아치 트러스 및 공간 트러스 구조의 비탄성 비선형 거동해석

Inelastic Nonlinear Analysis of Arch Truss and Space Truss Structures

대공간 구조는 형태저항구조로서, 기둥-보로 구성되는 일반적인 건축골조구조가 설계외력에 대해 휨 및 전단으로 저항되는 것에 반해, 구조물의 내부에 기둥이 없는 공간을 내포하는 대공간 구조는 축력 및 면내 단면력에 의해 저항되는 경우가 대부분이다. 이러한 특성상 공간구조에는 일반적으로 장스팬이 사용되는 경우가 많으며, 그 결과 일반적인 골조와는 달리, 부재에 발생하는 변형도가 작은 경우에도 큰 변형이 발생하는, 즉 대변형 혹은 유한변형을 동반하게 된다. 일반적으로 수치해석에 있어 비선형 해석이란 기하학적 비선형 및 재료적 비선형, 또는 이 두 가지를 동시에 고려한 복합 비선형 해석을 들 수가 있다. 본 논문에서는 유한요소법으로 기하학적 비선형을 고려한 비선형 평형방정식을 적용하고, 부재의 응력-변형률 관계를 이용하여 재료적 비선형성도 함께 고려하였다. 사용된 수치해석 기법은 불안정 경로의 해를 찾아갈 수 있는 호장법을 적용하여 하중-변위 곡선을 추적하였다. 또한, 해석 결과는 범용 유한요소 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 비교 검토하였다. 본 연구의 수치 해석결과 제시한 평면 및 공간 트러스의 비탄성 비선형 거동을 정확하고 효율적으로 예측 가능한 것으로 나타났다.

Spatial structure is an appropriate shape that resists external force only with in-plane force by reducing the influence of bending moment, and it maximizes the effectiveness of structural system. With this character of the spatial structure, generally long span is used. As a result, large deflection is accompanied from the general frame. the structure is apt to result in a large deflection even though this structure experiences a small displacement in absence. Usually, nonlinear analysis in numerical analysis means geometric nonlinearity and material nonlinearity and complex nonlinearity analysis considers both of them. In this study, nonlinear equation of equilibrium considering geometric nonlinearity as per finite element method was applied and also considered the material nonlinearity using the relation of stress-strain in element. It is applied to find unstable result for tracing load-deflection curve in the numerical analysis tech. especially Arc-length method, and result of the analysis was studied by ABAQUS a general purpose of the finite element program. It is found that the present analysis predicts accurate nonlinear behavior of plane and space truss.