단자유도 매크로요소를 이용한 깊은기초의 상호작용 모델

나창순,Rha, Chang-Soon 한국전산구조공학회 2008 한국전산구조공학회논문집 Vol.21 No.4

본 연구에서는 수평하중을 받는 깊은 기초에서 나타나는 지반과 기초의 상호작용을 분석할 목적으로 전통적인 소성이론을 응용하여 개발한 단자유도의 매크로요소 모델을 제시하였다. 제시한 매크로요소 모델은 지반에 매립된 깊은 기초가 수평하중을 받을 때 지반과 기초사이에 발생하는 응력의 제 성분을 각각 모델링하고 합성함으로써 구성하였는데, 이는 기초와 지반의 상호작용을 단순 스프링으로 모델링하는 기존의 방법에 비해 상호작용에 관련한 응력을 성분별로 분리하여 제공하는 장점이 있다. 본 연구에서는 상호작용과 관련한 응력의 제 요소를 마찰력과 측압저항으로 크게 분류하고 각 요소를 소성이론을 이용하여 모델링하였으며, 최종적으로 이들을 병렬로 조합하는 방식으로 매크로요소를 구성하였다. 제시한 매크로요소를 이용하여 점성토에 매립한 깊은 기초가 수평하중을 받는 경우를 해석한 결과 기초의 전체적인 거동과 더불어 상호작용 매크로요소를 구성하는 각 요소들로부터 상호작용 음력의 제 요소들을 분석해 냄으로써 기존 모델에 비해 개선된 결과를 얻을 수 있었다. In this paper single degree of freedom macro-element model was presented to investigate the interaction between soil and the deep foundation under the lateral loads. It was made by modelling each component related to the soil-structure interaction and combining them into one piece. It enhanced the conventional method that was not able to break down the interaction components in piece due to the usage of simple spring element for interaction. A proposed macro-element classified the stress components in relation to the interaction into frictional and compressive resistance. Each component was modelled using the classical plasticity theory, and finally combined in parallel. An example study was carried out using the proposed macro-element for deep foundation embedded in three layered cohesive soil. It showed improved results compared to the conventional method by producing additional information of the interaction components as well as the overall behavior of foundation.

냉간성형강재의 전체좌굴 및 뒤틀림좌굴에 대한 비선형유한요소해석

강현구,나창순,Kang, Hyun Koo,Rha, Chang Soon 한국전산구조공학회 2014 한국전산구조공학회논문집 Vol.27 No.2

본 논문에서는 범용 유한요소프로그램 ANSYS와 ABAQUS를 이용하여 냉간성형강으로 조립한 조립기둥의 전체좌굴과 뒤틀림좌굴에 대한 비선형해석을 위한 모델링 기법을 소개한다. 냉간성형강의 경우 두께가 얇아서 국부좌굴 등 비선형거동을 보이기 때문에 좌굴에 대한 해석에 매우 섬세한 모델링이 필요하다. ANSYS의 내연적정적모델링에 의한 해석은 좌굴 극한점 부근에서 수렴의 문제를 발생하였지만, ABAQUS의 외연적동적모델링의 경우에는 좌굴 및 좌굴이후의 부재 거동에 대해서 안정적인 결과를 제공하였다. 또한 수치해석 결과는 좌굴실험을 통해 얻어진 축내력에 비해 높은 내력을 보여주고 있다. 이는 실험과정에서 발생하는 편심에 의한 영향으로서 수치해석에 의한 좌굴내력에 적정한 보정치의 적용이 필요하며 본 논문에서는 기존 실험데이터와의 비교를 통해 0.88의 값을 제시한다. This paper presents modelling approaches for the global and distortional buckling of cold-formed built-up steel sections using the finite element software packages, ANSYS and ABAQUS. Thin thickness of the cold-formed steel causes nonlinear behaviour due to local and distortional buckling, thus careful consideration is required in modelling for numerical analysis. Implicit static modelling using ANSYS provides unstable numerical results as the load approaches the limit point but explicit dyamic modelling with ABAQUS is able to display the behaviour even in post-buckling range. Meanwhile, axial load capacities obtained from the numerical analysis show higher values than the experimental axial capacities, due to eccentricity during the test. Axial capacities of the cold-formed steel obtained through numerical analysis requires reduction factor, and this paper suggests 0.88 for the factor.

비부착형 포스트텐션 구조의 모델링기법

강현구,나창순,Kang, Thomas H.K.,Rha, Chang-Soon 한국전산구조공학회 2011 한국전산구조공학회논문집 Vol.24 No.1

본 연구에서는 비부착형 포스트텐션 시스템의 해석에 적용할 수 있는 모델링기법을 제시하였다. 모델링은 유한요소 해석 프로그램을 이용하였으며, tube-to-tube contact 요소를 도입하여 강연선의 물리적 형상을 직접적으로 모델링하는 방법과 실제의 강연선 외에 가상의 강연선을 콘크리트에 매입하고, 두 개의 강연선을 스프링으로 연결하여 간접적으로 모델링하는 방법을 동시에 제시하고 비교하였다. 콘크리트의 인장경화 현상을 무시하였을때 두 모델링기법에서는 거의 동일한 결과를 제공하지만 콘크리트의 인장경화를 고려한 경우에는 스프링을 이용한 간접적인 모델링기법을 통해서만 결과를 얻을 수 있었으며, 결과 또한 콘크리트의 경화현상을 고려하지 않은 경우와 다소 상이하였다. 비교를 통하여 비부착형 포스트텐션 시스템의 모델링기법으로 스프링을 이용한 모델링기법을 최종적으로 선정하고 기존의 실험적 연구에서 인용한 실험결과와 해석결과를 비교, 검증하였으며 또한 파라미터 스터디를 통해서 모델링의 적절성을 확인하였다. This study presents modeling technologies applicable to an unbonded post-tension system using a finite element software package. In this study, both direct modeling method and multiple spring method were used. The direct modeling method adopts tube-to-tube contact elements to represent the physical feature of a post-tension system. The multiple spring method uses virtual tendons attached to the real tendons using a number of rigid axial springs that freely rotate at the ends. Both modeling technologies provide accurate predictions. However, only the multiple spring method provides numerically stable and reliable responses with a consideration of concrete tension stiffening effects. Therefore, the multiple spring method turned out to be a generally applicable modeling technology for the unbonded post-tension system. Comparisons were made for the analytical and experimental results for the verification of the selected method, and parameter studies were carried out to confirm the appropriateness of the modeling assumptions and parameters adopted in the analysis.

트러스 형태에 따른 스태거드트러스 골조시스템의 내진성능 평가

홍윤수,유은종,나창순,Hong, Yoon-Soo,Yu, Eun-Jong,Rha, Chang-Soon 한국전산구조공학회 2017 한국전산구조공학회논문집 Vol.30 No.5

본 연구의 목적은 트러스의 형태를 바꿔가며 엇갈린 트러스(STF) 시스템의 내진성능을 평가하는 것이다. 예제 구조물은 10층의 철골조 사무실 건물이며, 시스템별로 각각 프랫트러스, 하우트러스, 와렌트러스, 케이트러스와 비렌딜트러스를 적용하였다. 중력하중, 풍하중, 지진하중을 고려한 구조해석을 실시하여 부재에 높은 DCR을 만족하는 단면을 산정한 후 고유주기, 밑면전단력과 층간변위를 산출하였다. 그 후, 역량스펙트럼법을 통해 1.2배의 설계지진(DE)과 최대고려지진(MCE)에 대한 성능점을 산정하고, STF 시스템의 항복여부 및 소성힌지의 분포를 파악하여 구조기준에서 제시한 목표성능수준을 만족하는지 살펴보았다. 평가 결과, 모든 시스템이 해당 목표성능수준을 만족하였으며, 시스템의 경제성 및 효율성을 따져보았을 때, PR10이나 VR10이 가장 적합한 것으로 나타났다. The purpose of this study is to evaluate the seismic performance of Staggered Truss Frame(STF) system while changing a shape of truss. The model of this project is a office building of ten floors with Pratt, Howe, Warren, K and Vierendeel truss system applied on each model. Next step is to select the section of elements which satisfy the highest demand capacity ratio by structure design considering gravity load, earthquake load and wind load and then calculate natural period, base shear and story drifts. On the basis of these values, Capacity Spectrum Method(CSM) shows the plastic behavior of STF system such as performance point of Design Earthquake(DE) and Maximum Considered Earthquake(MCE), yield state, plastic hinge etc. to be compared with other truss systems. As a result, Vierendeel STF system especially was found to have the highest strength and stiffness to the corresponding earthquake and all the models for each truss shape fulfilled the target performance level.

모임지붕형 쌍곡포물선 쉘구조의 유한요소해석

김승남,유은종,나창순,Kim, Seung-Nam,Yu, Eun-Jong,Rha, Chang-Soon 한국공간구조학회 2012 한국공간구조학회지 Vol.12 No.1

본 연구에서는 쉘의 테두리를 보가 둘러싸고 있는 전통적인 형태와 모서리보를 제거한 형태의 모임지붕형 쌍곡포물선쉘구조의 유한요소해석결과비교를 통해 모서리보의 역할을 확인하고, 또한 지붕의 경사도의 영향을 분석하였다. 유한요소해석에 의하면 쉘면에 작용하는 하중은 쉘 대각선 방향의 아치작용을 통해 모퉁이의 지점에 직접 전달되므로 막이론에 비해 테두리보에는 부재력이 작게 작용하고 모퉁이의 지점 부분의 쉘에는 응력이 증가되는 것으로 나타났다. 모서리보를 제거하면 지점 부근의 쉘에 더욱 응력이 집중되고 경사진 모서리 부분의 처짐이 증가하는데 이와 같은 현상은 지붕의 경사도가 낮아짐에 따라 현저해지는 것으로 나타났다. 따라서, 모임지붕형 쌍곡포물선쉘 구조에서는 지점 부분의 쉘두께를 보다 증가할 필요가 있으며 경사도가 낮은 쌍곡포물선쉘 구조의 모서리보 제거는 주의가 필요한 것으로 나타났다. In this study, mechanical role of edge beams in the gabled hyperbolic paraboloid shells was investigated through the comparisons of Finite element(FE) analysis results between the shells structures with and without edge beams. In addition, the effects of roof slope was studied. FE analysis showed that roof loads was directly transferred to the supports at corners by the arch action in the diagonal direction of the shells, thus, less member forces in the edge and ridge beams but higher stresses near supports were estimated than those from the membrane theory. When the edge beams were removed, stress concentration in the shells near the supports and the deflections along the shell edge were increased. Such phenomenon were intensified as the roof slope decrease. Thus, in gable hyperbolic paraboloid shell, the thickness of the shell near supports needs to be increased and careful investigation should be made in the cases when the roof height is low and/or the edge beams are removed.

역우산형 쌍곡포물선 쉘의 유한요소해석

권홍주,유은종,나창순,Kwon, Hung-Joo,Yu, Eun-Jong,Rha, Chang-Soon 한국공간구조학회 2011 한국공간구조학회지 Vol.11 No.1

본 논문에서는 유한요소해석법을 사용하여 역우산형 쌍곡포물선쉘구조물을 해석하고 그 결과를 기존의 막이론에 의한 설계식의 결과치와 비교하였다. 또한 지붕면의 경사도를 달리하며 경사도에 따른 처짐 및 테두리보와 내부경사리브에 작용하는 부재력, 쉘면에 작용하는 막응력의 변화를 살펴보았다. 해석결과 기존의 막응력에 의한 이론해는 테두리보 및 내부경사리브에 대한 부재력을 과대평가하는 반면 막응력에 대해서는 반대로 과소평가를 하고 있는 것으로 나타났다. 유한요소법에 의해 해석한 지붕의 처짐은 경사도가 낮아짐에 따라 급격하게 증가되는 것으로 나타났다. This study presents the comparisons between the analysis results based on membrane theory and finite element analysis for the inverted umbrella-type hyperbolic paraboloid shell structure. The effects of the roof angle on the roof deflections, member forces of edge beams and ribs, and shell stress are also investigated with various roof angles. Results show that the membrane theory overestimates the member forces of edge beams and ribs. On the contrary, the shell stresses are underestimated in the membrane theory when compared to the results from the finite element analysis. The deflections of roof slabs by finite element analysis show drastic increasement as the roof angle decreases.

등분포 중심축 하중을 받는 단층래티스돔의 좌굴거동

김충만,유은종,나창순,Kim, Choong-Man,Yu, Eun-Jong,Rha, Chang-Soon 한국전산구조공학회 2015 한국전산구조공학회논문집 Vol.28 No.1

본 논문에서는 대공간구조에 폭넓게 사용되는 단층 래티스돔의 비선형거동에 관한 비교 연구를 수행하였다. 단층 래티스돔은 특성상 두께가 얇은 쉘구조의 거동과 유사하므로 전통적인 쉘좌굴 이론을 적용하여 내력을 산출할 수 있으며 또한 이 결과를 유한요소해석 프로그램을 이용한 수치해석의 결과와 비교, 분석하였다. 쉘좌굴 이론을 이용하여서는 래티스 돔의 전체좌굴하중과 부재좌굴하중을 산정하였으며, 유한요소해석법을 이용하여서는 고유치 해석에 의한 좌굴하중과 기하학적 비선형 해석에 의한 극한하중을 각각 산정하였다. 래티스돔의 절점은 강절점 및 핀절점으로 각각 모델링하였다. 쉘좌굴이론에 의한 좌굴내력은 전체좌굴하중과 부재좌굴하중의 작은 값으로 결정되며 이 값은 유한요소해석을 이용한 고유치 해석보다는 비선형 해석에 의한 극한하중에 보다 근사한 값을 제공하였으며 또한 좌굴하중의 형식을 예측하는데에 유용하게 활용되었다. This paper presented the nonlinear behaviors of the single-layered lattice dome, which is widely used for the long-span structure system. The behaviors were analysed through the classical shell buckling theory as the single-layered lattice dome behaves like continum thin shell due to its geometric characteristics, and finite element analysis method using the software program Nastran. Shell buckling theory provides two types of buckling loads, the global- and member buckling, and finite element analysis provides the ultimate load of geometric nonlinear analysis as well as the buckling load of Eigen value solution. Two types of models for the lattice dome were analysed, that is rigid- and pin-jointed structure. Buckling load using the shell buckling theory for each type of lattice dome, governed by the minimum value of global buckling or member buckling load, resulted better estimation than the buckling load with Eigen value analysis. And it is useful to predict the buckling pattern, that is global buckling or member buckling.

지점변형을 하는 모임지붕형 쌍곡포물선쉘의 유한요소 해석

김승남,유은종,나창순,Kim, Seung-Nam,Yu, Eun-Jong,Rha, Chang-Soon 한국공간구조학회 2012 한국공간구조학회지 Vol.12 No.4

This study investigated the behaviors of the gabled hyperbolic paraboloid shell structure subjected to differential settlement and the horizontal displacement due to the elongation of tie rod/beam on supports. Two types of shell structure with different roof slopes are used in study; conventional type which has perimeter beams around the shell panel, and simple type which removes the edge beams along the slab edge line. The effect of the removal of edge beam under vertical or horizontal displacement on supports, and the roof slope was compared using the finite element analysis.

한계상태모델을 이용한 철근콘크리트와 포스트텐션 무량판의 통합해석

강현구(Thomas H.-K. Kang),나창순(Chang-Soon Rha) 한국콘크리트학회 2009 콘크리트학회논문집 Vol.21 No.5

순수휨을 받는 콘크리트 충전 강관부재의 휨강도

강현구(Kang Thomas H.-K),이철호(Lee Cheol-Ho),나창순(Rha Chang-Soon) 대한건축학회 2011 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.27 No.4

Concrete-filled steel tube (CFT) members have primarily been used as beam-columns for the purpose of resisting compression or for combined compression and bending moment. Structural and constructional merits created demand for the use of CFTs as beam members under pure bending moment. Flexural strengths of CFT beam members are presented in many design codes but the related experimental studies are quite limited. This study compares the flexural strengths defined by design codes of AISC-LRFD, Eurocode 4, and AIJ and those from previous experimental tests. It is found herein that the flexural strengths of CFTs are affected by the size and shape of the tube section and material characteristics, and that depending on these factors, it is possible to overestimate the actual flexural strength of CFT beams. Therefore, this study underscores the need for additional data from full-scale CFT beam tests and for a systematic and thorough investigation of theoretical assumptions that underlie the sectional analysis of the design codes.