불연속웨브 프리스트레스트 합성보의 비선형유한요소해석 :

박지희

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박지희 (서울시립대학교, 서울시립대학교 일반대학원)

지도교수: 김강수

발행연도: 2013

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2013

불연속웨브 프리스트레스트 합성보의 비선형유한요소해석

박지희 건축공학과 건축구조 전공 2013.01 학위논문

2012

불연속웨브 프리스트레스 합성보의 휨거동 해석

박지희 , 오재열 , 이득행 외 3명 대한건축학회 학술발표대회 논문집 2012.10 학술대회자료

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파형강판을 적용한 웨브를 갖는 철골보는 20세기 중반부터 유럽, 미국 그리고 일본 등에서 자중을 최소화해 장경간을 구현하기 위해서 많은 교량에 적용되어 왔고 현재 국내에서도 많은 수의 파형강판합성교량이 건설되고 있으며, 터널공사 및 군사용 방공호 등에 응용되어 사용되고 있다. 이와 같이 파형강판이 널리 사용되는 이유는 면내·외 하중에 대한 파형강판의 전단좌굴강도(shear buckling strength)가 일반적인 H형강에 비하여 크게 우수하고, 이에 따라 비대칭하중에 대한 안정성을 확보할 수 있으며, 웨브의 두께를 상대적으로 얇게 할 수 있기 때문이다. 또한, 파형철골보에 프리스트레스를 도입하면 파형웨브의 기하학적인 특성에 의하여 아코디언효과(accordion effect)가 발생되며, 이로 인하여 주요 휨저항요소인 상·하부플랜지에 도입되는 프리스트레스 도입효율을 향상시킬 수 있다. 또한 콘크리트와 합성 시에 지압면적이 증가하기 때문에 합성효율이 증가되는 장점이 있다.
기존의 연구자들은 이러한 파형웨브철골보의 장점을 활용하여 프리스트레스 도입효율과 강재와 콘크리트 사이의 합성성능을 크게 향상시킨 파형웨브가 적용된 프리스트레스트 강-콘크리트 합성보 및 프리스트레스트 불연속웨브합성보를 개발하였고, 이에 대한 해석 및 실험적 연구를 진행하였다. 이와 같은 프리스트레스트 강-콘크리트 합성보들은 기존의 RC부재에 적용되는 프리스트레스 공법을 합성보에 확장하여 적용시킨 부재로서 우수한 구조성능에도 불구하고 기하학적 형태와 이질재료들 사이의 구조거동이 복잡하다. 또한 시공단계에 따른 구조거동이 다르기 때문에 이들의 구조거동을 해석하는데 많은 어려움이 있다. 따라서 이 연구에서는 시공단계, 합성재료들 사이의 상호작용 및 재료의 비선형성을 충분히 구현할 수 있는 비선형유한요소해석모델을 개발하였으며, 제안 해석기법의 정확성을 검증하기 위해서 기존의 수행된 실험결과와 해석결과를 비교하였다. 그 결과 전체적인 거동(global behavior)뿐만 아니라 국부적인 거동(local behavior)도 비교적 정확하게 평가하였으며, 해석기법의 신뢰성을 확보하였다. 이러한 신뢰성을 바탕으로 프리스트레스트 합성보의 파형웨브에서 관측된 독특한 국부적인 거동에 대하여 상세히 분석하였다.

Since the middle of the 20th century, steel beams with corrugated steel plate webs have been applied to many bridge projects in order to realize long-span structure in the Europe, United States and Japan. Recently a large number of composite bridge with corrugated steel plates has been used in civil infra structures in domestic market as well, and this type of structure has been applied to the tunnel construction and the military bunkers. As mentioned, corrugated steel plates are widely used because this innovative web can provide the greatly improved shear buckling strengths to in-plane and out-of-plane load compared to the wide flange steel beam, therefore stability for asymmetry-load can be achieved with relatively thin web thickness. In addition, corrugated plate increase the introduction efficiency of prestress into the top and bottom flanges, which are main flexural-resisting elements, due to the accordion effect, and bearing stress induced by the slanting plate of the corrugated web can improve composite action between the steel beam and the surrounding concrete after steel beam composite with concrete. Utilizing these advantages of corrugated plate, prestressed composite beams with corrugated webs and discontinued webs were developed, and experimental and analytical investigations on those composite beams had been conducted. Although developed prestressed composite beams has the outstanding structural performances, it is very difficult to analyze its structural behavior because inter-complex interface mechanisms between steel and concrete, and different structural behavior according to construction steps, as well. Consequently, in this study, nonlinear finite element analysis model appropriate for prestressed composite beams with corrugated webs, in which construction steps, interaction between different materials and non-linearity of materials are considered, was presented. Furthermore, existing experimental results and analysis results are compared in order to verify the accuracy of suggested analysis method. Finally it was found that the presented finite element analysis model well estimated the local behavior of specimens as well as global behavior, and the reliability of analysis was sufficiently achieved. Based on verified analysis results, in this study, observed unique local behavior occurred in corrugated webs were analyzed in detail.

#불연속웨브 #파형웨브 #프리스트레싱 #아코디언 효과 #유한요소프로그램 #합성보 #휨강도 #휨거동

제1장 서론1
제1절 연구의 배경 및 목적2
제2절 기존 연구4
제2장 프리스트레스트 합성보에 대한 실험적 연구7
제1절 실험계획 및 방법8
1. 프리스트레스트 합성보의 실험체8
2. 재 료11
3. 가력장치 및 가력계획12
4. 측정장치 및 측정위치13
제2절 실험결과15
1. 합성 전(철골보의 아코디언효과)15
2. 합성 후(합성보의 휨거동)18
제3장 불연속웨브 프리스트레스트 합성보에 대한 해석적 연구25
제1절 ABAQUS를 이용한 비선형해석26
1. 모델링과 mesh27
2. 재 료29
3. 시공 단계를 반영한 해석32
제2절 해석결과 및 분석43
1. 합성 전(철골보의 아코디언효과)43
2. 합성 후(합성보의 휨거동)52
제4장 결론69
참고문헌70
부록75
Abstract78

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