비대칭 연결재를 갖는 조립식 버팀보의 좌굴 파괴 거동

Abstract

본 논문에서는 IPS 시스템의 버팀보와 같은 비대칭 연결재를 갖는 조립식 압축부재를 대상으로 압축력과 휨모멘트를 동시에 받는 경우 구조적인 안정성 문제를 판단하기 위한 연구를 수행하였다. 이를 위하여, 조립식 압축부재 및 단일 압축부재의 좌굴에 대한 이론적 검토, 유한요소해석을 통한 좌굴하중 검토, 실 대형 실험을 통한 좌굴하중 검토를 수행하였다. 이 결과를 바탕으로 비대칭 연결재를 갖는 조립식 압축부재의 설계 활용 방안을 제안하였다. 이론적 검토로는 현행 설계기준(도로교설계기준 2008, AISC 2005, Eurocode EN 1993-1-1:2005) 및 이론식(Euler 좌굴공식, Johnson 좌굴공식)에서 제시하고 있는 좌굴 산정식을 이용하여 단일부재의 좌굴하중을 산정하고 Timoshenko and Gere가 제시한 조립식 압축부재의 좌굴하중 식을 이용하여 조립부재의 좌굴하중을 산정하였다. 유한요소해석은 상용 구조해석 프로그램인 MIDAS를 이용하여 조립식 압축부재의 탄성 시스템 좌굴해석을 통하여 좌굴하중을 산정하고 비선형 해석을 수행하여 하중 증가에 따른 2차 모멘트 증가 효과를 검증하였다. 실 대형 실험은 3가지 매개변수로 실험을 수행하였다. 첫째로 조립식 압축부재의 주부재를 연결해주는 연결재의 간격(4m, 5m, 6m)에 따른 압축 실험, 둘째로 주부재를 연결해주는 연결재의 종류(띠판, ㄷ형강, 복 ㄷ형강)에 따른 휨강성, 전단강성, 볼트 체결 수의 차이에 따른 압축 실험, 마지막으로 첫 번째, 두 번째 매개변수 조건인 경우 편심 길이(0.0m, 0.2m, 0.4m)에 따른 압축 실험을 실시하였다. 이론적 검토, 유한요소해석, 실 대형 실험 결과를 비교·분석하여 조립식 압축부재의 좌굴 거동 특성을 파악하였다. 그 결과 조립식 압축부재는 연결재 간격이 증가함에 따라 좌굴하중은 비선형적으로 급격히 감소하는 것을 알 수 있었다. 실험 결과를 바탕으로 연결재 간격에 따른 조립식 압축부재의 좌굴하중은 이라는 식을 유추할 수 있었다. 그리고 조립식 압축부재의 연결재 종류에 따른 연결재 강성의 감소 및 연결부 볼트 체결량 감소에 따라 좌굴하중도 감소됨을 알 수 있었다. 또한, 조립식 압축부재의 편심 길이 증가에 따른 좌굴하중은 선형적으로 감소됨을 알 수 있었다.