가상축력계수를 적용한 시스템좌굴해석으로 강-프레임 부재의 비탄성 유효좌굴길이계수 산정

Abstract

강-프레임 부재의 설계에서 탄성좌굴해석의 경우 구조물이 선형탄성 거동을 가정하고 있어 실제 프레임의 거동을 예측하기 어렵다. 하지만 비탄성 좌굴해석을 수행할 경우 압축부재의 세장비에 따른 탄소성거동이 고려됨으로써 실제 프레임 부재의 정확한 좌굴모드를 예측할 수 있다. 기존의 2차원 프레임의 좌굴해석에서는 좌굴고유치와 단면이차모멘트가 실제 모형인 3차원 프레임과 다르므로 합리적인 유효좌굴길이를 산정에 대한 문제점을 내포하고 있다. 강-프레임에서는 시스템좌굴해석방법에서 압축력이 비교적 작게 발생하는 부재에 과도한 유효좌굴길이를 산정한다는 문제는 최동호 등(2007)이 가상축력을 적용하여 합리적으로 해석법을 제안하였다. 따라서 본 연구에서는 가상축력을 통해 기존의 비탄성 좌굴해석법을 분석하고, 가상축력을 적용한 개선된 시스템좌굴해석법을 이용하여 다층 강-프레임의 비탄성 유효좌굴길이계수를 산정하였다. 제안된 방법의 타당성을 검증하기 위하여 3경간 3층 강-프레임 구조에 대하여 수치해석 방법과 유한요소해석 방법에 의한 부재의 유효좌굴길이계수와 제안된 방법을 이용한 비탄성 유효좌굴길이계수를 비교하였다. 검증 결과, 사용된 가상축력을 적용한 해석 방법은 강-프레임의 3차원 강-프레임 부재의 비탄성 유효좌굴길이계수를 합리적으로 산정할 수 있었다. 또한, 탄성 및 비탄성 유효좌굴길이계수를 비교함으로써 비탄성 좌굴해석의 효용성을 분석하였다.