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압축을 받는 판 구조의 경제적인 단면 보강을 위해 종방향 보강재인 U형 단면 리브를 적용하는 것이 효과적이나, 현재 국내에서는 명확한 설계지침이나 연구자료가 제시되지 못하고 있다. 따라서 U리브의 적정 크기 및 최적 간격에 대해 검토 후 이에 관한 지침이 제시될 필요성이 있다. 이에, 본 연구에서는 U리브의 단면 크기 및 강성에 따른 탄성좌굴강도 및 좌굴모드의 변화를 알아보고자 한다. 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 고유치 해석을 실시하였고, 이론값과 해석적 결과의 탄성좌굴강도를 비교하였다. 이러한 분석 결과를 토대로 향후 U리브의 최소소요강성 및 단면 선정방안을 제시하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

압축을 받는 판 구조의 경제적인 단면 보강을 위해 종방향 보강재인 U형 단면 리브를 적용하는 것이 효과적이나, 현재 국내에서는 명확한 설계지침이나 연구자료가 제시되지 못하고 있다. 따라서 U리브의 적정 크기 및 최적 간격에 대해 검토 후 이에 관한 지침이 제시될 필요성이 있다. 이에, 본 연구에서는 U리브의 단면 크기 및 강성에 따른 탄성좌굴강도 및 좌굴모드의 변화를 알아보고자 한다. 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 고유치 해석을 실시하였고, 이론값과 해석적 결과의 탄성좌굴강도를 비교하였다. 이러한 분석 결과를 토대로 향후 U리브의 최소소요강성 및 단면 선정방안을 제시하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 각각 3가지 타입의 U리브 두께를 변화시켜 가면서 강성변화에 따른 좌굴모드의 특성을 살펴보고자 한다. 또한 그림 5에 설명된 바와 같이, 좌굴모드 변화에 따른 최소 소요강성 개념이 U리브 보강판에서도 적용될 수 있는지 검토하고자 한다.
• U리브를 적용한 압축을 판 부재를 보다 합리적으로 설계하기 위해서 U리브 적정 크기 및 이에 따른 최적 간격에 대해 면밀히 검토한 후 이에 관한 지침이 제시될 필요성이 있다. 따라서, 본 연구에서는 U리브 크기에 따른 보강된 판의 압축좌굴거동 및 탄성좌굴강도에 대해 수치해석적 변수연구를 실시하였다. 이러한 변수연구를 통해, 종방향 보강재로써 U리브를 적용한 압축을 받는 판 부재의 U리브 단면 크기 및 강성에 따른 탄성좌굴 강도 및 좌굴 모드의 변화를 알아보는데 본 연구의 주 목적이 있다.
• 따라서, 본 연구에서는 해석결과 나타난 탄성좌굴강도를 위의 식(1)과 비교를 통해 평가해 보고자 한다.
• 각각 3가지 타입의 U리브 두께를 변화시켜 가면서 강성변화에 따른 좌굴모드의 특성을 살펴보고자 한다. 또한 그림 5에 설명된 바와 같이, 좌굴모드 변화에 따른 최소 소요강성 개념이 U리브 보강판에서도 적용될 수 있는지 검토하고자 한다.
• 본 연구를 통해 U리브의 크기 및 강성에 따른 좌굴모드의 변화 양상에 대해 검토하였다. U리브 보강판의 탄성좌굴강도 이론값과 해석적 결과에 대해서도 비교 검토하였다.
• 따라서, 본 연구에서는 U리브 크기에 따른 보강된 판의 압축좌굴거동 및 탄성좌굴강도에 대해 수치해석적 변수연구를 실시하였다. 이러한 변수연구를 통해, 종방향 보강재로써 U리브를 적용한 압축을 받는 판 부재의 U리브 단면 크기 및 강성에 따른 탄성좌굴 강도 및 좌굴 모드의 변화를 알아보는데 본 연구의 주 목적이 있다. 이러한 분석 결과를 토대로, 향후 U리브의 최소소요강성 및 단면 선정방안을 명료한 수식체계로써 제시될 수 있을 것으로 기대되며, 이는 예비 설계 단계에서 보강재의 배치 및 단면선정을 용이하게 검토하게 하여 보다 최적화된 설계가 가능해 지는데 크게 이바지 할 것으로 사료된다.

제안 방법

• 본 연구를 통해 U리브의 크기 및 강성에 따른 좌굴모드의 변화 양상에 대해 검토하였다. U리브 보강판의 탄성좌굴강도 이론값과 해석적 결과에 대해서도 비교 검토하였다. 향후, 이러한 연구가 보다 다양한 해석모델에 대해 수행된다면 보강판의 제원 및 재료 특성에 따른 U리브 최적 단면크기 및 강성을 정량적으로 평가할 수 있는 회귀식을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.
• 하중재하 방식은 아래 그림 3과 같이 균일한 압축응력을 양단에서 재하하였으며, 경계조건은 그림 4에서 나타낸 바와 같이 네 변 단순지지 조건을 실현하였다. U리브 크기 및 두께 강성에 따른 탄성좌굴모드 특성을 분석하기 위해 고유치해석을 실시하였다.
• 유한요소 해석을 수행하기 ABAQUS에서 제공하는 S4R5요소를 w₃에 따라 12개, L에 대해서는 최소 108개 이상 분할하도록 하여 요소망을 구성하였다. 하중재하 방식은 아래 그림 3과 같이 균일한 압축응력을 양단에서 재하하였으며, 경계조건은 그림 4에서 나타낸 바와 같이 네 변 단순지지 조건을 실현하였다.

성능/효과

• 보강재의 강성에 따라 전체좌굴 거동 또는 국부판좌굴 거동이 상대적으로 더 지배적일 수 있음을 알 수 있다. 더 구체적으로 말해, U리브의 각 웨브가 판의 고정점을 형성할 수 있는 수준의 강성 확보 여부가 두 가지 좌굴모드의 발생 여부를 결정짓는 중요한 설계 변수가 되는 것이 파악되었다.
• 이번 연구결과로부터 확인된 U리브 보강판의 좌굴 거동의 중요한 특징 중 하나는 U리브 내 구간에서도 물결모양 반사인(Half-sine)곡선의 판좌굴 거동을 보이는 점이다. 이러한 거동은 U리브 웨브간격이 클수록 명확해지는 경향을 보인다.
• 이 때 U리브의 단면강성은 보강판의 상부 면에 나란한 축에 대한 단면2차모멘트로써, 개단면 리브와 유사한 방식으로 고려하기 위해 1/2 단면으로 분할하여 고려하였다. 전체좌굴 거동은 비교적 낮은 고유치 즉 작은 압축내력 상태에서 발생하며, 리브 사이에서의 국부 판좌굴 모드는 보다 강한 압축내력을 갖는 것으로 나타났다. 보강재의 강성에 따라 전체좌굴 거동 또는 국부판좌굴 거동이 상대적으로 더 지배적일 수 있음을 알 수 있다.

후속연구

• 이러한 변수연구를 통해, 종방향 보강재로써 U리브를 적용한 압축을 받는 판 부재의 U리브 단면 크기 및 강성에 따른 탄성좌굴 강도 및 좌굴 모드의 변화를 알아보는데 본 연구의 주 목적이 있다. 이러한 분석 결과를 토대로, 향후 U리브의 최소소요강성 및 단면 선정방안을 명료한 수식체계로써 제시될 수 있을 것으로 기대되며, 이는 예비 설계 단계에서 보강재의 배치 및 단면선정을 용이하게 검토하게 하여 보다 최적화된 설계가 가능해 지는데 크게 이바지 할 것으로 사료된다.
• U리브 보강판의 탄성좌굴강도 이론값과 해석적 결과에 대해서도 비교 검토하였다. 향후, 이러한 연구가 보다 다양한 해석모델에 대해 수행된다면 보강판의 제원 및 재료 특성에 따른 U리브 최적 단면크기 및 강성을 정량적으로 평가할 수 있는 회귀식을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

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