스페이스 프레임 구조물은 연속체 쉘 구조물의 원리를 이용하여 매우 넓은 공간을 효과적 으로 덮을 수 있는 구조물이지만 뜀좌굴 및 분기좌굴 등과 같은 불안정거동은 돔형 구조물에서는 더욱 복잡하게 나타난다. 또한 붕괴메커니즘의 이론적 연구와 실험적 연구결과들 사이에서도 많은 차이를 보인다. 본 논문에서는 미적 효과가 크며 단층의 대공간을 확보하기에 적합한 돔형 공간 구조물의 구조 불안정 특성을 접선강성방정식을 이용하여 비선형 증분해석을 수행하고, Rise-span(${\mu}$)비 및 하중모드($R_L$)에 따른 임계점과 분기점의 특성을 돔형 공간구조물의 예제를 통해 고찰하였다. 여기서 불안정점은 증분해석과정을 통해서 예측할 수 있었으며, 예제에서 낮은 ${\mu}$에서는 전체좌굴이, 높은 ${\mu}$의 경우는 절점좌굴이 지배적이며, 낮은 $R_L$에서 정점좌굴이, 높은 $R_L$에서는 전체좌굴이 지배적이고, 전체좌굴이 나타나는 경우, 분기좌굴하중은 완전형상의 극한점좌굴하중의 약 50%에서 70%의 분포를 보였다.
스페이스 프레임 구조물은 연속체 쉘 구조물의 원리를 이용하여 매우 넓은 공간을 효과적 으로 덮을 수 있는 구조물이지만 뜀좌굴 및 분기좌굴 등과 같은 불안정거동은 돔형 구조물에서는 더욱 복잡하게 나타난다. 또한 붕괴메커니즘의 이론적 연구와 실험적 연구결과들 사이에서도 많은 차이를 보인다. 본 논문에서는 미적 효과가 크며 단층의 대공간을 확보하기에 적합한 돔형 공간 구조물의 구조 불안정 특성을 접선강성방정식을 이용하여 비선형 증분해석을 수행하고, Rise-span(${\mu}$)비 및 하중모드($R_L$)에 따른 임계점과 분기점의 특성을 돔형 공간구조물의 예제를 통해 고찰하였다. 여기서 불안정점은 증분해석과정을 통해서 예측할 수 있었으며, 예제에서 낮은 ${\mu}$에서는 전체좌굴이, 높은 ${\mu}$의 경우는 절점좌굴이 지배적이며, 낮은 $R_L$에서 정점좌굴이, 높은 $R_L$에서는 전체좌굴이 지배적이고, 전체좌굴이 나타나는 경우, 분기좌굴하중은 완전형상의 극한점좌굴하중의 약 50%에서 70%의 분포를 보였다.
Space frame structures have the advantage of constructing a large space structures without column and it may be considered as a shell structure. Nevertheless, with the characteristics of thin and long term of spacing, the unstable problem of space structure could not be set up clearly, and there is ...
Space frame structures have the advantage of constructing a large space structures without column and it may be considered as a shell structure. Nevertheless, with the characteristics of thin and long term of spacing, the unstable problem of space structure could not be set up clearly, and there is a huge difference between theory and experiment. Therefore, in this work, the tangential stiffness matrix of space frame structures is studied to solve the instability problem, and the nonlinear incremental analysis of the structures considering rise-span ratio(${\mu}$) and the ratio of load($R_L$) is performed for searching unstable points. Basing on the results of the example, global buckling can be happened by low rise-span ratio(${\mu}$), nodal buckling can be occurred by high rise-span ratio(${\mu}$). And in case of multi node space structure applying the ratio of load($R_L$), the nodal buckling phenomenon occur at low the ratio of load($R_L$), the global buckling occur a1 high the ratio of load($R_L$). In case of the global buckling, the load of bifurcation is about from 50% to 70% of perfect one's snap-through load.
Space frame structures have the advantage of constructing a large space structures without column and it may be considered as a shell structure. Nevertheless, with the characteristics of thin and long term of spacing, the unstable problem of space structure could not be set up clearly, and there is a huge difference between theory and experiment. Therefore, in this work, the tangential stiffness matrix of space frame structures is studied to solve the instability problem, and the nonlinear incremental analysis of the structures considering rise-span ratio(${\mu}$) and the ratio of load($R_L$) is performed for searching unstable points. Basing on the results of the example, global buckling can be happened by low rise-span ratio(${\mu}$), nodal buckling can be occurred by high rise-span ratio(${\mu}$). And in case of multi node space structure applying the ratio of load($R_L$), the nodal buckling phenomenon occur at low the ratio of load($R_L$), the global buckling occur a1 high the ratio of load($R_L$). In case of the global buckling, the load of bifurcation is about from 50% to 70% of perfect one's snap-through load.
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문제 정의
따라서, 본 논문에서는 미적 효과가 크며 단층의 대공간을 확보하기에 적합한 돔형 스페이스 프레임구조물에 대해서 비선형 평형경로를 탐색할 수 있는 프로그램을 개발하고, 민감한 특성을 지닌 절점좌굴과 전체좌굴 및 각 좌굴현상의 연성으로 발생하는 구조 불안정 현상을 규명하고 분석한다. 여기서, 분석을 위한 파라메타로서 구조물의 Rise-span 비 및 하중모드를 채택하고, 구조물의 불안정점과 좌굴현상간의 불안정 특성이 좌굴하중레벨에 대한 영향을 비교, 고찰 한다.
한다. 본 연구에서는 스페이스 프레임 구조물의 비선형 증분해석을 수행할 수 있는 프로그램을 개발하고, 각 증분단계에서 접선강성행렬을 이용한 불안정점을 분석하도록 한다. 비선형 거동의 분석에서 증분 파라메타로는 변위를 이용하고, 임계점이나 불안정 분기점들에 대한 좌굴하중은 각 하중모드에 대한 하중 파라메타를 의미한다.
이상으로 돔형 스페이스 프레임 구조물의 하중모드에 대한 임계점의 특성에 관하여 정리하였다. 이러한 특성 외에 구조체가 매우 복잡할수록 부재좌굴로 인한 전체좌굴의 영향이나 좌굴현상의 복합적인 불안정 거동은 매우 다양하다.
제안 방법
대공간 구조물 중에서 강성계 이산화 구조시스템으로 분류되는 스페이스 프레임 구조물을 대상으로 불안정 현상을 연구하였다. 변위증분을 통한 비선형해석과 각 증분점의 불안정현상에 대한 판별을 통하여 임계점 특성을 단층 돔형 구조물의 예제를 통하여 살펴 보았다.
현상을 연구하였다. 변위증분을 통한 비선형해석과 각 증분점의 불안정현상에 대한 판별을 통하여 임계점 특성을 단층 돔형 구조물의 예제를 통하여 살펴 보았다. 여기서 고려되어지는 조건은 하중모드비 (Rl)와 Rise-span비 μ 이며, 해석결과를 중심으로 다음과 같이 결론을 요약할 수 있다.
본 장에서는 앞서 언급된 불안정 거동의 특성을 파악하기 위하여 단위 구조물의 불안정 경로를 살펴보고, 형상에 대하여 Rise-span 비 μ를 그리고 하중에 대하여 하중비 化을 파라메타로 설정하여 돔형 스페이스 프레임의 거동을 비교.분석한다.
여기서, 분석을 위한 파라메타로서 구조물의 Rise-span 비 및 하중모드를 채택하고, 구조물의 불안정점과 좌굴현상간의 불안정 특성이 좌굴하중레벨에 대한 영향을 비교, 고찰 한다. 연구에 있어서 저항내력변화에 대한 쉘형 구조물의 불안정거동은 주로 탄성영역에서의 불완전 거동이 중요한 파괴 메커니즘이므로, 비선형 거동 특성의 범위를 기하학적 문제로 접근하여 알아보도록 한다.
여기서, 분석을 위한 파라메타로서 구조물의 Rise-span 비 및 하중모드를 채택하고, 구조물의 불안정점과 좌굴현상간의 불안정 특성이 좌굴하중레벨에 대한 영향을 비교, 고찰 한다. 연구에 있어서 저항내력변화에 대한 쉘형 구조물의 불안정거동은 주로 탄성영역에서의 불완전 거동이 중요한 파괴 메커니즘이므로, 비선형 거동 특성의 범위를 기하학적 문제로 접근하여 알아보도록 한다.
대상 데이터
분석한다. 해석대상구조물은 돔의 형상을 위해 모든 절점이 구면의 정점과 링에 위치하며, 링의 수를 늘려서 해석대상 모델을 구성하도록 한다. 또한 모든 예제의 공통된 초기입력 값 및 파라메타는 표1과 같다.
성능/효과
. 전체좌굴현상이 나타나는 경우, 분기 좌굴하중은 완전형상일 때 극한점좌굴하중의 약 50%에서 70%의 분포를 보였다.
또한, 해석을 수행한 공간구조물의 면적비에 가까운 하중비인 Rl=1 이하의 값에서는 모두 절점좌굴의 형태를 보이고 있으며, 이는 중앙부의 하중이 커지는 경우 1번절점의 국부적인 좌굴만이 발생하는 것을 알 수 있다. 그리고 전체좌굴이 발생하는 하중비 Rl의 값은 모두 1 이상의 범위에서 발생한다.
먼저, 하중비(Rl)가 1 이하의 모델의 해석결과는 모두 분기점이 발생하지 않고 좌굴하중비는 하중비의 감소에 따라 감소한다. 하중비 (Rl)가 1 이상의 구간에서도 분기점이 발생하기 전에 하중비의 증가는 좌굴하중도 또한 증가한다.
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