연속경간 하중을 받는 I형 스텝보의 비탄성 횡-비틀림 좌굴강도산정을 위한 모멘트 구배계수 연구

• 영문명: A Study on Moment Gradient Factor for Inelastic Lateral-Torsional Buckling of Stepped I-Beam Subjected to Uniformly Distributed Load and End Moment
• 발행기관: 한국방재학회
• 저자명: 손지민 박종섭 Son, Ji-Min Park, Jong-Sup
• 간행물 정보: 『2. 한국방재학회 논문집』9권4호, 1~10쪽, 전체 10쪽
• 주제분류: 공학 > 기타공학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2009.08.31

국문 초록

본 논문은 등분포하중과 양끝단에 모멘트가 작용하는 계단식 변단면보(스텝보)의 비선형 횡-비틀림 좌굴에 대해 연구이다. 3차원 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS(2007)와 회귀분석 프로그램 MINITAB(2006)이 단순보 경계조건을 가지고 있는 일단 또는 양단 변단면보의 설계 좌굴강도 산정식 개발에 적용되었다. 해석모델의 비지지길이 내 중앙부분의 플랜지는 폭 30.48cm, 두께 2.54cm로 고정되었으며, 양단 또는 일단 플랜지의 크기는 해석매개변수로 고려되었다. 양단 스텝보는 플랜지 해석매개변수를 고려하여 27개, 일단 스텝보는 36개의 해석모델이 하나의 하중조건에 적용되었다. 본 연구는 잔류응력과 초기변형을 고려하여 비탄성 구간 내 3가지 비지지길이와 5가지 하중조건이 고려된 총 945개의 해석모델을 고려하였다. 잔류응력의 분포는 Pi와 Trahair(1995)가 적용한 분포도를 사용하였으며, 초기변형은 현대제철의 제작기준인 형강길이의 0.1%조건을 적용하였다. 본 논문에 제안된 식과 유한요소해석결과를 비교분석한 결과 양단 스텝보에서는 최대 13%, 일단 스텝보에서는 최대 10%의 차이를 보이고 있다. 본 연구를 통해 개발된 식은 경제적이고 합리적인 설계에 적극활용 가능하며, 변단면 부재의 비탄성 좌굴강도 연구에 크게 기여할 것이다.

영문 초록

This paper investigates inelastic lateral-torsional buckling of stepped beams subjected to uniformly distributed load and end moments. A three-dimensional finite-element program ABAQUS (2007) and a regression program MINITAB(2006) were used to analytically develop new design equation for singly and doubly stepped beams with simple boundary condition. The flanges of the smaller cross-section in the stepped beams were fixed at 30.48 by 2.54 cm, whereas the width and thickness of the flanges of the larger cross-section varied. The web thickness and height of the beams were kept at 1.65 cm and 88.9 cm, respectively. The ratios of the flange thickness, flange width, and stepped length of beam are considered with analytical parameters. Two groups of 27 cases and 36 cases, respectively, were analyzed for doubly and singly stepped beams in the inelastic buckling range. The combined effects of residual stresses and geometrical imperfection on inelastic lateral-torsional buckling of beams are considered. The distributions of residual stress of the cross-section is same as shown in Pi and Trahair (1995) and the initial geometric imperfection of the beam is set by central displacement equal to 0.1% of the unbraced length of beam. The comparisons between results from proposed equations and the results from finite element analyses were presented in this paper. The maximum differences of two results are of 13% for the doubly stepped beam and 10% for the singly stepped beam. The proposed equations definitely improve current design methods for the inelastic lateral-torsional buckling problem and increase efficiency in building and bridge design.

키워드

비탄성 횡-비틀림 좌굴 스텝보 연속보 모멘트 구배계수 보설계 Inelastic Lateral-Torsional Buckling Stepped Beam Continuous Beam Moment Gradient Factor Beam Design