국부좌굴은 접합부의 응력집중을 유발하고 강도 및 에너지 흡수능력의 저하를 수반하므로 연쇄 붕괴방지 설계 시에도 내진설계에서 요구되는 폭-두께비 제한조건을 만족시 킬 것이 요구된다(GSA, 2003; DoD, 2005).
- 본 원고에서는 필자의 최근 연구결과(이철호 등, 2009)를토대로 기둥이 손실된 철골모멘트골조의 2경간 보의 휨모멘트-축인 장력 상호작용을 반영한 근사모델을 제안하고, 근사모델을 사용하여 구조해석 프로그램에 활용할 수 있는 효과적인 병렬소성힌지모델을 소개하고자 한다 .
- 본 원고에서는 필자의 최근 연구를 토대로 기둥제거 시나리오에 기초한 용접 철골모멘트골조의 비선형 동적 연쇄 붕괴해석에 활용될 수 있는 보의 근사모델을 소개하였다. 아울러, 제안한 근사모델을 전산구조해석 프로그램에 활용하면 단시간에 비선형 동적 연쇄붕괴해석 및 설계에 편리하면서도 정확한 결과를 도출할 수 있음을 예시였다.
- 본 절에서는 유한요소해석결과를 토대로 2경간 보의 전형적 거동을 살펴보고자 한다. 그림 3(a)는 본 연구에서 변형의 주요지표로서 사용하는 2경간 중앙부의 수직처짐(们 과 현회전각(beam chord rotation, 0)을 보여준다.
- 아울러, 제안한 근사모델을 전산구조해석 프로그램에 활용하면 단시간에 비선형 동적 연쇄붕괴해석 및 설계에 편리하면서도 정확한 결과를 도출할 수 있음을 예시였다. 연쇄 붕괴해석 시 현수메커니즘을 적절히 고려하는 것이 정확한 해석과 경제적 설계 모두에 매우 중요한 요소임을 보여줌으로써 일반 구조설계 실무자에게 도움을 주고자 하였다.
가설 설정
- 예제구조물은 모두 완전 연성특수모멘트 접합된 것으로 가정하였다. 1층 기둥은 지반에 고정된 것으로 가정한다. 기둥제거 시나리오에 기초하여 그림 9에서 보듯이 1층의 내부기둥 하나가 제거된 것으로 가정하였다.
- 1층 기둥은 지반에 고정된 것으로 가정한다. 기둥제거 시나리오에 기초하여 그림 9에서 보듯이 1층의 내부기둥 하나가 제거된 것으로 가정하였다. 아울러, 슬래브에 의한 강한 정착효과를 모사하기 위해서 골조의 외곽기둥에 수평방향 구속효과를 반영하는 모델을 각각 Case A-R과 Case B-R로 명명하였다.
- 그림 5에서 볼 수 있듯이, 비선형성은 보의 양단부에 집중되는 경향이 있다. 따라서 그림 8에서 보듯이 매크로 근사모델링을 위해서 두 가지(휨과 축인장)의 비탄성 스프링을 사용하여 모든 비탄성 거동은 보의 단부 또는 기둥면에서 발현되는 것으로 가정하였다.
- 아울러, 슬래브에 의한 강한 정착효과를 모사하기 위해서 골조의 외곽기둥에 수평방향 구속효과를 반영하는 모델을 각각 Case A-R과 Case B-R로 명명하였다. 따라서 본 연구에서는 총 4개의 모델을 가정하였다.
- 부재사이즈는 그림 9(a)와 (b)에 각각 나타내었다. 모든 보 와기 둥은 ASTM A992 강재로 가정한다. 예제구조물은 모두 완전 연성특수모멘트 접합된 것으로 가정하였다.
- 모든 보 와기 둥은 ASTM A992 강재로 가정한다. 예제구조물은 모두 완전 연성특수모멘트 접합된 것으로 가정하였다. 1층 기둥은 지반에 고정된 것으로 가정한다.
- 수치해석결과로부터 얻어진 모멘트-현회전각 관계와 축인장력-현회전각 관계를 나타낸 것이다. 접합부가 파괴되지 않는 것으로 가정하고 대변형영역인 현회전각 0.2 rad 까지의 거동을 나타내었다. 이 그림은 〃〃가 2경간 보의 모멘트-축인장력의 상호작용관계를 결정하는 주요 변수임을 명백하게 보여준다.
- 외부(코너) 기둥 또는 외부기둥 다음의 내부기둥은 현수작용을 기대할 수 없으므로 비선형 동적 연쇄붕괴해석시에는 보단부에 휨소성힌지만을 적용하는 것이 적절하다. 한편, 이러한 조건의 기둥을 제외한 내부기둥이 제거되었을 때, 현수작용이 발현되므로 기둥제거 베이의 보의 단부에는 본 연구에서 제안한 병렬소성 힌지를 적용하는 것이 효과적일 것이다.
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