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트러스로 보강된 단일기둥시스템의 탄성좌굴강도에 대한 연구
A Study on Elastic Buckling Strength of Truss-Stayed Single Column System 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.12 no.12, 2011년, pp.5984 - 5989  

김경식 (청주대학교 토목환경공학과)

초록
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양단 핀지지 기둥부재의 중간 위치에 수평재를 연결하고 설치된 수평재의 양끝단과 기둥의 상하끝단을 트러스로 연결된 트러스보강 단일기둥시스템은 보강되지 않은 경우에 비해 그 좌굴강도가 상당수준 향상될 수 있다. 수평재가 설치된 기둥중간지점에서의 수평 및 회전 자유도에 대한 제한하여 기둥의 유효좌굴길이를 줄이는 효과를 통해 강도향상이 구현된다. 본 연구에서는 해석적 해와 탄성 및 비탄성 유한요소해석을 통해 보강된 평면내 단일기둥 시스템의 좌굴강도를 정량적으로 산정하였고 그 결과를 비교하였다. 예제해석을 통해 보강된 단일기둥시스템은 보강되지 않은 단순기둥에 비해 최대 8배까지 좌굴강도가 향상될 수 있음이 확인되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The buckling strength of a pin-ended column may be increased significantly by reinforcing it with an assemblage of cross-arm members rigidly connected to the modpoint of the column and stayed members connecting the ends of the columns and cross-arm members. The purpose of the stays and cross-arm mem...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 Raymond의 해석해 (9)과 (10)의 해석적 해를 도출하여 범용 유한요소해석 프로그램으로 수행한 선형 및 비선형 해석의 결과와 비교하여 타당성을 검토하였다.

가설 설정

  • 좌굴해석에 있어 사장재의 변형에 비해 상대적으로 미미한 수평재의 축방향 변형 효과는 무시된다. 주기둥과 수평재는 강결로, 사재의 양단은 주기둥 및 수평재 연단과 힌지로 연결되었다고 가정된다. 또한 사장기둥시스템은 이상적으로 좌우대칭이며 기둥의 중심에 하중이 재하되는 것으로 간주된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
압축부재의 좌굴강도는 무엇에 지배를 받는가? 압축부재의 좌굴강도는 양단의 경계조건에 의해 결정 되는 유효길이계수를 포함하는 부재의 세장비에 의해 지배받는다. AISC[1]에서는 설계 목적으로 세장비의 크기에 따라 탄성영역과 비탄성영역으로 구분하여 두 개의 곡선으로 구성된 기둥강도곡선을 제안하였다.
AISC에서는 무엇을 제안하였는가? 압축부재의 좌굴강도는 양단의 경계조건에 의해 결정 되는 유효길이계수를 포함하는 부재의 세장비에 의해 지배받는다. AISC[1]에서는 설계 목적으로 세장비의 크기에 따라 탄성영역과 비탄성영역으로 구분하여 두 개의 곡선으로 구성된 기둥강도곡선을 제안하였다. 언급된 AISC에서는 탄성좌굴영역의 압축강도로서 오일러 좌굴 강도의 88% 수준을 인정하고 있다.
범용 유한요소해석 프로그램 ABAQUS를 통해 예제를 해석한 결과는 무엇인가? 보강된 단일기둥 시스템의 좌굴강도를 정량적으로 산정하기 위하여 고유치해석, 비탄성 극한강도해석 및 해석적 해에 의한 방법 등을 적용하여 탄성좌굴강도, 극한탄성강도 및 Raymond 좌굴 강도를 산정하였다. 예제해석결과 사재의 압축거동 차이에 의해 탄성좌굴강도는 비탄성좌굴강도보다 높게 평가 되었으며 Raymond 좌굴강도는 비탄성 좌굴강도와 유사한 결과를 보였으나 다소 보수적인 강도산정을 유도하는 경향을 보였다. 예제해석을 통해 보강된 단일기둥시스템은 보강되지 않은 단순기둥에 비해 최대 8배 정도까지 좌굴강도가 향상될 수 있음이 확인되었다.
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참고문헌 (13)

  1. AISC (American Institute of Steel Construction) Maual of steel construction, Load and Resistance Factor Design, Chicago, 2001. 

  2. Bleich, F. Buckling strength of metal structures, McGraw-Hill Book Co., New York, NY. 1952. 

  3. Timoshenko, S. P. and Gere, J. N. Theory of elastic stability, McGraw-Hill Book Co., New York, NY. 1961. 

  4. Vlasov, V. Z. Thin-walled elastic beams, Israel program for scientific translations Ltd., Jerusalem. 1961. 

  5. Chu, K. H., Berge, S. S. Analysis and design of struts with tension ties. Journal of Structural Division, ASCE, 89(ST1): 127-163. 1963. 

  6. Mauch, H. R., Felton, L. P. Optimum design supported by tension ties. Journal of Structural Division, ASCE, 93(ST 3): 201-220. 1967. 

  7. Smith, E. A. Behavior of columns with pretensioned stays. Journal of Structural Division, ASCE, 111(5): 961-72. 1985. 

  8. Hafez, H. H., Temple, M. C., Ellis, J. S. Pretensioning of single-crossarm stayed columns. Journal of Structural Division, ASCE, 105(ST 2): 359-75. 1979. 

  9. Hathout, I. A., Temple, M. C., Ellis, J. S. Buckling of space stayed columns. Journal of Structural Division, ASCE, 105(ST 9): 1805-22. 1979. 

  10. Temple M. C. Buckling of stayed columns. Journal of Structural Division, ASCE, 103(ST 4): 839-851. 1977. 

  11. ABAQUS Inc. ABAQUS Analysis user's manual. Pawtucket RI. 2003. 

  12. Pi Y-L, Bradford MA. Strength design of steel I-section beams curved in plane. Journal of Structural Engineering, ASCE 127(6): 639-646. 2001. 

  13. Kim, K and Yoo, C. H. Ultimate strengths of steel rectangular box beams subjected to combined action of bending and torsion. Engineering Structures, 30(2008): 1677-1687, 2008. 

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