원형강교각의 다이아프램 최적 적용에 관한 해석적 연구

장갑철,장경호,Jang, Gab-Chul,Chang, Kyong-Ho 한국공간구조학회 2007 한국공간구조학회지 Vol.7 No.2

최근, 복잡해진 도심지의 토지이용률을 향상시키기 위해 원형 강기둥 구조물의 건설이 점차 요구되고 있다. 원형강기둥 구조물은 유효단면적을 감소함과 동시에 내하력 증가 효과를 기대할 수 있다. 그러나 이러한 원형 강기둥 구조물은 지진 및 피로와 같은 반복하중 작용시 국부좌굴 및 대변형 현상이 발생하며 이로 인하여 대상구조물의 성능이 감소된다. 이러한 내하력 감소 현상을 방지하기 위해 최근 원형 강기둥에 환보강재(다이아프램)의 적용을 고려할 수 있다. 수직보강재의 적용으로 인한 좌굴내하력 및 내진성능의 증가효과는 이미 연구된 바 있으나 다이아프램에 관한 연구는 아직 전무한 실정이다. 단조 및 반복하중 작용시 국부좌굴 및 변형을 효과적으로 방지하기 위해서는 원형강교각에 적용된 다이아프램 설치위치가 중요한 역할을 한다. 그러나 설치위치의 변화에 따른 다이아프램의 내진성증 증가효과에 관해서는 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 기하학적, 재료학적 비선형을 고려한 유한요소프로그램을 이용하여 탄소성해석을 수행하였다. 즉, 다이아프램 설치위치를 파라메타로하여 내진성능을 검토하였다. 본 연구에서는 각 해석모델의 내하력 및 에너지 소산효율을 비교함으로서 원형강교각에 적용된 다이아프램에 관한 내진성능을 명확히 하였다. To improve the land use of urban, Construction of the circular steel column is required recently. The circular steel columns have a advantage for improving a load carrying capacity as wall as reducing a effective section area. However, the circular steel columns under service load, such as earthquake, shows a tendency to cause local buckling and large deformation. To prevent these phenomena, use of diaphragm is considered. It is reported that longitudinal stiffeners has a effect on improving a buckling and fatigue performance of steel structures. The research of effect on diaphragm is not sufficient. Under monotonic and cyclic loadings diaphragm make a important role to prevent local buckling and deformation of used steel structures. Therefore, influence of diaphragm on performance of used steel structures is investigated. In this study, the influence of diaphragm on seismic and deformation performance of circular steel piers was investigated by using elastic-plastic finite element analysis considered geometrical and material non-linearity. The seismic performance of circular steel columns was evaluated for analytical parameter of manufactured part. The seismic performance of circular steel columns was clarified by comparing an energy dissipation of circular steel piers.

콘크리트강도 및 단면특성에 따른 콘크리트 충전강관(CFT) 기둥의 극한강도 분포에 관한 실험적 연구

장갑철,장경호,Jang, Gab-Chul,Chang, Kyong-Ho 한국공간구조학회 2008 한국공간구조학회지 Vol.8 No.5

최근, 교량교각과 같은 기둥구조물의 사용성능을 향상시킴과 동시에 복잡한 도심지 내 효율적 공간활용을 위해 콘크리트 충전강관(CFT: concrete-filled steel tube)의 적용이 점차 증가하고 있다. 이러한 기둥구조물의 정확한 설계를 위해서는 재료 및 기하학적 특성에 따른 콘크리트 충전강관 기둥의 거동에 관한 실험적 연구가 요구된다. 이에 본 연구에서는 압축강도실험을 통하여 외경-두께비 (D/t) 및 강재-콘크리트 단면적비 (As/Ac)에 따른 콘크리트 충전강관 기둥의 극한강도 분포특성에 대해 명확히 파악하였다. 또한 콘크리트 배합강도에 따른 콘크리트 충전강관 기둥의 극한강도 분포특성을 실험을 통하여 명확히 파악하였다. 실험결과의 고찰을 통하여 압축하중을 받는 콘크리트 충전강관 기둥의 극한강도는 콘크리트 강도보다 강과의 단면특성에 주로 의존함을 알 수 있었다. Recently, to improve the load carrying capacity of column structures such as bridge piers, application to concrete-filled steel tube(CFT) type columns are increased more and more. To design the concrete-filled steel tube(CFT) columns in accuracy, influence of material and geometry properties and aspect ratio on ultimate strength of the concrete-filled steel tube column is investigated by experimental researches. In this investigation, the ultimate strength distribution of the concrete-filled steel tube column in accordance with diameter-thickness ratio(D/t) and steel-concrete area ratio(As/Ac) are clarified by the compressive tests. Futhermore, parametric experimental investigation on concrete target strength is performed. It was known from experimental observation that ultimate strength of concrete-filled steel tube column under axial compressive loading more depends on section properties of steel tube rather than concrete strength.

형상비 및 지반특성에 따른 교대 강관파일의 변위특성에 대한 해석적 연구

장갑철,장경호,한중근,이양규,김종렬,Jang, Gab-Chul,Chang, Kyong-Ho,Han, Jung-Geun,Lee, Yang-Koo,Kim, Jong-Ryeol 한국공간구조학회 2007 한국공간구조학회지 Vol.7 No.4

연약지반에서 측방 유동에 의해 주변 지반에 큰 변형을 일으키며 이로 인하여 말뚝기초에 손상을 입히게 된다. 이러한 경우 설치된 말뚝을 수동말뚝이라 하며 편재하중이 작용하게 되고 이로 인해 측방토압을 받게 되며 측방변위가 발생하여 상부구조물에 영향을 미치게 된다. 그러나 국내의 경우 이러한 말뚝과 교대 변위간의 관계에 대한 예측 및 메커니즘에 대한 연구가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 교대이동에 대한 해석을 위해 입체, 판 및 프레임 요소를 복합적으로 해석할 수 있는 연성 3차원 유한요소해석 프로그램을 개발하였다. 개발된 연성해석 프로그램을 이용하여 연약지반상 형상비(두께-지름비, t/D비)를 변수로 한 교대강관파일의 변형특성을 명확히 하였다. The surrounding ground was much transformed by the lateral movement on the soft ground, and consequently the stake basis was damaged. In this case the installed stake is ratted the passive stake, and is actively being researched. When the unevenly distributed load was applied on the stake, and thus the lateral ground pressure was operated, and then the lateral movement was occurred, and consequently the structure is influenced. However, prediction and mechanism for the relationship of piles and abutment deformation is not sufficient. In this paper, coupled three-dimensional finite element analysis, which can be described solid, plate and frame elements at the same time, is developed by the authors. The lateral movement of bridge abutment for the aspect ratio of steel piles on soft clay is clarified by using developed numerical analysis.

수직보강재가 원형강기둥의 이력거동에 미치는 영향에 대한 해석적 연구

장갑철,장경호 한국공간구조학회 2007 한국공간구조학회지 Vol.7 No.1

최근 복잡해진 도심지의 토지 이용률을 높이기 위하여 원형 강교각이 건설이 요구되고 있다. 원형강교각의 경우 줄어든 단면으로 좌굴 내하력이 감소하며 이에 대한 방안으로 수직 보강재의 적용을 고려할 수 있다. 그러나 수직보강재를 적용한 원형 강교각의 좌굴 내하력의 증가의 효과에 대해서는 아직 명히 파악되지 않았다. 본 연구에서는 먼저 탄소성 유한요소해석 통하여 보강재를 적용하지 않은 무보강 원형 강교각과 수직보강재가 보강된 원형 강교각에 대해서 좌굴내하력을 검토하였다. 그리고, 형상비(R/t)에 따른 좌굴내하력의 변화를 기존의 실험식과 비교하여 그 효과를 검토하였다. 그리고 원형강교각의 수직 보강재를 적용하여 폭과 두께에 따른 좌굴 내하력을 비교 검토하였다. 그리고 수직 보강재를 적용한 원형 강교각에 대한 내진성능을 검토하였다.

강부재의 대변형 예측을 위한 3차원 탄소성 유한변위해석의 정식화에 대한 비교연구

장갑철,장경호,Jang, Gab-Chul,Chang, Kyong-Ho 한국공간구조학회 2006 한국공간구조학회지 Vol.6 No.4

본 연구에서는 임의의 반복하중 작용시 강구조물에 발생하는 대변형 및 반복소성거동을 정확히 예측하기 위하여 유한변위이론과 반복소성이력모델을 적용한 3차원 탄소성 유한요소 해석기법을 개발하였다. 반복소성이력모델은 강재의 단조재하실험 및 반복하중실험 결과에 기초하여 정식화되었다. 개발된 해석기법의 정도는 Bilinear모델 및 미소변위이론을 적용한 해석기법 및 실험결과와 비교하여 검증하였다. 본 연구에서 개발한 유한변위이론과 반복소성이력모델을 적용한 3차원 유한요소 해석기법이 임의의 반복하중을 받는 원형강교각의 대변형 및 반복소성거동을 정확히 예측할 수 있음을 알 수 있었다. In th is paper, to predicting the large deformation and cyclic plastic behavior of steel members under loading, 3-Dimensional elastic-plastic FE analysis method is developed by using finite deformation theory and proposed cyclic plasticity model. finite deformation theory, described the large deformation, is formulated by using Updated-lagrangian formulation and Green's strain tensor, Jaumann's derivative of Kirchoff stress. Also, cyclic plasticity model proposed by author is applied to developed analysis method. To verification of developed analysis method, analysis result of steel plate specimen compare to the analysis result using infinitesimal deformation theory and test result. Also, load-displacement and deflection shape, analysis result of pipe-section steel column, compare to test result. The good agreement between analysis result and experiment result shown that developed 3-dimensional finite element analysis can be predict the large deformation and cyclic plastic behavior of steel members.

박스단면 고강도 트러스 기둥재의 좌굴거동

장갑철,장경호,Jang, Gab-Chul,Chang, Kyong-Ho 한국공간구조학회 2007 한국공간구조학회지 Vol.7 No.3

최근, 건설되어지는 강구조물들의 장경간화 및 고층화로 인하여 고강도강재의 적용이 점차 요구되고 있다. 고강도강재는 적용구조물들을 공간 및 두께들 감소시킴으로써 외관성 및 경제성을 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 이러한 고강도 강재의 적용을 위해서는 좌굴에 대한 기준이 필요하나 현재 국내의 경우 이러한 좌굴에 관한 연구가 미흡하다. 이에 본 연구에서는 3차원 탄소성 유한변위 프로그램을 이용하여 고강도 박스단면 트러스 부재의 좌굴거동에 대한 해석적 연구를 수행하였다. 고강도강재를 적용한 박스단면 트러스부재의 허용 압축응력에 대한 기준을 제안하였으며 그 적용성을 확인하였다. 그리고 고강도 트러스 부재의 설계에도 적용할 수 있음을 명확히 하였다. Recently, as steel structures become higher and more long-spanned, construction of high-strength steels is increasing gradually. Application of high-strength steel can be possible to make a more light and economic steel structures by reducing thickness and space. To apply a high-strength steel to structure, criteria of high-strength steel for buckling is required. However, current specification is not sufficient for criteria of high-strength steels. In this paper, buckling behavior of high-strength steel truss columns with box sections is investigated by using three-dimensional elastic-plastic finite deformation analysis program. The criteria equation for allowable compressive stress of high-strength steel truss columns with box sections is proposed and confirmed the applicability. It is reasonable form analytical results that formulated equations after finding the upper limit of allowable axial direction compression stresses of high-strength steel truss columns. And new equation is suitable to buckling design of high-strength steel truss columns.

탄소성 대변형 해석을 이용한 콘크리트 충전강관(CFT) 기둥의 극한강도에 관한 해석적 연구

장갑철,장경호,Jang, Gab-Chul,Chang, Kyong-Ho 한국공간구조학회 2007 한국공간구조학회지 Vol.7 No.6

교량의 교각과 같은 원형기둥구조물의 성능과 강도을 향상시키기 위해 최근 콘크리트 충전강관(CFT: concrete-filled steel tube)의 적용이 점차 증가하고 있다. 이러한 콘크리트 충전강관 구조물의 정확한 소성설계를 위해서는 사용된 재료인 강재 및 콘크리트의 대변형 거동을 구현할 수 있는 소성모델이 필요하다. 본 연구에서는 사용강재의 실험을 통하여 제안된 소성모델을 적용한 탄소성 대변형 해석을 개발하였으며 콘크리트 충전강관 기둥 해석과 실험 결과에 비교하여 그 정도 및 타당성을 검증하였다. 그리고 개발된 프로그램을 이용하여 콘크리트 충전강관 기둥의 초기처짐이 극한장도에 미치는 영향 및 상관관계를 명확히 파악하였다. Recently, to improve performance and strength of circular steel columns, application of concrete-filled steel tube(CFT) type are gradually increased. To accurately predict the plastic design of concrete-filled steel tube columns, a plasticity model is required which can be describe large deformation behavior of concretes and steels. In this study, elastic-plastic large deformation analysis is developed by using the plasticity model of structural steels, and accurate and validity of the developed program is verified by comparing between the experiment and the analysis for concrete-filled steel tube column. In concrete-filled steel tube columns, influence of initial deflection on ultimate strength behavior is investigated by using developed program.

변형률 속도에 따른 TMCP강재 역학적 특성의 변화

장갑철(Jang Gab Chul),장경호(Chang Kyong Ho),전준태(Jeon Jun Tai),이상형(Lee Sang Hyong) 대한토목학회 2006 대한토목학회 학술대회 Vol.2006 No.10

반복하중 작용시 원형강교각의 다이아프램 설계에 관한 연구

장갑철(Jang Gab Chul),장경호(Chang kyong Ho),신수옥(Shin Su Ok),김재환(Kim Jae Hoan) 대한토목학회 2003 대한토목학회 학술대회 Vol.2003 No.10

재하속도에 따른 SM490강재 원형강기둥의 이력거동 특성

장갑철(Jang Gab Chul),장경호(Chang Kyong Ho) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 A Vol.26 No.6A

지진과 같은 동적반복하중을 받은 강구조물은 정적하중시와 다른 이력거동을 보인다. 이는 동적변형중인 구조용 강재는 정적상태와 다른 역학적 특성 및 응력-변형률 관계를 보이기 때문이다 즉, 지진하중을 받는 원형 강기둥과 같은 강구조물의 이력거동을 정확히 예측하기 위해서는 정통적 변형 상태를 가정한 재하속도에 따른 대상구조물 내하력 및 변형의 차이점을 명확히 파악해야 한다, 이에 본 연구에서는 저자에 의해 제안된 SM490강재의 동적 반복소성모델과 이를 적용한 3차원 탄소성 유한요소해석을 이용하여 재하속도와 지름-두께(D/t)비를 변수로한 SM490 원형강기동의 동적해석을 수행하였다 해석 결과를 통하여 정적에서 동적변형상태로 재하속도 변화에 따른 SM490 원형강기둥의 이력거동 특성 즉, 내하력 및 에너지소산효율의 변화를 명확히 파악하였다. The hysteretic behavior of steel structure under cyclic and dynami loading such as earthquake is different to that under static loading. Because structural steels on dynamic deformation is different to static deformation with respect with mechanical characteristics and stress-strain relationship. Therefore, to accurately predict the hysteretic behavior of steel structures such as circular steel columns under cyclic and dynamic loading, the difference of loading carrying capacity and deformation according to loading rate, assumed static and dynamic deformation state, must be investigated. In this study, numerical analyses of circular steel column using SM490 for change of loading rate and diameter-thickness ratio(D/t) were carried out by using three-dimensional elastic-plastic finite element analysis and dynamic cyclic plasticity model of SM490 developed by the authors. Characteristics of hysteretic behavior of circular steel column using SM490, load carrying capacity and energy dissipation ratio, were clarified by analysis results.