In-plane buckling strength of fixed arch ribs subjected vertical distributed loading

수직 등분포 하중을 받는 고정 지점 포물선 아치 리브의 면내 좌굴 강도

  • 문지호 (고려대학교 사회환경시스템공학과) ;
  • 윤기용 (선문대학교 토목공학과) ;
  • 김성훈 (고려대학교 사회환경시스템공학과) ;
  • 이학은 (고려대학교 사회환경시스템공학과)
  • Received : 2005.03.14
  • Accepted : 2005.07.04
  • Published : 2005.08.27

Abstract

When arch ribs are subjected to vertical loading, they may buckle suddenly towards the in-plane direction. Therefore, the designer should consider their in-plane stability. In this paper, the in-plane elastic and inelastic buckling strength of parabolic, fixed arch ribs subjected to vertical distributed loading were investigated using the finite element method. A finite element model for the snap-through and inelastic behavior of arch ribs was verified using other researchers' test results. The ultimate strength of arch ribs was determined by taking into account their large deformation, material inelasticity, and residual stress. Finally, the finite element analysis results were compared with the EC3 design code.

아치 리브가 수직 하중을 받는 경우, 예기치 않게 면내 방향으로 좌굴이 발생될 수 있다. 따라서 설계자는 아치 리브의 면내 안정성을 설계 시 반드시 고려해야 한다. 본 논문에서는 유한 요소 해석을 통하여 수직 등분포 하중을 받는 고정지점 포물선 아치 리브의 탄성, 비탄성 면내 좌굴 강도를 연구하였다. 본 연구에서 사용된 아치 리브의 스냅-스루 현상과 비탄성 거동을 모사하기 위한 유한 요소 해석 모델은 기존 연구자들의 실험 결과를 이용하여 검증되었다. 또한 아치 리브의 면내 극한 강도를 결정하기 위하여 대변형과 재료의 비탄성, 잔류응력을 고려하였으며, 마지막으로 유한 요소 해석의 결과를 EC3 설계기준과 비교, 분석 하였다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 교량설계핵심기술연구단

References

  1. 김연태, 허택녕, 김문겸, 황학주(1992), 비선형 운동해석에 의 한 낮은 아치의 동적 임계좌굴하중의 결정, 대한 토목학회 논문집, 제 12권 2호, pp. 43-54
  2. 문지호, 윤기용, 김성훈, 이학은(2005), 대칭하중을 받는 포물 선 아치 리브의 탄성 면내 좌굴 강도, 한국강구조학회 논 문집, 제 17권 2호, pp. 161-171
  3. 박용명, 허택영, 이필구, 노경배(2004), 브레이스트 아치 리브 의 면내 좌굴 및 극한강도 평가, 한국강구조학회 논문집, 제 16권 6호, pp. 759-768
  4. ABAQUS Standard user's manual version 6.2 (2001), Hibbit, Karsson and Sorensen Inc
  5. Austin, W. J. (1971), In-plane bending and buckling of arches, Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 97, N0. ST5, pp. 1575-1592
  6. Austin, W. J. (1976), Elastic buckling of arches under symmetrical loading, Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 102, N0. ST5, pp. 1085-1095
  7. Bradford, M. A. and Pi, Y.-L. (2002), In-plane elastic stability of arches under a central concentrated load, J. Eng. Mech., ASCE, Vol. 128, N0. 7, pp. 710-719 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(2002)128:7(710)
  8. Eurocode(2003), Design of steel structures, European committee for standardisation
  9. Harrison, H. B. (1982), In-plane stability of parabolic arches, Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 108, N0. ST1, pp. 195-205
  10. Kuranishi & Yabuki(1979), Some numerical estimations of ultimate in-plane strength of two-hinged steel arches , Proc. of JSCE., No. 287, pp.155-158
  11. Pi, Y.-L. and Trahair, N. S.(1996), In-plane inelastic buckling and strengths of steel arches Journal of the Structural Engineering, ASCE, Vol. 122, NO. 7, pp. 734-747 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1996)122:7(734)
  12. Pi, Y.-L. and Trahair, N. S.(1998), Non-linear buckling and post buckling of elastic arches, Eng. Struct., Vol. 20 No. 7 pp. 571-579 https://doi.org/10.1016/S0141-0296(97)00067-9
  13. Pi, Y.-L. and Trahair, N. S.(1999), In-plane buckling and design of steelarches, J. Struct. Eng., ASCE, Vol. 125, No. 11, pp. 1291-1298 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1999)125:11(1291)
  14. Pi, Y.-L. and M. A. Bradford(2003), In-plane stregth and design of fixed steel I-section arches, Engineering structures, 26(2004) pp. 291-301 https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2003.09.011
  15. Schreyer, H., & Masur, E.(1966). Buckling of shallow arch. J. Engrg. Mech., Div., ASCE, 90(4), 1-19
  16. Timosheko, S., and Gere, J. M. (1961) Theory of elastic stability, 2nd edition, McGraw-Hill, New York