Free Vibrations and Buckling Loads of Beam-Columns on Winkler-Type Foundations

Winkler형 지반위에 놓인 보-기둥의 자유진동 및 좌굴하중 해석

The main purpose of this paper is to present both the natural frequencies and the buckling loads of beam-columns on Winkler-type foundations. The ordinary differential equations governing the free vibrations and the buckling loads of beam-columns on Winkler-type foundation are derived as nondimensional forms. The Runge-Kutta method and Determinant Search method are used to perform the integration of the differential equations and to determine the eigenvalues(natural frequencies and buckling loads), respectively. Hinged-hinged and damped-clamped end constraints are applied in numerical examples. The relation between frequency parameter and elastic foundation parameter is presented in figure. The effects of axial loads on the natural frequencies of beam-columns on elastic foundations are investigated and the relation between buckling load parameter and elastic foundation parameter is also analyzed. The relation between foundation rested ratio and frequency parameter, buckling load parameter are investigated. The beam-columns on non-homogeneous elastic foundation are analyzed and typical mode shapes are also presented.

이 논문은 Winkler형 지반위에 놓인 보-기둥의 자유진동 및 좌굴하중 해석에 관한 연구이다. 축하중을 받는 탄성지반위에 놓인 보-기둥이 자유진동할 때 보-기둥 미소요소에 작용하는 힘들의 동적평형방정식으로부터 지배 미분방정식을 유도하였으며, 물리적인 특성관계를 이용하여 탄성지반위에 놓인 보-기둥의 좌굴을 지배하는 미분방정식을 직접 유동하였다. 유도된 미분방정식은 수치해석기법인 Runge-Kutta method와 행렬값 탐사법을 이용하여 해석하였다. 실제의 수치예에서는 양단회전 및 양단고정의 단부조건에 대하여 수치해석하였다. 수치해석의 결과로 무차원 고유진동수와 지반탄성계수 관계, 무차원 좌굴하중과 지반탄성계수 관계 및 축하중과 무차원 고유진동수 관계를 그림에 나타내었으며, 탄성지지구간의 변화에 따른 고유진동수 및 좌굴하중 변화를 고찰하였다. 또한 3구간으로 나누어지는 비균질 지반위에 놓인 보-기둥의 축하중과 고유진동수 관계를 고찰하였으며 이에 대한 진동형을 그림에 나타내었다.