• Steel and Composite Structures
• /
• 제17권4호
• /
• pp.497-516
• /
• 2014

The ultimate carrying capacity of axially loaded welded square box section members made of medium and high strength steels (nominal yield stresses varying from 345 MPa to 460 MPa), with large width-to-thickness ratios ranging from 35 to 70, is analyzed by finite element method (FEM). At the same time, the numerical results are compared with the predicted results using Direct Strength Method (DSM), modified DSM and Effective Yield Strength Method (EYSM). It shows that curve a, rather than curve b recommended in Code for design of steel structures GB50017-2003, should be used to check the local-overall interaction buckling strength of welded square section columns fabricated from medium and high strength steels when using DSM, modified DSM and EYSM. Despite all this, EYSM is conservative. Compared to EYSM and modified DSM, DSM provides a better prediction of the ultimate capacities of welded square box compression members with large width-thickness ratios over a wide range of width-thickness ratios, slenderness ratios and steel grades. However, for high strength steels (nominal yield strength greater than 460 MPa), the numerical and existent experimental results indicate that DSM overestimates the load-carrying capacities of the columns with width-thickness ratio smaller than 45 and slenderness ratio less than 80. Further, for the purpose of making it suitable for a wider scope, DSM has been modified (called proposed modified DSM). The proposed modified DSM is in excellent agreement with the numerical and existing experimental results.

• Steel and Composite Structures
• /
• 제13권1호
• /
• pp.15-33
• /
• 2012

For an axially loaded box-shaped member, the width-to-thickness ratio of the plate elements preferably should not be greater than 40 for Q235 steel grades in accordance with the Chinese code GB50017-2003. However, in practical engineering the plate width-to-thickness ratio is up to 120, much more than the limiting value. In this paper, a 3D nonlinear finite element model is developed that accounts for both geometrical imperfections and residual stresses and the ultimate capacity of welded built-up box columns, with larger width-to-thickness ratios of 60, 70, 80, and 100, is simulated. At the same time, the interaction buckling strength of these members is determined using the effective width method recommended in the Chinese code GB50018-2002, Eurocode 3 EN1993-1 and American standard ANSI/AISC 360-10 and the direct strength method developed in recent years. The studies show that the finite element model proposed can simulate the behavior of nonlinear buckling of axially loaded box-shaped members very well. The width-to-thickness ratio of the plate elements in welded box section columns can be enlarged up to 100 for Q235 steel grades. Good agreements are observed between the results obtained from the FEM and direct strength method. The modified direct strength method provides a better estimation of the column strength compared to the direct strength method over the full range of plate width-to-thickness ratio. The Chinese code and Eurocode 3 are overly conservative prediction of column capacity while the American standard provides a better prediction and is slightly conservative for b/t = 60. Therefore, it is suggested that the modified direct strength method should be adopted when revising the Chinese code.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제15권6호
• /
• pp.866-876
• /
• 2003

철근 콘크리트 기둥 부재의 경우 하중을 지지한 상태에서 화재의 영향을 받기 때문에 일반적인 재료실험 연구 결과는 그 구조적 거동에서 상이한 거동을 나타낸다. 본 연구에서는 350${\times}$350${\times}$3360mm의 실물크기 철근 콘크리트 기둥 12개에 대하여 재하 하중의 크기, 가열시간, 피복두께, 편심 크기 등을 변수로 하여 화해 시 이들 변수들의 영향을 고찰하였다. 고찰 대상은 기둥 콘크리트의 폭열, 기둥의 길이방향 팽창 및 수축, 좌굴 등이다. 이들 변수들이 기둥 축방향 팽창과 수축, 회전, 좌굴, ISO 기준에 따른 내화력, 구조적 안정성 등에 미치는 영향을 실험에 근거하여 정성적으로 평가하였다. 실험 결과, 축방향 수축은 가열시간에 가장 큰 영향을 받으며 철근이나 부재의 좌굴은 축력의 크기, 가열시간, 피복두께, 편심의 유무에 따른 순으로 영향을 받음이 관찰되었다. 실험 관찰을 통하여 ISO 기준에서 제시한 내화기준에 대한 정성적인 평가를 실시하였다.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제27권2호
• /
• pp.169-180
• /
• 2015

최근 구조물의 내진설계 기준이 2009년도 개정되면서 내진설계기준이 점차 구체화 되고 있다. 이에 따라 내진설계기준이 반영되지 않았거나 현재의 기준을 만족시키지 못하는 국내 구조물에 대해 재 검토 될 필요가 있다. 특히 중 저층 구조물의 경우 횡력 저항 요소는 대부분 가새에 의해 설계되어 있다. 즉 현재 사용 중인 가새가 반복적인 지진하중에도 전체 구조물의 안정성을 확보할 수 있도록 합리적인 보강방안이 구체화 될 필요가 있다. 본 연구에서는 무용접 냉간성형 강재로 조립된 압축가새의 구조적 성능과 거동을 분석하고자 한다. 실험변수는 보강길이 그리고 보강단면 비를 중점으로 구조실험을 수행하였다. 따라서 본 연구에서는 세장한 H형강 가새의 휨좌 굴을 억제하여 압축내력을 발휘토록 보강방안을 제안하였고, 보강안의 압축거동을 검증하기 위해 세장비와 보강량을 변수로 구조 성능 실험을 수행하여 강도, 강성, 변형성능과 파괴거동의 분석을 수행하였다.

• Steel and Composite Structures
• /
• 제26권6호
• /
• pp.745-757
• /
• 2018

The inclusion of a ductile steel bracing as means of repairing an earthquake-damaged bridge bent is evaluated and experimentally assessed for the purposes of restoring the damaged bent's strength and stiffness and further improving the energy dissipation capacity. The study is focused on substandard reinforced concrete multi-column bridge bents constructed in the 1950 to mid-1970 in the United States. These types of bents have numerous deficiencies making them susceptible to seismic damage. Large-scale experiments were used on a two-column reinforced concrete bent to impose considerable damage of the bent through increasing amplitude cyclic deformations. The damaged bent was then repaired by installing a ductile fuse steel brace in the form of a buckling-restrained brace in a diagonal configuration between the columns and using post-tensioned rods to strengthen the cap beam. The brace was secured to the bent using steel gusset plate brackets and post-installed adhesive anchors. The repaired bent was then subjected to increasing amplitude cyclic deformations to reassess the bent performance. A subassemblage test of a nominally identical steel brace was also conducted in an effort to quantify and isolate the ductile fuse behavior. The experimental data from these large-scale experiments were analyzed in terms of the hysteretic response, observed damage, internal member loads, as well as the overall stiffness and energy dissipation characteristics. The results of this study demonstrated the effectiveness of utilizing ductile steel bracing for restoring the bent and preventing further damage to the columns and cap beams while also improving the stiffness and energy dissipation characteristics.

• 전산구조공학
• /
• 제10권1호
• /
• pp.201-211
• /
• 1997

공간뼈대의 구조에 대하여 기하학적 비선형성이 고려될 수 있는 유한요소이론 및 해석법을 제시한다. 이를 위하여 가상일의 원리를 이용하여 대변형효과를 고려한 3차원 연소체의 평형방정식으로부터, 구속된(restrained warping)효과를 무시하고 유한한 회전각의 2차항의 효과를 포함하는 변위장을 도입하여 초기응력을 받는 공간뼈대요소의 증분평형방정식을 유도한다. 공간뼈대구조를 유한요소로 나누어 요소의 변위장을 요소변위 벡터에 관한 Hermitian다항식으로 나타내고 이를 평형방정식에 대입함으로써 탄성 및 가하학적인 강도행렬을 유도한다. 또한 updated Lagrangian co-rotational formulation에 근거하여, 증분변위로부터 강체회전변위와 순수변형성분을 분리시켜서 강체회전은 요소의 방향변화를 결정하고, 순수변형은 부재력증분을 산정하는 불평형하중 산정법을 제시한다. 공간뼈대구조의 횡-비틂좌굴 및 후좌굴 거동에 대한 예제들을 통하여 본 연구에 대한 해석결과와 문헌의 결과를 비교 검토함으로써 본 연구에서 제시된 이론 및 해석방법의 정당성을 입증한다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제21권3호
• /
• pp.102-113
• /
• 2017

비정형 판 부재의 탄소성 좌굴 강도를 평가할 수 있는 새로운 지표를 제안하였다. 부재 경계면에 작용하는 하중 또는 경계면의 변화에 따른 외부일 또는 변형에너지를 부재의 평형 변형경로에 따라 계산하고, 이 에너지의 이차 변분량의 부호가 양에서 음으로 바뀌는 시점을 안정한계로 제안하였다. 판 부재의 단면력을 등분포 또는 선형으로 근사한 상태로 단면력을 사용하여 좌굴한계를 평가하는 현 기법과는 반대로 단면력의 변화가 비선형적인 복잡한 경우에도 간단히 좌굴한계를 평가할 수 있다. 선형탄성 문제에 대해서는 본 기법의 결과와 전통적인 방법이 동일한 결과를 도출한다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제27권1호
• /
• pp.95-102
• /
• 2023

본 연구에서는 다양한 래티스 단부 지점조건을 갖는 철선일체형 데크플레이트의 구조성능을 유한요소해석을 통하여 평가하였다. 해석결과, 래티스 단부에서 풋의 위치가 지점부 구조부재 위에 위치하는 경우가 그렇지 않은 경우에 비해 시스템 강성이 더 큰 것으로 나타났다. 또한 래티스 풋이 지점부에 위치하는 경우, 단부 직봉이 전체 데크플레이트 시스템의 강성과 강도에 미치는 영향은 무시할 정도로 작았다. 특히 래티스 풋의 길이가 40mm 보다 작지 않을 때에는 단부 직봉이 설치되지 않아도 무방한 것으로 평가되었다. 래티스 단부 지지형상이 데크플레이트 시스템의 최대 하중저항 성능에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 조사되었고, 시스템의 파괴모드는 설계의도에 따라 데크플레이트 중앙에서 상부 주철근의 좌굴, 래티스 단부 좌굴, 또는 이들의 조합으로 나타났다.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제17권5호통권78호
• /
• pp.561-568
• /
• 2005

본 논문의 목적은 트러스 인장웨브재의 형상이 정방형 각형강관인 기존 연구(강관웨브형)와 고장력 강봉을 인장웨브재로 사용하기 위해 연결플레이트를 가지는(강봉웨브형) 냉간성형 각형강관 갭 K형 접합부의 거동 비교를 통하여 고장력 강봉 사용의 적정성을 알아보기 위한 것이다. 주관폭두께비가 33.3으로 동일한 강관웨브형 실험체 4개와 강봉웨브형 실험체 8개의 최대내력, 파괴모드, 초기강성, 연성율 등을 비교하였다. 비교 결과, 접합부의 내력은 강관웨브형에서는 압축지관의 선행파괴로 결정되었으며, 강봉웨브형에서는 인장측의 선행파괴로 결정되었다. 무차원화 내력은 동일 폭비에서 강관웨브형이 높게 나타났으며, 폭비 증가에 따른 내력증가현상도 강관웨브형에서 뚜렷하게 나타나고, 강봉웨브형은 일정한 경향이 나타나지 않은 반면에 인장과 압축폭비로 나누어 살펴보면 인장폭비 증가에 따라서는 선형적인 증가현상이 나타남을 알았다. 파괴모드는 강관웨브형의 경우에는 압축지관의 미소 국부좌굴과 인장웨브와 주관 접합면의 소성파괴가 나타났고, 강봉웨브형의 경우는 주관플랜지면 소성변형 후 연결플레이트 용접부위의 파단이 나타났다. 따라서, 강봉웨브형에서 연결 플레이트를 갖는 갭K형 접합부의 경우에는 강관웨브형에 비해 주관의 폭두께비를 낮게 할 필요가 있으며, 폭비도 인장지관과 압축지관과의 관계를 고려하여 결정하여야 할 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제10권3호
• /
• pp.7-17
• /
• 1990

본 연구에서는 트러스구조와 아치구조의 부재단면적 및 기하형상을 동시에 최적화하는 효율적인 근사화 방법을 제안하고자 한다. 설계과정 중, 트러스구조에 대해서는 응력제약조건 및 좌굴응력제약조건을 만족하도록 하고, 아치구조에 대해서는 조합응력 제약조건을 만족하도록 하였다. 최적화에 필요한 구조해석의 수를 줄이기 위해 Force Approximation Method를 사용하였다. 초기치에 대한 유한요소해석이 수행된 다음 설계변수인 부재단면적과 절점좌표들에 대한 부재단면력들의 경사를 계산하였고, 그 경사정보를 이용 부재단면력들의 1차 Taylor급수 전개에 근거를 둔 근사구조 해석을 형성하였다. 이동한계법을 적용하였으며, 근사구조해석으로 부터 얻어진 정보에 의해 구조물의 체적을 최소화 하였다. 형상최적화를 위한 제안된 본 방법의 효율성과 신뢰성을 보이기 위해 수치예를 들어 다른 방법들에 의한 결과와 비교하였다. 그 결과 구조해석의 수를 크게 감소시킬 수 있었으며, 구조물 형상최적화에 매우 효율적으로 적용될 수 있음을 알게 되었다.