• Structural Engineering and Mechanics
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• 제84권1호
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• pp.63-76
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• 2022

Major engineering requirements and technological developments in the steel construction industry are discussed to support a new innovative system, namely corrugated web beams, for future structural projections. These new-generation steel beams, fabricated as welded plate girders with corrugated webs, are designed to combine large spans with very low weight. In the present study, the flexural capacity of optimally designed trapezoidal and sinusoidal corrugated web beams was aimed at. For this purpose, the new metaheuristic methods, specifically hunting search and firefly algorithms, were used for the minimum weight design of both beams according to the rules of Eurocode EN 1193 15 and DASt-Ri 015. In addition, the strengthening effects of the corrugation geometry at the web posts on the load capacity of fabricated steel beams were tested in a reaction frame. The experimental tests displayed that the lateral capacity of trapezoidal web beams is more durable under flexural loads compared to sinusoidal web beams. These thin-walled beams were also simulated using a 3-D finite element model with plane strain to validate test results and describe the effectiveness of the ABAQUS software.

• Steel and Composite Structures
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• 제19권2호
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• pp.277-292
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• 2015

Previous research has shown that steel plate shear walls (SPSWs) are efficient lateral force-resisting systems against both wind and seismic loads. A properly designed SPSW can have high initial stiffness, strength, and energy absorption capacity as well as superior ductility. SPSWs have been commonly designed with unstiffened and stiffened infill plates based on economical and performance considerations. Recent introduction and application of corrugated plates with advantageous structural features has motivated the researchers to consider the employment of such elements in stiffened SPSWs with the aim of lowering the high construction cost of such high-performing systems. On this basis, this paper presents results from a numerical investigation of the hysteretic performance of SPSWs with trapezoidally corrugated infill plates. Finite element cyclic analyses are conducted on a series of flat- and corrugated-web SPSWs to examine the effects of web-plate thickness, corrugation angle, and number of corrugation half-waves on the hysteretic performance of such structural systems. Results of the parametric studies are indicative of effectiveness of increasing of the three aforementioned web-plate geometrical and corrugation parameters in improving the cyclic response and energy absorption capacity of SPSWs with trapezoidally corrugated infill plates. Increasing of the web-plate thickness and number of corrugation half-waves are found to be the most and the least effective in adjusting the hysteretic performance of such promising lateral force-resisting systems, respectively. Findings of this study also show that optimal selection of the web-plate thickness, corrugation angle, and number of corrugation half-waves along with proper design of the boundary frame members can result in high stiffness, strength, and cyclic performances of such corrugated-web SPSWs.

• Steel and Composite Structures
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• 제28권1호
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• pp.51-61
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• 2018

A new I-girder consisted of top concrete-filled tubular flange and corrugated web has been proved to have high resistance to both global buckling of the entire girder and local buckling of the web. This study carries out theoretical analysis and experimental tests for this new I-girder to investigate the stress distribution in the flanges and in the corrugated web. Based on some reasonable assumptions, theoretical equations for calculating the normal stress in the flanges and the shear stress in the corrugated web are presented. To verify the accuracy of the presented equations, experimental tests on two specimens were carried out, and the experimental results of stress distribution were used to assess the theoretical prediction. Comparison between the two results indicates that the presented theoretical equations have enough accuracy for calculating the stress in the new I-girder, and thus they can be used reliably in the design stage.

• 한국철도학회논문집
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• 제10권5호
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• pp.600-606
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• 2007

복부 파형강판 거더와 복합 트러스 거더의 정적 및 동적거동 특성을 분석하기 위해 3차원 유한요소해석을 수행하였고, 이 결과를 등가보 이론에 의한 해석결과와 비교하였다. 등가보 이론은 트러스 구조의 모든 단면제원을 등가의 보로 치환함과 동시에 전단계수 등의 단면특성을 고려한 이론이다. 등가보 이론 적용 시 복부 파형강판 거더의 전단계수는 복부 단면적에 대한 전체 단면적의 비로 산정하였고, 복합 트러스 거더의 전단계수는 Abdel의 계산식을 사용하여 산정하였다. 정적해석 및 자유진동해석 결과 3차원 유한요소모델을 이용한 해석결과가 전단변형을 고려한 등가보 이론에 의한 해석결과와 잘 일치하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제28권2호
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• pp.251-266
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• 2018

Compared to conventional flat web I-beams, the prediction of shear buckling stress of corrugated web steel beams (CWSBs) is not straightforward. But the CWSBs combined advantages of lightweight large spans with low-depth high load-bearing capacities justify dealing with such difficulties. This work investigates experimentally and analytically the shear strength of trapezoidal CWSBs. A set of large scale CWSBs are manufactured and tested to failure in shear. The results are compared with widely accepted CWSBs shear strength prediction models. Confirmed by the experimental results, the linear buckling analyses of trapezoidal corrugated webs demonstrated that the local shear buckling occurs only in the flat plane folds of the web, while the global shear buckling occurs over multiple folds of the web. New analytical prediction model accounting for the interaction between the local and global shear buckling of CWSBs is proposed. Experimental results from the current work and previous studies are compared with the proposed analytical prediction model. The predictions of the proposed model are significantly better than all other studied models. In light of the dispersion of test data, accuracy, consistency, and economical aspects of the prediction models, the authors recommend their proposed model for the design of CWSBs over the rest of the models.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권2A호
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• pp.281-288
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• 2008

콘크리트와 강재의 특성을 살린 복합구조 교량에 있어서 새로운 구조 형식인 복부 파형강판 PSC 박스거더 교량은 시공성 및 경제적인 측면에서 우수한 장점이 있다. 그러나 이와 관련된 기존 연구는 전단 좌굴에 대한 복부 파형강판의 거동 및 접합부의 형상 개발과 관련하여 한정된 측면이 있으며, 교량 자체로서의 비틀림 거동에 대한 연구는 다소 부족한 실정으로 합리적인 비틀림 해석모델의 개발과 거동 예측에 대한 연구가 필요하다고 판단된다. 본 연구에서는 복부 파형강판 PSC 박스거더 교량에 대하여, 공간트러스 모델을 이용한 Rausch의 제안식과 RC 요소의 연화효과가 고려된 평형 방정식, 적합 조건식을 활용하고 복부 파형강판 구조 형태에 의하여 추가적으로 고려해야 할 구성 방정식과 모델, 제안식 등을 적용한 비틀림 해석모델을 제시하고 기존에 수행된 부재 실험결과와의 비교를 통하여 해석모델의 합리성을 검토하였다. 또한 복부 파형강판 PSC 박스의 비틀림 거동에 영향을 미치는 프리스트레싱 힘과 콘크리트 압축강도를 변수로 한 해석을 진행하였으며, 제안된 비틀림 해석모델을 이용하여 복부 파형 강판과 프리스트레스 된 콘크리트 부재의 단면 형상비(H/B)에 따른 해석을 수행하여 보다 합리적인 비틀림 정수와 이와 관련한 수정식을 제안하였다.

• 한국안전학회지
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• 제23권2호
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• pp.87-97
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• 2008

일선대교는 복부 파형강판 복합교랑 형식으로서 연장파 폭원으로는 세계 최대의 규모이다. 총 14개 경간으로 구성된 일선대교는 압출공법(ILM)에 의하여 12개 경간이 연속구조로 건설되고 나머지 2개 경간은 동바리공법(FSM)에 의하여 건설된다. 본 논문에서는 동일한 구조형식으로는 국내에서 최초로 건설되며 해외에서도 유례가 없는 광폭과 장경간의 복부 파형강판 복합교량인 일선대교를 압출공법에 의하여 시공하면서 수행된 구조 안전성분석과 관련된 주제들을 다루고 있다. 이러한 과정을 통하여 지간-형고비, 복부 파형강판의 전단응력, 그리고 압출추진코의 최적 길이 등이 파형강판 복합구조 교량의 시공중 및 사용중 안전성에 큰 영향을 미칠 수 있는 것으로 분석되었다. 특히, 일선대교와 같은 복부 강재구조를 갖는 복합교량은 박스거더, 추진코, 그리고 연결 격벽의 강성차가 크기 때문에 기존의 방법에 의한 단면력 분석은 적합하지 않은 것으로 확인되었다. 이에 따라 압출 추진코의 길이, 구조물의 강성 등을 변수로 압출중 최대 부모멘트에 대한 검토를 수행하였으며 최종적으로는 상세 구조해석을 통하여 구조물의 시공 중 안전성을 확인하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제19권5호
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• pp.463-472
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• 2007

본 연구에서는 균일한 휨모멘트가 작용하는 파형강판 복부판 I-거더의 횡-비틂 좌굴강도에 관하여 이론적 접근 및 유한요소해석을 이용하여 연구를 수행하였다. 횡-비틂 좌굴 강도는 박판 구조를 갖는 I-단면의 휨부재를 설계 하는데 중요한 인자이다. 하지만 파형강판 복부판 I-거더의 뒴비틀림 상수와 같은 비틀림 거동에 대한 이해가 현재까지는 부족한 실정이며, 이에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 휨 및 순수 비틀림 상수를 기존 연구자들의 결과를 이용하여 요약하였으며, 그 후 파형강판 복부판 I-거더 단면의 전단 중심의 위치와 뒴비틀림 상수를 유도하였다. 이러한 단면 상수들을 이용하여 파형강판 복부판 I-거더의 횡-비틂 좌굴 강도를 결정하였으며, 유한요소해석을 수행하여 제안된 파형강판 복부판 I-거더의 횡-비틂 좌굴 강도를 검증하였다. 마지막으로 파형강판의 기하학적 제원이 횡-비틂 좌굴강도에 미치는 영향에 관하여 연구를 수행하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제50권4호
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• pp.501-524
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• 2014

This paper presents a type of composite box girder with corrugated webs and concrete filled steel tube slab to overcome cracking on the web and reduce self-weight. Utilizing corrugated steel web improves the efficiency of prestressing introduced into the top and bottom slabs due to the accordion effect. In order to understand the loading capacity of such new composite structure, experimental and numerical analyses were conducted. A full-scale model was loaded monotonically to investigate the deflection, strain distribution, loading capacity and stiffness during the whole process. The experimental results show that test specimen has enough loading capacity and ductility. Based on experimental works, a finite element (FE) model was established. The load-displacement curves and stress distribution predicted by FE model agree well with that obtained from experiments, which demonstrates the accuracy of proposed FE model. Moreover, simplified theoretical analysis was conducted depending on the assumptions which were confirmed by the experimental and numerical results. The simplified analysis results are identical with the tested and numerical results, which indicate that simplified analytical model can be used to predict the loading capacity of such composite girder accurately. All the findings of present study may provide reference for the application of such structure in bridge construction.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.81-91
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• 2006

파형 강판은 파형 형상으로 가공한 강판으로 교량, 건축물, 암거 등의 구조물에 많이 사용된다. 파형강판을 이용한 거더의 구조물 적용시 국부적인 면내 압축하중에 의해 크리플링현상이 발생할 수 있는데 높은 면외방향의 강성을 갖는 파형강판의 특성 때문에 보강재를 사용하지 않는 경우가 많이 있고 파형형상에 따라 지압하중의 경계조건이 달라진다. 몇 연구자들이 제형파형강판의 지압강도에 대한 연구를 하였으나 파형형상이 지압강도에 미치는 영향이 크게 고려되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 이에 따른 영향을 유한 요소해석법을 통하여 여러 가지 파형형상에 대한 변수해석을 하고 지압강도를 복부판 내하력과 플랜지 내하력으로 나누어 파형 형상과 지압강도와의 상관관계를 파악하였다.