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문제 정의
- 플레이트 거더의 최종강도에 대한 대규모 실험적 연구와 이론적 연구는 강재 위주로 연구되어 왔으며 알루미늄 합금에 관한 연구는 매우 미비한 실정이다. 따라서 본 논문에서 패치로딩을 받는 A6082-T6 합금 플레이트 거더의 붕괴모드와 최종강도 예측식을 추정하여 알루미늄 합금 플레이트 거더의 초기 구조설계 시 응용하고자 한다.
제안 방법
- (2) 기 실험모형결과와 EN 1999-1-1:2007 설계코드 결과를 제안 예측식과 비교 검토하여 다음과 같은 결론을 도출하였다. 세장변수 λF가 0-2.
- 본 논문은 패치로딩을 받는 알루미늄 합금(A6082-T6) 플레이트 거더의 최종강도 예측식을 제안하고자 수치모형을 이용하여 해석결과에 관한 회귀분석을 수행하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 알루미늄 합금 플레이트 거더에 대한 문헌 검토를 통해 실험방법을 고찰하고 탄소성 대변형 시리즈 해석을 통한 물리적 관계를 확인하고 합리적인 A6082-T6 합금 플레이트 거더의 최종강도 예측식을 추정하였다.
대상 데이터
- Shell181은 6개의 자유도를 갖고 있으며 대변형, 소성, 초탄성 등을 지원하며 박판구조를 잘 설명할 수 있는 요소이다. 수직보강재는 강체요소 MPC184 요소를 사용하였다. 해석기법은 하중과 변위응답경로를 추적할 수 있는 호장증분법(Arc length method or risk's method)을 이용하여 좌굴 후 거동을 추적하였으며 1차고유치 좌굴 모드를 적용하였다.
데이터처리
- Fig. 9와 Fig. 10은 Table 6과 Table 7에서 나타내고 있는Robert et al.(1998)와 Robert and Shahabian(2000)의 실험모형 결과를 예측식 결과와 EN 1999-1-1:2007 설계코드 결과를 등비관계로 나타내어 세장변수 λF에 따른 영향을 각각 검토하였다.
- Table 3에서 나타낸 것처럼 플레이트 거더의 웹높이(hw)에따른 종횡비(a/hw) 1-3과 하중-폭 비(ss/hw) 0.25-1.5, 세장비(hw/tw) 125로 적용하여 매개변수별 수치해석을 수행하였다. 여기서, a/hw는 플레이트 거더의 종횡비(Aspect ratio), hw/tw는 웹의 세장비(Slenderness ratio), ss/hw는 웹높이에 따른 하중비를 의미한다.
- Table 5와 같이 A6082-T6 합금 플레이트 거더의 최종강도Fu/ Fy와 세장변수 λF의 추정 회귀식을 도출하기 위해 SPSS(Statistical Package for the Social Sciences) 모듈을 사용하여 곡선 추정하였다. SPSS모듈 중 곡선추정으로 구할 수 있는 회귀모형은 Table 5에서 나타낸 것처럼 선형(Linear), 대수(Algebra), 역(Inverse), 2차(2nd order polynomial), 3차(3rd order polynomial), 혼합(Mixture), S, 성장(Growth), 지수(Exponential), 로지스틱(Logistic) 등과 같은 여러 회귀모형으로 정의할 수 있다.
- 탄소성 대변형 시리즈 해석은 내연적 솔버(implicit solver) ANSYS v15.0을 활용하여 해석을 수행하였다. 수치모형의 민감도해석(Sensitivity analysis)은 Oh et al.
이론/모형
- A6082-T6 합금의 재료물성치는 Fig. 1에 나타낸 것처럼 Ramberg-Osgood 법에 의한 응력과 변형률 상관관계로 나타내었다.
- Ramberg-Osgood 법을 적용한 모재영역과 연결영역의 응력과 변형률 상관관계는 식(10)과 식(11)로 나타내었다.
- 0을 활용하여 해석을 수행하였다. 수치모형의 민감도해석(Sensitivity analysis)은 Oh et al.(2014)의 결과를 참고하여 12.5mm×12.5mm 크기로 선정하였다. 요소종류는 웹과 플랜지는 Reissner-Mindlin 판이론에 기반을 둔 판요소 Shell181(4 node Shell181)을 사용하였다.
- 이러한 사항을 보완하여 충분히 예측할 수 있는 제안식을 도출하기 위해 기존 강재 플레이트 거더의 최종강도를 예측할 수 있는 Johansson and Lagerqvist(1995), Winter(1947)와 EN 1993-1-5:2005 설계코드 등 존재하고 있는 예측식 형태로 추정하여 나타내고 있다. Johansson and Lagerqvist(1995)와 Winter(1947)는 식(14)와 식(15)와 같은 2차 멱함수(power function) 형태로 각각 나타내어 제안하고 있다.
- 재료거동은 다중선형(Multi-linear) 특성을 가진 등방경화거동(Isotropic hardening behaviour)을 적용하고 항복평가기준은 식(9)와 같은 본 미세스(von-Mises) 항복기준으로 적용하였다.
- 수직보강재는 강체요소 MPC184 요소를 사용하였다. 해석기법은 하중과 변위응답경로를 추적할 수 있는 호장증분법(Arc length method or risk's method)을 이용하여 좌굴 후 거동을 추적하였으며 1차고유치 좌굴 모드를 적용하였다. 초기처짐 크기는 EN1999-1-1:2007 설계코드에 명시하고 있는#로 적용하였다.
성능/효과
- (1) 본 논문의 예측식은 수치모형의 세장변수와 유한요소해석으로부터 도출된 최종강도간의 상관관계를 표현한 것으로써 패치로딩을 받는 알루미늄 합금 플레이트 거더의 최종강도를 합리적으로 예측할 수 있다.
- (2) 기 실험모형결과와 EN 1999-1-1:2007 설계코드 결과를 제안 예측식과 비교 검토하여 다음과 같은 결론을 도출하였다. 세장변수 λF가 0-2.3일 경우 약 9% 정도의 오차가 발생하며 세장변수 λF가 2.3-4.0일 경우 약 1-2% 정도의 오차가 발생하였다. 이는 제안 예측식 결과가 EN1999-1-1:2007설계코드 결과에 대해 양호하며 예측식의 적정성이 매우 합리적으로 예측할 수 있다.
- 0일 경우 약 1-2% 정도의 오차가 발생하였다. 이는 제안 예측식 결과가 EN1999-1-1:2007설계코드 결과에 대해 양호하며 예측식의 적정성이 매우 합리적으로 예측할 수 있다.
후속연구
- 추후 알루미늄 합금을 적용한 플레이트 거더의 건조방법, 재료특성 등을 고려하여 A6082-T6 합금 플레이트 거더의 최종강도 예측식에 대한 수정 및 제안이 필요할 것으로 판단된다.
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