시스템비계 수직재의 탄성계수 확률특성 및 좌굴강도 평가 :Probabilistic Characteristics of Young''s Modulus and Evaluation of Buckling Strength on a Vertical Member of System Scaffolding

장남권,  Jang, Nam Gwon

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자료유형: 학위논문

저자정보: 장남권, Jang, Nam Gwon (충북대학교, 충북대학교 대학원)

지도교수: 원정훈

발행연도: 2020

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

시스템 비계 수직재의 항복강도 및 탄성계수의 확률특성에 대한 실험 연구

장남권 , 신승현 , 원정훈 한국강구조학회 학술대회 발표집 2020.06 학술대회자료

시스템비계 수직재의 탄성계수 확률특성 및 좌굴강도 평가

장남권 ; Jang , Nam Gwon 학과 2020.01 학위논문

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현재 국내 가설구조물의 설계는 허용응력설계법의 적용을 원칙으로 하고 있다. 획일적인 안전율(Factor of safety)을 적용하는 허용응력설계법은 가설구조물을 구성하는 각각의 요소들의 불확실성과 변동성을 고려하지 못하여 설계된 가설구조물의 안전성이 변하고 설계 의도와 다를 수 있다는 단점이 있다. 이러한 허용응력설계법의 한계로 인해 본 구조물의 설계에는 여러 설계요소들의 불확실성을 수치적으로 정량화하여 설계에 반영할 수 있는 신뢰도 기반의 한계상태설계법이 도입되어 있다. 최근 가설구조물의 설계에도 한계상태설계의 확률론적 접근방법을 도입하려는 연구가 시도되고 있다. 가설구조물의 신뢰도해석을 위한 확률변수의 정보는 부족한 실정이다. 가설구조물의 신뢰성 기반 설계를 위해서는 가설구조물을 구성하는 부재의 강도에 영향을 미치는 관련 변수를 식별하고 통계적 특성을 정의할 필요가 있다.
가설구조물의 강도를 결정에 지배적인 역할을 하는 수직재의 좌굴강도는 탄성계수에 영향을 받는다. 탄성계수에도 불확실성이 존재하는 것으로 알려져 있다. 구조 안전시스템 비계의 정확한 신뢰성 해석을 위해서는 탄성계수의 확률특성을 수직재의 재료를 대상으로 범위를 좁혀 정확한 확률특성 정보를 확보할 필요가 있다. 본 연구는 재질이 STK490인 시스템비계 수직재를 대상으로 인장실험을 통해 탄성계수와 항복강도의 확률특성을 확인하고 압축실험을 통해 수직재 좌굴강도의 불확실한 특성을 평가하였다.
연구결과는 다음과 같다. 첫째, STK490의 탄성계수 확률특성은 201.6 GPa의 평균 및 10.6 GPa의 표준 편차를 갖는 정규분포이다. 도로교설계기준(한계상태설계법)에서 명시된 강재의 탄성계수 205 GPa에 대한 편중계수는 0.98이다. 둘째, STK490의 항복강도 확률특성은 445.1 MPa의 평균 및 8.1 MPa의 표준 편차를 갖는 정규분포이다. 도로교설계기준(한계상태설계법)에서 명시된 강재의 STK490의 항복강도 315 MPa에 대한 편중계수는 1.41이다. 셋째, 수직재의 좌굴강도는 1.9 m 길이의 경우 52.9 kN의 평균 및 9.2 kN의 표준편차의 정규분포이며, 0.95 m 길이의 경우 115.7 kN의 평균 및 10.3 kN의 표준편차의 정규분포를 따르는 것으로 나타났다.

The design of temporary structures is based on the application of the working stress design method (WSD). The disadvantage of applying a uniform Factor of safety (FS) is that the safety of the designed hypothesis structure changes and may differ from design intent without considering the uncertainty and variability of each component of temporary structures. Due to the limitations of this WSD, the design of this structure introduces a reliability-based limit state design method (LSD) that can quantify and reflect uncertainties in various design elements in the design. Recent studies have also been made to introduce a probabilistic approach to limit-state design in the design of temporary structures. Information on probability variables for reliability analysis of temporary structures is insufficient. The reliability-based design of a temporary structure requires the identification of relevant variables and the definition of statistical characteristics that affect the strength of the components that make up the temporary structure.
The buckling strength of the vertical members, which are a dominant role in determining the strength of the temporary structure, is affected by the elastic modulus. Uncertainty is also known to exist in the elastic modulus. For the accurate reliability analysis of structural safety system scaffolding, it is necessary to narrow the probabilistic characteristics of the elastic modulus to the material of the vertical material to obtain accurate probabilistic characteristic information. This study identified the probabilistic characteristics of elastomeric coefficient and yield strength through tensile test on system scaffolding vertical members with material STK490, and evaluated the uncertain characteristics of vertical member buckling strength through compression experiment.
The results of the study are as follows. First, the probabilistic characteristic of the elastic modulus of STK490, is a regular distribution with an average of 201.6 GPa and a standard deviation of 10.6 GPa. The coefficient of lopsidedness for 205 GPa of steel specified in the road bridge design standard (Limited Condition Design method) is 0.98. Second, the yield strength probability characteristic of STK490, is a regular distribution with an average of 445.1 MPa and a standard deviation of 8.1 MPa. The coefficient of deflection for the 315 MPa yield strength of STK490 of steel specified in the road bridge design standard (Limited Condition Design Act) is 1.41. Finally, the buckling strength of the vertical members is a normal distribution with an average of 52.9 kN and a standard deviation of 9.2 kN for a 1.9 m length, and a normal distribution with an average of 115.7 kN and a standard deviation of 10.3 kN for a 0.95 m length.

#시스템 동바리 #확률특성 #항복강도 #탄성계수

Abstract ⅲ
List of tables ⅴ
List of figures ⅵ
Ⅰ. 서 론 1
1. 연구의 필요성 및 목적 1
2. 연구동향 4
2.1 가설구조물의 신뢰성해석에 대한 연구 4
2.2 탄성계수의 불확실성에 대한 연구 5
2.3 좌굴에 대한 연구 6
3. 연구방법 및 범위 8
Ⅱ. 배경 이론 9
1. 신뢰도 이론 9
1.1 확률변수 9
1.2 한계상태함수 11
1.3 파괴확률 및 신뢰도지수 12
2. 좌굴 이론 15
2.1 Euler의 좌굴 이론 15
2.2 접선계수이론 (Tangent Modulus Theory) 17
3. 기준강도곡선 (Standard strength curve) 18
Ⅲ. 시스템비계 수직재 인장 및 압축 실험 방법 21
1. 수직재 인장 실험 21
1.1 인장 실험 구성 22
1.2 인장 실험 시험체의 제원 및 구성 23
2. 수직재 압축 실험 24
2.1 압축 시험 구성 25
2.2 압축 시험 시험체의 제원 및 구성 30
Ⅳ. 수직재 탄성계수 및 항복강도의 확률특성 31
1. 인장 실험 분석 31
2. 수직재의 탄성계수 및 항복강도의 확률특성 37
2.1 수직재의 탄성계수 확률특성 39
2.2 수직재의 항복강도 확률특성 40
Ⅴ. 탄성계수의 불확실성을 고려한 좌굴강도 평가 41
1. 압축 실험을 통한 수직재의 좌굴강도 평가 41
1.1 수직재의 좌굴거동 분석 41
1.2 수직재의 좌굴강도 확률특성 51
2. 해석을 통한 수직재의 좌굴강도 평가 및 비교 55
2.1 유한요소해석 방법 55
2.2 좌굴강도에 대한 해석결과 및 압축실험 결과 비교 57
Ⅵ. 결 론 60
참고문헌 62
국문요약 64
부록 1. Posco mill test certificate of STK490 66

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