• 제목/요약/키워드: Inelastic buckling

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균일모멘트를 받는 계단식 I형보의 비탄성 횡-비틀림 좌굴에 관한 연구 (A Study on Inelastic Lateral-Torsional Buckling of Stepped I-Beams Subjected to Pure Bending)

  • 김종민;김승준;박종섭;강영종
    • 한국강구조학회 논문집
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    • 제20권2호
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    • pp.237-246
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    • 2008
  • 연속경간을 가지는 I형강 교량은 내부 지점근처에서 상대적으로 큰 부모멘트가 발생하게 되는데, 이에 경제적인 단면 활용을 위하여 내부 지점부위의 상부 및 하부플랜지에 플레이트를 보강한 변단면을 사용하고 있다. 본 연구에서는 기존 탄성 횡-비틀림 좌굴식에 관한 연구를 토대로 하여 비탄성 구간에 있는 계단식 I형보의 횡-비틀림 좌굴강도를 범용구조해석프로그램 ABAQUS(2006)를 이용하여 산정하고, 간편한 설계식을 제안하고 있다. 유한요소해석에는 4절점 쉘요소인 S4R이 사용되었고, 국내외에서 많이 사용되는 I형강 단면(${W36{\times}160}$)을 대상으로 하였다. 양단 및 한쪽 끝단에 계단식 단면을 가지는 보에 대해서 고려하였으며, 플랜지 길이방향 비, 너비방향 비, 두께의 비로 계단식 I형보를 나타내었다. 해석에 사용된 매개변수는 각각 27가지 및 36가지 조합이고, 하중조건으로 보의 순수굽힘이 발생하는 균일모멘트를 적용시켰으며, 비탄성 구간범위 내에 있는 비지지 길이에 대하여 구조해석을 수행하였다. 비탄성 횡-비틀림 거동을 보기 위하여 잔류응력 및 초기결함을 고려한 비선형해석을 실시하였는데, Pi(1995)등이 고려한 잔류응력의 형상과 국내 I형강 표준 치수 허용치에 근거하여 부재 길이의 0.1%를 초기제작오차로 고려하였다. 본 연구 결과는 다양한 형식의 I형보가 사용되는 빌딩 및 교량의 경제적이고 합리적인 설계의 근간을 제공해 줄 것이며, 향후 다양한 하중 조건을 가지는 양단 또는 일단 계단식 단면 변화보의 비탄성 횡-비틀림 좌굴강도를 계산할 수 있는 설계식 개발에 적극 활용 될 수 있을 것이다.

가상축력을 이용한 좌굴해석 및 HSB800 강재를 적용한 사장교에 대한 적용성 분석 (Buckling Analysis using Fictitious Axial Forces and Its Application to Cable-Stayed Bridges with HSB800 Steel)

  • 최동호;유훈;권순길;임지훈
    • 한국강구조학회 논문집
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    • 제29권1호
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    • pp.13-24
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    • 2017
  • 사장교의 부재별 임계좌굴하중 산정에는 일반적으로 시스템 좌굴해석이 사용된다. 그러나 기존의 시스템 좌굴해석은 압축력이 미소한 부재에 대하여 과도하게 긴 유효좌굴길이를 산정하는 문제점을 내포하고 있다. 본 연구에서는 가상축력을 이용하여 강사장교 부재의 유효좌굴길이를 합리적으로 결정할 수 있는 좌굴해석 방법을 제안하였다. 또한, 수정된 유효접선탄성계수를 이용한 개선된 비탄성 좌굴해석방법을 제시하였다. 제안방법을 예제 사장교 모델에 적용하여 해석결과를 기존의 좌굴해석 방법과 비교 검증하였다. 검증결과, 제안된 방법은 강사장교 거더와 주탑의 유효좌굴길이를 합리적으로 예측할 수 있었다. 그리고 거더와 주탑에 일반강재 대신 HSB800 강재를 적용하였을 경우, 가상축력을 고려하지 않은 제안된 비탄성 좌굴해석에서는 유효좌굴길이가 축력이 작은 부분에서 약간 감소하였으나, 가상축력을 적용한 제안된 비탄성 좌굴해석에서는 유효좌굴길이의 변화가 거의 나타나지 않았다.

Numerical study on buckling of steel web plates with openings

  • Serror, Mohammed H.;Hamed, Ahmed N.;Mourad, Sherif A.
    • Steel and Composite Structures
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    • 제22권6호
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    • pp.1417-1443
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    • 2016
  • Cellular and castellated steel beams are used to obtain higher stiffness and bending capacity using the same weight of steel. In addition, the beam openings may be used as a pass for different mechanical fixtures such as ducts and pipes. The aim of this study is to investigate the effect of different parameters on both elastic and inelastic critical buckling stresses of steel web plates with openings. These parameters are plate aspect ratio; opening shape (circular or rectangular); end distance to the first opening; opening spacing; opening size; plate slenderness ratio; steel grade; and initial web imperfection. The web/flange interaction has been simplified by web edge restraints representing simply supported boundary conditions. A numerical parametric study has been performed through linear and nonlinear finite element (FE) models, where the FE results have been verified against both experimental and numerical results in the literature. The web plates are subject to in-plane linearly varying compression with different loading patterns, ranging from uniform compression to pure bending. A buckling stress modification factor (${\beta}$-factor) has been introduced as a ratio of buckling stress of web plate with openings to buckling stress of the corresponding solid web plate. The variation of ${\beta}$-factor against the aforementioned parameters has been reported. Furthermore, the critical plate slenderness ratio separating elastic buckling and yielding has been identified and discussed for two steel grades of DIN-17100, namely: ST-37/2 and ST-52/3. The FE results revealed that the minimum ${\beta}$-factor is 0.9 for web plates under uniform compression and 0.7 for those under both compression and tension.

Inelastic buckling and post-buckling behavior of gusset plate connections

  • Hadianfard, Mohammad Ali;Khakzad, Ali Reza
    • Steel and Composite Structures
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    • 제22권2호
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    • pp.411-427
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    • 2016
  • In this study, by using finite element non-linear static analysis and comparing it with experimental models, the buckling and post-buckling behavior of bracing gusset plates has been investigated. The effects of such parameters as dimension and thickness of the gusset plate and the influence of position of the bracing member on the behavior of gusset plate have been examined. The results of the analyses clearly suggest that capacity, buckling and post-buckling behaviors of gusset plates depend on the position of the bracing splice plate with respect to the free bending line as well as on the size and thickness of the gusset plate. Also, with respect to numerical analysis results, some practical graphs for the calculation of buckling capacity of gusset plate connections are presented. For steel structures, the proposed method is apparently more accurate than available code procedures.

상자형 복부판의 좌굴 거동에 관한 연구 (A Study on the Buckling Behavior of the Web of Box Girders)

  • 이상우;권영봉
    • 한국강구조학회 논문집
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    • 제9권1호통권30호
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    • pp.37-49
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    • 1997
  • The buckling behavior of the web of steel girders are largely dependent on the size and the location of stiffeners and the restraining effect of top and bottom flanges. Elastic and inelastic buckling analyses based or the Spline Finite Strip Method were executed to study the stiffening effect of the longitudinal stiffener on the web of box girders and to find how the top and bottom flanges had effects on the web, where geometric boundary conditions were limited by both hinged, both fixed and the flange sections. The basic assumption for the longitudinal end boundary conditions was that the vertical stiffeners had the rigidity enough to force nil deflection line on the web panel so that the junction line between web and vertical stiffener was assumed to be hinged boundary conditions. The provisions on the longitudinal stiffener of the plate and box girders of the Korean Standard Highway Bridge Specifications(1995) and AASHTO Specifications(1994 LRFD) were compared with the results obtained numerically for the various longitudinal stiffener size of box girders. Simple equations and design curves for the longitudinal stiffener of the web were proposed for the practical use.

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평면프레임 구조의 개선된 좌굴설계 (Improved Stability Design of Plane Frame Members)

  • 김문영;송주영;경용수
    • 한국강구조학회 논문집
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    • 제18권2호
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    • pp.225-237
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    • 2006
  • 김 등(2005a, b)의 연구를 확장시켜 시스템 좌굴 고유치해석법을 이용한 유효좌굴길이 산정법과 2차 탄성해석기법을 이용한 2차모멘트를 이용하여 축력과 휨모멘트를 받는 라멘구조의 보-기둥부재에 대한 개선된 좌굴설계법을 제안한다. 이를 위하여 먼저 국내도로교설계기준, AISC-LRFD, SRC의 각 설계기준에 제시된 내하력 기준식을 이용하여 응력-변형율 관계를 유도하고, 이를 이용한 탄성 및 비탄성 좌굴 고유치해석을 이용한 유효좌굴길이 산정법을 고찰한다. 또한 라멘구조에 대하여 AISC-LRFD에서 제시하고 있는 좌굴 안정성 검토식과 본 연구에서 제시하는 안정성 검토식을 해석예제를 통하여 비교, 검토를 행한다.

사각튜브의 국부좌굴과 전체좌굴에 관한 연구 (2) (The Relationship Between Local and Overall Buckling of Rectangular Tubes (II) )

  • 한병기;박봉현;안대식
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제22권4호
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    • pp.895-904
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    • 1998
  • This paper presents the results of experimental investigation of the buckling behavior of thin-walled box-section column. The experiments for finding the buckling stress and bifurcation slenderness ratio are performed by the method from AISC. The sets of boundary conditions are both end simply supported, one end simply supported and the other end clamped, and both ends clamped. The types of specimens are clssified by thickness to width ratio. The experiments for the thin-walled rectangular tubes are closely concurrent with the theoretical values of overall buckling load and bifurcation slenderness ratio that are suggested by the part (I) of this paper.

Improved refined plastic hinge analysis accounting for local buckling and lateral-torsional buckling

  • Thai, Huu-Tai;Kim, Seung-Eock;Kim, Jongmin
    • Steel and Composite Structures
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    • 제24권3호
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    • pp.339-349
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    • 2017
  • In this paper, a conventional refined plastic hinge analysis is improved to account for the effects of local buckling and lateral-torsional buckling. The degradation of flexural strength caused by these effects is implicitly considered using practical LRFD equation. The second-order effect is captured using stability functions to minimize modeling and solution time. An incremental-iterative scheme based on the generalized displacement control method is employed to solve the nonlinear equilibrium equations. A computer program is developed to predict the second-order inelastic behavior of space steel frames. To verify the accuracy and efficiency of the proposed program, the obtained results are compared with the existing results and those generated using the commercial finite element package ABAQUS. It can be concluded that the proposed program proves to be a reliable and effective tool for daily use in engineering design.

단층 래티스 돔의 단면산정에 있어서의 형상초기불완전의 영향 (Effects of geometrical initial imperfection in proportioning member sections of single layer reticulated dome)

  • 김종민;황보석;한상을;권택진
    • 한국공간정보시스템학회:학술대회논문집
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    • 한국공간정보시스템학회 2004년도 춘계 학술발표회 논문집 제1권1호(통권1호)
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    • pp.83-88
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    • 2004
  • First author proposed a proportioning method for member sections of a single layer reticulated dome subjected to uniform and non-uniform load without any geometrical initial imperfection, and discussed the validity and effectiveness of the method which was based on linear buckling stress and a knock down factor. However, buckling of a single layer reticulated dome is strongly affected by initial imperfection. It is well known that geometrical initial imperfections reduce the nonlinear buckling capacity of a single layer raticulated dome. Thus, structural engineers may be recommended to reflect the effects of geometrical initial imperfections in proportioning member sections. In this paper, firstly, the presented proportioning method by first author is applied to dome without consideration of any imperfections and the thickness and diameter of each member are determined. Secondly, the load bearing capacities of the proportioned domes are checked with the imperfection, by the inelastic buckling analysis.

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