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문제 정의
- 그러나 쉘에 작용하는응력은 막이론에 의한 간략식으로는 정확하게 산정하기 어려운 면이 있고 구조물의 기하학적 형상, 특히 지붕 경사도에 따라서 부재의 응력에 많은 변화가 발생한다. 본 연구에서는 다양한 경사도를 갖는역우산형 쌍곡포물선쉘 지붕에 대해 유한요소 해석을 수행하고 그 결과를 막이론을 바탕으로 하여 콘크리트 구조설계기준§에서 제시된 간략식에 의한결과와의 비교를 통해 설계식의 적절성 여부를 살펴보고 또한 유한요소해석을 통해 얻어진 각 부재에 작용하는 응력 및 역학적 특성을 분석하는 것을목적으로 하였다.
- 본 연구에서는 역우산형 형태의 쌍곡포물선쉘 구조의 거동을 유한요소해석법으로 분석하여 현재 콘크리트설계기준에서 제시하고 있는 막이론에 근거한 부재력 산정 방법과 비교하였다. 유한요소는 지붕면을 구성하는 슬래브는 얇은쉘 요소를 이용하고테두리보와 경사리브는 골조요소를 이용하였다.
가설 설정
- 각 타입별 구조물의 형태는에정리하였다.
- 쉘의 두께는 75mm이며 지붕의 외각면을 구성 하는 테두리 보(edge beam)는 200x150mm의 장방형보이다. 기등을 향해 경사진 리브는 경사진 두 쉘면 사이의 계곡 부분을 평평하게 만든 폭 Im, 높이 200mm의 역삼각형 형태의 보로 구성되었으며 기둥은 850mm 직경의 원형으로 가정하였다. 고정하중은 쉘자중과 등분포 하중으로 환산한 주변보의자중을 포함하여 1.
- <그림 4>에서 쉘외각면의 수직 치켜올림이 2, 400mm인 경우에 대해지붕 슬래브 각 면을 직선모선에 나란하게 각 방향으로 30, 60, 120개로 분할한 경우 즉, 쉘요소의 크기를 각각 500x500mm, 250x250mm, 125x125mm로한 경우 처짐이 가장 큰 지붕 외각 모서리 부분의사용하중에 대한 처짐을 비교하였다. 이때 쉘요소및 보요소의 탄성계수는 248211 MPa로 동일하게가정하였다. 각 경우의 처짐은<표 2>와 같다.
- 한편 전통적인 막이론에 의해서는 (5)식에 제시한 근사값으로 테두리보 중앙부에서의 최대축력을구할 수가 있으며 이 값은 테두리보를 따라 직선으로 변화하는 것으로 가정한다. 유한요소해석에 의한 테두리보의 최대축력과 구조설계기준에서 제안하는 (5)식에 의한 테두리보의 최대축력을 경사도별로 정리하여<표 3>에 나타내었다.
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