• 한국강구조학회 논문집
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• 제25권2호
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• pp.141-151
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• 2013

본 연구에서는 균일휨모멘트를 받는 HSB800 강재 플레이트거더의 횡비틀림좌굴(LTB) 강도를 비선형해석으로 평가하였다. 세장, 비조밀 및 조밀 복부판을 갖는 이축대칭단면들을 대상으로 하였으며, 초기처짐과 잔류응력의 영향을 고려하여 비탄성좌굴 영역의 LTB 강도를 평가하였다. 본 연구에서는 단일패널모델과 3-패널모델을 각각 고려하였으며, 이들 모델의 타당성을 평가하기 위해 SM490 강재 거더에 대해 해석을 수행하고 AASHTO, AISC, Eurocode 및 국내 도로교한계상태기준과 비교하였다. 이후 동일한 방법으로 HSB800 강재거더에 대해 LTB 강도 평가 해석을 수행하였으며, 비탄성 영역의 LTB 강도에 대한 현재 기준이 이축대칭 HSB800 강재 거더에서도 적용될 수 있는 것으로 평가되었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제25권2호
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• pp.153-164
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• 2013

본 연구에서는 균일휨모멘트를 받는 일축대칭단면 HSB800 고강도강 플레이트거더의 횡비틂좌굴(LTB) 강도를 비선형해석으로 평가하였다. 압축플랜지 단면이 인장플랜지에 비해 작은 경우와 큰 경우에 대해 각각 세장, 비조밀 및 조밀 복부판을 갖는 단면들을 고려하였으며, 비지지길이는 비탄성 LTB 영역을 대상으로 하였다. Eurocode 3 및 AASHTO, AISC 기준들과의 비교를 위해 단일패널모델과 3-패널모델을 각각 고려하였으며, 모델의 타당성을 평가하기 위해 SM490 강재 거더에 대해 먼저 해석을 수행하고 각 기준과 비교하였다. 이후 동일한 방법으로 HSB800 강재거더에 대해 LTB 강도 평가 해석을 수행하였으며, 압축플랜지 단면이 인장플랜지에 비해 작고 비조밀플랜지-세장/비조밀복부판 단면들은 현재 기준의 휨강도에 도달하지 못하는 결과를 얻었다.

• 국제강구조저널
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• 제18권4호
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• pp.1440-1463
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• 2018

The Wagner coefficient is a key parameter used to describe the inelastic lateral-torsional buckling (LTB) behaviour of the I-beam, since even for a doubly-symmetric I-section with residual stress, it becomes a monosymmetric I-section due to the characteristics of the non-symmetrical distribution of plastic regions. However, so far no theoretical derivation on the energy equation and Wagner's coefficient have been presented due to the limitation of Vlasov's buckling theory. In order to simplify the nonlinear analysis and calculation, this paper presents a simplified mechanical model and an analytical solution for doubly-symmetric I-beams under pure bending, in which residual stresses and yielding are taken into account. According to the plate-beam theory proposed by the lead author, the energy equation for the inelastic LTB of an I-beam is derived in detail, using only the Euler-Bernoulli beam model and the Kirchhoff-plate model. In this derivation, the concept of the instantaneous shear centre is used and its position can be determined naturally by the condition that the coefficient of the cross-term in the strain energy should be zero; formulae for both the critical moment and the corresponding critical beam length are proposed based upon the analytical buckling equation. An analytical formula of the Wagner coefficient is obtained and the validity of Wagner hypothesis is reconfirmed. Finally, the accuracy of the analytical solution is verified by a FEM solution based upon a bi-modulus model of I-beams. It is found that the critical moments given by the analytical solution almost is identical to those given by Trahair's formulae, and hence the analytical solution can be used as a benchmark to verify the results obtained by other numerical algorithms for inelastic LTB behaviour.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제25권2호
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• pp.115-130
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• 2013

본 연구에서는 공칭인장강도 800MPa를 지니는 고강도 강재로 조립된 H형강보의 횡지지거리에 따른 횡비틀림 좌굴강도를 현행 강구조설계기준(KBC 2009, AISC-LRFD 2010)을 바탕으로 평가하였다. 현행 기준은 고강도 강재와 응력도-변형도 특성이 확연히 다른 항복강도 350MPa 이하의 일반강을 전제로 정립된 것으로서, 고강도 강재에 대한 현행 기준의 적합성 여부가 우선 검토되어야 한다. 본 연구의 실험체는 모두 컴팩트 단면으로서 춤-폭비(H/B) 1.7을 갖는 실험군 A(상대적 뒤틀림 강성을 통한 모멘트전달이 작은 경우)와 2.7을 갖는 실험군 B(상대적으로 모멘트전달에 뒤틀림 강성 크게 기여하는 경우)로 구성하였다. 항복 이후의 응력도-변형도 특성의 영향을 받는 비탄성 횡좌굴 거동이 유발되도록 횡지지거리를 제어하면서 횡지지 구간 내에 균등모멘트가 작용하도록 가력하였다. 두 실험군 모두 현행 기준에 요구하는 강도를 충분히 상회하였고, 특히 뒤틀림 거동을 통한 모멘트전달이 크지 않은 실험군 A의 일부실험체는 소성설계에서 요구하는 수준의 회전능력까지 발휘하였다. 이들 실험결과는 현행 기준을 고강도 강재에 보수적으로 확대하여 적용할 수 있음을 보여준다. 실험결과를 좀더 심층적으로 분석하기 위해 일반강 및 고강도강의 응력도-변형도 특성을 고려한 H형강보의 횡지지거리에 따른 비탄성 횡좌굴강도 산정식을 유효접선계수를 반영하여 해석적으로 유도하였다. 이를 통해 소재의 항복강도와 탄성계수만을 고려하여 산정되는 현행 기준의 소성횡지지거리($L_p$) 제한식은, 항복참(yield plateau)없이 즉시 변형경화하는 고강도 강재에 적용하는 경우 보수적인 결과로 귀결됨을 입증하였다. 비탄성 횡좌굴 제어를 위한 횡지지거리는 소재의 항복강도 뿐만 아니라 항복 이후의 변형경화특성까지 반영하여 정의되는 타당하므로 이에 대한 개선의 필요성이 있다.

• Steel and Composite Structures
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• 제46권5호
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• pp.709-718
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• 2023

The absence of an important portion of the web plate in steel beams with multiple circular perforations, cellular beams, causes the web plate to undergo distortions prior to and during lateral torsional buckling (LTB). The conventional LTB equations in the codes and literature underestimate the buckling moments of cellular beams due to web distortions. The present study is an attempt to develop analytical methods for estimating the elastic buckling moments of cellular beams. The proposed methods rely on the reductions in the torsional and warping rigidities of the beams due to web distortions and the reductions in the weak-axis bending and torsional rigidities due to the presence of web openings. To test the accuracy of the analytical estimates from proposed solutions, a total of 114 finite element analyses were conducted for six different standard IPEO sections and varying unbraced lengths within the elastic limits. These analyses clearly indicated that the LTB solutions in the AISC 360-16 and AS4100:2020 codes overestimate the buckling loads of cellular beams within elastic limits, particularly at shorter span lengths. The LDB solutions in the literature and the Eurocode 3 LTB solution, on the other hand, provided conservative buckling moment estimates along the entire range of elastic buckling.

• 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.

• 대한토목학회논문집
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• 제39권1호
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• pp.123-134
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• 2019

본 연구에서는 비조밀 플랜지 단면이 적용된 일축대칭 스텝보의 비탄성 횡-비틀림 좌굴에 대한 새로운 설계식을 제안하였다. 범용유한요소해석 프로그램인 ABAQUS와 회귀분석프로그램인 MINITAB을 사용하여 설계식을 도출하였다. 실험 및 해석에 적용된 매개변수는 플랜지 보강의 길이변수(${\alpha}$), 폭변수(${\beta}$), 두께변수(${\gamma}$)와 비지지길이 비($L_b/h$)가 고려되었으며, 경계조건은 스텝보의 양단을 횡지지하고 힌지/롤러 경계조건 즉 단순보 경계조건을 적용하였다. 제안식 및 해석결과와 비교하기 위한 실험의 경우, 실험체 지간 중앙에서 같은 거리에 있는 2점 하중을 상부플랜지에 가력하여 거동특성을 분석하였다. 본 논문에서 제안된 설계식은 실험결과와 유한요소해석결과의 비교분석을 통하여 합리적인 설계식임을 확인할 수 있었으며, 비조밀플랜지단면이 적용된 일축대칭 스텝보의 횡비틀림좌굴을 계산하는 데 신뢰성 있는 안전한 값을 나타내고 있다.

• 국제초고층학회논문집
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• 제6권3호
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• pp.249-259
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• 2017

The use of high-strength steels in construction of highrise and mega building structures can bring about many technological advantages from fabrication to erection. However, key design criteria such as local and lateral stability in current steel design specifications were developed based on tests of ordinary steels which have stress-strain characteristics very different from that of high strength steels. A series of tests on 800 MPa tensile strength steel (HSA800) members are summarized in this paper which were conducted to investigate the appropriateness of extrapolating current ordinary-steel based design criteria to high strength steels. 800 MPa I-shape beam specimens designed according to flange local buckling (FLB) criteria of the AISC Specification developed a sufficient strength for elastic design and a marginal rotation capacity for plastic design. It is shown that, without introducing distinct and significant yield plateau to the stress-strain property of high-strength steel, it is inherently difficult to achieve a high rotation capacity even if all the current stability limits are met. 800 MPa I-shape beam specimens with both low and high warping rigidity exhibited sufficient lateral torsional buckling (LTB) strength. HSA800 short-column specimens with various edge restraint exhibited sufficient local buckling strength under uniform compression and generally outperformed ordinary steel specimens. The experimental P-M strength was much higher than the AISC nominal P-M strength. The measured residual stresses indicated that the impact of residual stress on inelastic buckling of high-strength steel is less. Cyclic seismic test results showed that HSA800 members have the potential to be used as non-ductile members or members with limited ductility demand in seismic load resisting systems. Finally, recent applications of 800 MPa high strength steel to highrise and mega building structures in Korea are briefly presented.