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한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society v.13 no.4, 2012년, pp.1900 - 1907   피인용횟수: 2
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축방향 압축을 받는 다각형 단면 쉘 기둥구조의 국부좌굴강도에 관한 해석적 연구
Finite Element Analyses on Local Buckling Strength of Polygonal-Section Shell Towers

박성미    (한밭대학교 토목환경도시공학부 토목공학과   ); 최병호    (한밭대학교 토목환경도시공학부 토목공학과  );
  • 초록

    일반적으로 활용되고 있는 원통형 단면쉘 구조로 이루어진 타워구조의 대형화에 한계가 있어 다각형 단면쉘 기둥구조의 활용이 대두되고 있다. 현재 대형 다각형 단면쉘 기둥구조의 국부좌굴강도에 대한 자료가 충분치 않고 관련 기준이나 지침이 명확히 제시되고 있지 않은 실정이다. 이에 3차원 유한요소프로그램인 ABAQUS를 이용한 다양한 변수해석 모델을 수립하여 탄성좌굴 및 비선형비탄성 변수해석을 수행하였다. 이 때, 단면제원은 대형 풍력발전타워 기둥구조에 적용하는 것을 가정하여 선정하였고, 다각형의 각형 수, 잔류응력의 크기 및 분포특성, 강재 항복강도 등의 변수를 고려한 해석결과를 토대로 다각형 단면쉘 기둥구조의 국부좌굴 특성을 분석하였다. 본 변수해석 연구결과로부터 세부적인 잔류응력 분포양상 보다는 잔류응력의 최대크기가 축방향 압축을 받는 다각형 쉘의 국부좌굴강도에 중요한 영향인자인 것을 알 수 있다. 다각형 단면 쉘 구조의 국부좌굴강도는 4변 단순지지된 평판구조의 기준을 적용하여 평가할 수 있을 것으로 판단된다.


    Since the subpanels of polygonal-section shell have the corners of an obtuse angle larger than 90 degree unlike general plate or box-section structures, this could have an influence on forming nodal lines against local plate buckling or stress distributions. However, there is not sufficient material in the relevant study results or design recommendations. The very feasible models of the initial imperfections were acquired through the literature studies and then the parametric studies were conducted along with the initial imperfection models by using the finite element method. The parameters like the size of residual stresses, the portion of compressive residual stresses, and steel grades were considered. From the parametric studies, it was found that the maximum residual stress is more influential factor than the distribution pattern of residual stresses. In addition, The design strength equations for the simply supported plates can be applicable to the determination of the local buckling strength of the polygonal cross-section shell structures.


  • 주제어

    Inelastic buckling .   Design strength .   Finite element analysis .   Nonlinear-analysis .   Polygonal section .   Residual stress .   Ultimate strength.  

  • 참고문헌 (15)

    1. Migita, Y. Fukumoto, Y., "Local buckling behavior of polygonal sections", J. Construct. Steel Res. Vol. 41, No.2-3, pp. 221-233, 1997. 
    2. Aoki, Y. Migita, Y. Fukumoto, Y. "Local Buckling Strength of Closed Ploygon Folded Section Columns", J. Construct. Steel Res. Vol. 20, pp. 259-270, 1991. 
    3. Korea Road and Transportation Association, Highway Bridge Design Specifications, 2010 
    4. AASHTO LRFD Bridge Design Specifications American Association of State Highway and Transportation Officials, Inc., Washington, D.C., 2007. 
    5. DIN code 18800-1/A1, Structural steelwork Design and construction Amendment A1, Feb. 1996 
    6. Lavassas, I. Nikolaidis, G. Zervas, P. Efthimiou, E. Doudoumis, I.N. Baniotopoulos C.C. "Analysis and design of the prototype of a steel 1-MW wind turbine tower", Engineering structures, Vol. 25, Greece, pp.1097-1106, 2003. 
    7. ABAQUS, Keywords Reference Manual, Version 6.11, 2011. 
    8. ABAQUS, Theory Manual, Version 6.11, 2011. 
    9. ABAQUS, Analysis User's Manual, Version 6.11, 2011. 
    10. Chou, C. C. Uang, C. M. Seible, F. "Experimental Evaluation of Compressive Behavior of Orthotropic Steel Plates for the New San Francisco-Oakland Bay Bridge", Journal of bridge engineering, 2006 
    11. Grondin G.Y,, Chen Q, Elwi AE, Cheng JJR., "Stiffened steel plates under compression and bending, Journal of Constructional Steel Research" Vol.45 No.2 pp.125-148, 1998. 
    12. Grodin, G.Y., Elwi, A.E., Cheng, J.J.R., "Buckling of stiffened steel plates-a parametric study", Jounal of Constructional Steel Research, Vol. 50, pp. 151-175, 1999. 
    13. Fukumoto, Y., Structural stability design : steel and composite structures, 1997. 
    14. Jimin, Son, Jongsub, Park, "A Study on Moment Gradient Factor for Inelastic Lateral-Torsional Buckling of Stepped I-Beam Subjected to Uniformly Distributed Load and End Moment", Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. :9 No.4, pp. 1-9, 2009. 
    15. Kathleen Mae Gelera, Jongsub, Park, "Moment Gradient Factor for Lateral Torsional Buckling Strength of Monosymmetric Stepped I-beam Subjected to Uniform Moment", Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 10 No.2 pp. 7-13, 2010. 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (2)

    1. Choi, Byung Ho ; Park, Seong Mi ; Hwang, Min-Oh 2013. "Local Buckling Strength of Modular Hexagon-section Shell Wind-Turbine Towers" 한국방재학회논문집 = Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, 13(1): 81~87     
    2. Hwang, Su-Hee ; Kim, Yu-Sik ; Choi, Byung-Ho 2013. "Increasing Effect in Local Buckling Strength of Laminated Composite Plates Stiffened with Closed-section Ribs under Uniaxial Compression" 복합신소재구조학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures, 4(2): 39~44     

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  • 박성미 (1)

    1. 2013 "6각형 단면쉘 모듈러 풍력타워의 국부좌굴강도" 한국방재학회논문집 = Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation 13 (1): 81~87    
  • 최병호 (7)

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