• Structural Engineering and Mechanics
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• 제14권3호
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• pp.331-343
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• 2002

Because of the increasing span of arch bridges, ultimate capacity analysis recently becomes more focused both on design and construction. This paper investigates the static and ultimate behavior of a long-span steel arch bridge up to failure and evaluates the overall safety of the bridge. The example bridge is a long-span steel arch bridge with a 550 m-long central span under construction in Shanghai, China. This will be the longest central span of any arch bridge in the world. Ultimate behavior of the example bridge is investigated using three methods. Comparisons of the accuracy and reliability of the three methods are given. The effects of material nonlinearity of individual bridge element and distribution pattern of live load and initial lateral deflection of main arch ribs as well as yield stresses of material and changes of temperature on the ultimate load-carrying capacity of the bridge have been studied. The results show that the distribution pattern of live load and yield stresses of material have important effects on bridge behavior. The critical load analyses based on the linear buckling method and geometrically nonlinear buckling method considerably overestimate the load-carrying capacity of the bridge. The ultimate load-carrying capacity analysis and overall safety evaluation of a long-span steel arch bridge should be based on the geometrically and materially nonlinear buckling method. Finally, the in-plane failure mechanism of long-span steel arch bridges is explained by tracing the spread of plastic zones.

• Steel and Composite Structures
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• 제34권4호
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• pp.561-580
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• 2020

Buckling restrained braces (BRBs) were developed as an enhanced alternative to conventional braces by restraining their global buckling, thus allowing development of a stable quasi-symmetric hysteretic response. A wider adoption of buckling restrained braced frames is precluded due to proprietary character of most BRBs and the code requirement for experimental qualification. To overcome these problems, BRBs with capacities corresponding to typical steel multi-storey buildings in Romania were developed and experimentally tested in view of prequalification. In the second part of this paper, a complex nonlinear numerical model for the tested BRBs was developed in the finite element environment Abaqus. The calibration of the numerical model was performed at both component (material models: steel, concrete, unbonding material) and member levels (loading, geometrical imperfections). Geometrically and materially nonlinear analyses including imperfections were performed on buckling restrained braces models under cyclic loading. The calibrated models were further used to perform a parametric study aiming at assessing the influence of the strength of the buckling restraining mechanism, concrete class of the infill material, mechanical properties of steel used for the core, self-weight loading, and frame effect on the cyclic response of buckling restrained braces.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제29권2호
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• pp.123-134
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• 2017

풍력발전 타워용 종방향 보강 원형단면 강재 쉘에 대하여 재료 및 기하학적 비선형 유한요소법(GMNIA)으로 극한압축강도 해석을 수행하였다. 보강 쉘의 반경 대 두께비, 초기변형 형상 및 진폭, 종방향보강재의 면적 및 간격 등의 주요 설계 파라미터가 압축력을 받는 보강 쉘의 극한강도에 미치는 영향을 분석하였으며, DNV 설계기준에 의한 설계좌굴강도와 유한요소해석으로 구한 극한압축강도를 비교하였다. 기하학적 초기결함의 형상은 선형 좌굴해석으로부터 구한 좌굴모드 및 제작 과정에서 용접으로 발생하는 딤플 변형을 고려하였다. 해석 대상 보강 쉘의 반경 대 두께비는 50~200이며, 종방향보강재는 횡비틀림좌굴과 국부좌굴이 발생하지 않도록 DNV 설계기준에 따라 두께와 돌출폭을 결정하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제27권1호
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• pp.109-118
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• 2015

풍력발전 타워용 원형단면 강재 쉘에 대하여 재료 및 기하학적 비선형 유한요소법으로 극한휨강도 해석을 수행하였다. 쉘의 기하학적 초기변형, 반경 대 두께비, 적용 강종 등이 극한휨강도에 미치는 영향을 분석하였으며, Eurocode 3와 AISI 설계기준에 의한 설계휨강도와 유한요소해석으로 구한 극한휨강도를 비교하였다. 비선형 FE 해석에는 DNV-RP-C202에 제시된 쉘의 좌굴모드와 유로코드에 규정된 진원도 허용오차 및 용접에 의한 변형을 기하학적 초기 결함으로 고려하였다. 원통형 쉘의 반경 대 두께비는 60~210 범위를 고려하였으며 SM520과 HSB800 강재로 제작된 것으로 가정하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제30권1호
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• pp.25-35
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• 2018

균일 외압을 받는 링 보강 원형단면 강재 쉘에 대하여 재료 및 기하학적 비선형 유한요소법(GMNIA)을 적용하여 외압강도를 평가하였다. 링 보강 쉘의 기하학적 초기결함의 진폭, 반경 대 두께 비, 링 보강재 간격 대 반경비 등이 외압강도에 미치는 영향을 분석하였으며, Eurocode 3과 DNV 설계기준에 의한 설계 외압 강도와 유한 요소해석으로 구한 외압강도를 비교 평가하였다. 기하학적 초기결함의 형상은 선형탄성 좌굴해석에 의한 좌굴모드를 적용하였으며 보강 쉘의 반경 대 두께 비는 250~500범위를 고려하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권4호
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• pp.429-438
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• 2011

본 연구에서는 스트라치 시스템의 긴장설치과정 및 극한하중 해석을 수행하기 위한 명시적 해석법을 제안하였다. 스트라치 시스템은 Stressed-Arch에서 유래한 용어로 슬리브와 갭이 도입된 유동하현재 내부의 긴장재에 초기장력을 도입함으로써 갭이 점차 닫히게 되며, 이에 따라 상현재에 곡률이 도입되면서 전체 구조물이 상승하여, 최종적인 아치형태의 구조물을 형성하는 독창적인 구조시스템이다. 스트라치 시스템의 초기장력 도입과정을 긴장설치(stress-erection) 과정이라 하며, 초기곡률의 도입에 따라 유동 상현재에는 과도한 초기변형이 발생하여 소성거동에 의한 강체회전이 발생하는 불안정 구조물이 된다. 본 연구에서는 이러한 스트라치 시스템의 불안정 거동특성을 해석하기 위해서 강성행렬을 사용하지 않는 명시적 동적이완법을 사용하여 비선형 평형방정식의 해를 구하였고, 대변위 및 단면의 재료적 특성을 반영할 수 있는 필라맨트 보요소를 사용하여 연속된 상현재의 비선형 거동특성을 분석하였다. 필라맨트 보요소의 단면은 다수의 1차원 필라맨트로 구성되며, 각각의 필라맨트에 대해서 다양한 재료모델을 적용할 수 있다. 본 연구에서는 비선형 재료모델인 Ramberg-Osgood모델 및 Bi-linear 탄소성 모델을 적용하여 긴장설치 및 극한하중 해석을 수행하였고, 그 결과를 이전의 실험적 연구결과와 비교 분석하였다. 본 연구의 해석결과는 이전의 실험적 연구결과와 유사하였으며, 명시적 해석법의 특성상 효율적으로 후좌굴거동 특성까지 해석할 수 있었다.