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탄성계수 불확실성을 고려한 반강접 프레임 구조의 확률적 비선형 거동 해석
Probabilistic Nonlinear Analysis of Semi-Rigid Frames Considering Random Elastic Modulus 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.26 no.3, 2013년, pp.191 - 198  

김대영 (세종대학교 건설환경공학과) ,  노혁천 (세종대학교 건설환경공학과)

초록
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본 논문에서는 반강접을 고려한 프레임 구조에서 강재 탄성계수의 불확실성이 프레임 구조의 비선형거동에 미치는 영향을 분석하였다. 강재 탄성계수의 불확실성의 확률분포정규분포모델링 하였으며, 이러한 확률적 물성치를 반강접 프레임의 비선형 거동에 적용할 수 있는 해석 프로그램을 개발하였다. 프레임의 비선형 거동 인수인 기하학적 비선형, 재료적 비선형, 그리고 접합부의 반강접에 의한 비선형 효과를 고려하여, Monte Carlo Simulation에 기반한 확률론적 해석을 수행하였다. 확률론적 해석을 위해 확률변수를 세 종류로 생성하여 사용하였다. 확정론적 해석의 결과는 기존의 연구 결과와 잘 일치하는 결과를 보였다. 확률론적 해석의 경우, 변위의 분산계수는 구조에 작용하는 하중이 증가함에 따라 증가하는 결과를 나타냈으며, 그 값은 프레임구조의 구조적 특성에 영향을 받는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, the effects of uncertain material constant on the nonlinear behavior of steel frames with semi-rigid joints are examined. As to the probabilistic model, a normal distribution is assumed to simulate the uncertain elastic modulus of steel material. A nonlinear structural analysis progra...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 강재 탄성계수의 불확실성이 반강접을 고려한 프레임 구조의 비선형 거동에 미치는 영향을 분석하였다. 강재 탄성계수의 불확실성은 정규분포로 모델링하였으며, 이러한 확률적 물성치를 반강접 프레임의 비선형 거동에 적용할 수 있는 해석프로그램을 개발하였다.
  • 하지만 이러한 반강접 접합부 설계/해석 방법은 실험값에 의한 것이며, 실험식의 종류와 사용된 변수에 따라 결과값이 달라진다. 본 논문에서는 반강접된 프레임의 비선형 해석 프로그램을 개발하고, 여기에 확률적 해석을 더하여, 재료탄성계수의 불확실성을 고려한 확률적 비선형 해석을 수행하였다. 비선형 거동에 대한 확률적 거동은 그 연구 결과가 매우 제한적이며 대부분 몬테카를로 해석을 통한 확률 해석 방식으로 제안되고 있다(Papadopoulos et al.
  • 이 장에서는 반강접 프레임 구조의 해석에 필요한 기하학적 비선형, 재료적 비선형, 접합부의 비선형에 대해 소개하고자 한다.

가설 설정

  • 이를 위하여 불확실 인수인 재료탄성계수에 대한 난수(random number)를 생성해야 하며, 생성된 난수를 비선형해석 프로그램에 적용하여 해석을 수행한다.가정하였고, 변동계수(Coefficient of Variation: COV)는 0.1로 가정하였다. 일반적으로 재료탄성계수는 Log-Normal 분포하는 것으로 나타나고 있으나, 변동계수가 0.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
안정함수란 무엇인가? 기하학적 비선형을 고려하기 위하여 안정함수를 사용하였다. 안정함수란 축 방향력에 의하여 휨 강성이 감소하는 영향을 고려하는 함수로써 부재를 하나 혹은 두 개의 요소로 이상화하여 기하학적 비선형을 고려할 수 있다(Kim, 1997).
현재 반강접 접합부 해석이 가능해진 이유는 무엇인가? 그러나 이는 정확한 설계/해석이라 할 수 없으며, 해석결과 또한 실제 구조물의 거동과 차이가 있다. 현재 컴퓨터의 고성능화와 소프트웨어의 개발, 기술력 향상 등으로 반강접 접합부 해석이 가능하게 되었고, 반강접 접합부의 특성을 이용할 수 있게 되었다(Kang, 1998; Kim, 1997). 반강접 접합부의 특성을 이용하면 구조 부재의 강도 및 강성도를 효율적으로 사용할 수 있으며, 골조 자체의 안전성을 확보해 주며 부재조립 방법을 단순화시키고 시공오차에 대한 조정이 용이하다.
접합부를 강접합 혹은 핀접합으로 이상화하여 설계/해석을 수행할 경우 어떤 문제가 있는가? 과거 프레임의 설계/해석 시 해석시간, 편의 등의 이유로 접합부를 강접합(rigid connection) 혹은 핀접합(pin connection)으로 이상화하여 설계/해석을 수행하였다. 그러나 이는 정확한 설계/해석이라 할 수 없으며, 해석결과 또한 실제 구조물의 거동과 차이가 있다. 현재 컴퓨터의 고성능화와 소프트웨어의 개발, 기술력 향상 등으로 반강접 접합부 해석이 가능하게 되었고, 반강접 접합부의 특성을 이용할 수 있게 되었다(Kang, 1998; Kim, 1997).
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (13)

  1. Kang, S.B. (1998) Semi-Rigid Connection in Steel Framed Structure, Journal of the Architectural Institute of Korea, 42, pp.40-44. 

  2. Kim, S.I., Yoon, C.Y. (2001) A Simplified Nonlinear Analysis of Semi-Rigid Connections in Frames Based on Load Increments, Korean Society of Civil Engineers, 21(2), pp.217-223. 

  3. Kim, S.E. (1997) Direct Design of Semi-Rigid Frame, Korean Society of Civil Engineers, 17(1-6), pp.909-916. 

  4. Choi. C.K., Noh. H C. (1995) Stochastic FE Analysis of Plate Structure, Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea, 8(1), pp.127-136. 

  5. Chen, S.L., Chui, P.P.T. (2000) Non-Linear static and Cyclic Analysis of Steel Frames with Semi-Rigid Connection, Elsevier, Oxford, p.355. 

  6. Chen, W.F., Lui, E.M. (1987) Structural Stability, Elsevier, NewYork, pp.185-187. 

  7. Chen, W.F., Lui, E.M. (1992) Stability Design of Steel Frames, CRC Press, Florida, p.380. 

  8. Chen, W.F, Sohal, I. (1995) Plastic Design and Second-Order Analysis of Steel Frames, Springer-Verlag New York, p.509. 

  9. Chen, W.F., Toma, S. (1992) Advanced Analysis of Steel Frames, CRC Press, Florida, p.195. 

  10. Kishi, N., Chen, W.F. (1990) Moment-Rotation Relations of Semi-Rigid Connection with Angle, J. Struct. Eng, 116(7), pp.1813-1834. 

  11. Noh, H.C., Park, T. (2011) Response Variability of Laminate Composite Plates Due to Spatially Random Material Parameter, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 200, pp.2397-2406. 

  12. Papadopoulos V., Soimiris G., Papadrakakis M. (2013) Buckling Analysis of I-section Portal Frames with Stochastic Imperfections, Engineering Structures, 47, pp.54-66. 

  13. Yamazaki, F., Shinozuka, M. (1990) Simulation of Stochastic Fields by Statistical Preconditioning, Journal of Engineering Mechanics, ASCE, 116(2), pp.268-287. 

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