Journal of Korean Society of Steel Construction (한국강구조학회 논문집)

Korean Society of Steel Construction (한국강구조학회)
권호 표지

Finite Element Post-buckling Analysis of Steel-Concrete Composite Column

철골-콘크리트 합성기둥의 후좌굴 거동에 관한 해석 연구

  • 오명호 (목포대학교 건설공학부) ;
  • 김명한 (대진대학교 건축공학과) ;
  • 김상대 (고려대학교 건축.사회환경시스템공학과)
  • Received : 2007.07.09
  • Accepted : 2007.10.24
  • Published : 2007.12.27
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Abstract

The local buckling strength and post-local buckling strength of thin steel plates in the steel-concrete composite column were evaluated by nonlinear finite element analyses. The proposed width-to-thickness limit ratio was based on elastic buckling analyses, in which the increased local buckling capacity of the plate due to the in-filled concrete was considered by the boundary conditions of the thin plate. Considering the initial imperfections and residual stresses, we determined the initial local buckling strength and post-local buckling strength of the thin plates with various width-to-thickness ratios. The formula to evaluate the compressive capacity of the steel-concrete composite column based on the effective width of the plate was proposed. For verification, values determined by the formula were compared with the experimental results.

이 연구에서는 두께가 얇은 강판을 가진 철골-콘크리트 합성기둥에서 강판의 국부 좌굴 강도 및 국부 좌굴 후 강도에 대한 해석적인 연구를 수행하였다. 콘크리트 충전에 의하여 합성기둥에서 판의 국부 좌굴 성능이 향상되는 것을 경계 조건을 조정하여 해석에 반영하였고, 탄성 좌굴 해석을 통해 한계 폭-두께비를 제안하였다. 또한 초기 처짐 및 잔류 응력을 해석에 반영하여, 다양한 폭-두께비에 해당하는 평판의 비선형 유한 요소 해석을 통해 초기 국부 좌굴 강도 및 좌굴 후 강도를 산정하였다. 이러한 비선형 해석 결과를 이용하여 판의 유효 폭을 산정하였고, 유효 폭을 이용한 철골-콘크리트 합성기둥의 최대 압축 내력식을 제안하였다. 제안식에 의한 계산된 값과 기존의 실험결과를 비교함으로서 제안식의 타당성을 검증하였다.

Keywords

References

  1. 김대곤, 김성훈, 김명관, 이규남, 김희석 (2001), 내화성능이 향 상된 H형강-국부 콘크리트 합성 기둥의 실험적 연구, 2001년도 학술발표회 논문집, 한국강구조학회, pp. 457-464
  2. 오명호, 김평석, 김명한, 김대중, 김상대 (2004), 비조밀단면을 가진 SC 합성 기둥의 압축 성능에 관한 실험적 연구, 대한건축학회논문집 구조계, 제20권, 10호, pp. 103-110
  3. 오명호, 장태영, 김명한, 김대중, 김상대 (2005), 비조밀단면을 가진 SC 합성 기둥의 비선형 해석, 한국강구조학회논문집, 제17권, 1호, pp. 63-71
  4. 이환수, 오명호, 김상대 (2003), 축력을 받는 SC 합성 기둥의 휨 성능에 관한 실험 연구, 한국강구조학회논문집, 제17권, 1호, pp. 63-71
  5. Chicoine, T., Tremblay, R., Massicotte, B., Ricles, J. M., and Lu, L. W. (2002), Behavior and Strength of Partially Encased Composite Columns with Built-up Shapes, Journal of Structural Engineering, Vol. 128, No. 3, pp. 279-288 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(2002)128:3(279)
  6. Chicoine, T., Massicotte, B., and Tremblay, R. (2003), Long-term Behavior and Strength of Partially Encased Composite Columns made with Built-up Steel Shapes, Journal of Structural Engineering, Vol. 129, No. 2, pp. 141-150 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(2003)129:2(141)
  7. Liang, Q. Q. and Uy, B. (2001), Theoretical Study on the Post-local Buckling of Steel Plates in Concrete-filled Box Columns, Computers and Structures, Vol. 75, pp. 479-490 https://doi.org/10.1016/S0045-7949(99)00104-2
  8. Salmon, C. G. and Johnson, J. E. (1996), Steel Structures, HarperCollons College Publishers
  9. Timoshenko, S. P. and Gere, J. M. (1987), Theory of Elastic Stability, McGRAW-HILL
  10. Tremblay, R., Massicotte, B., Filion, I., and Maranda, R. (1998), Experimental Study on the Behavior of Partially Encased Composite Columns made with Light Welded H Steel Shapes under Compressive Axial Loads, Proc. 1998 SSRC Annual Technical Meeting, Atlanta, pp.195-204
  11. Tremblay, R., Chicoine, T., and Massicotte, B. (2000), Design Equation for the Axial Capacity of Partially Encased Noncompact Columns, Proc. Composite Construction IV, Engineering Foundation, Banff, Canada
  12. Uy, B. (1998), Local and Post-local Buckling of Concrete-filled Steel Welded Box Columns, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 47, pp. 47- 72 https://doi.org/10.1016/S0143-974X(98)80102-8
  13. Uy, B. (2001), Local and Post-local Buckling of Fabricated Steel and Composite Cross Sections, Journal of Structural Engineering, Vol. 47, pp. 47-72
  14. Vincent, R. (2000), Design and Application of Partially Encased Noncompact Composite Columns for High-rise Buildings, Proc. Composite Construction IV, Engineering Foundation, Banff, Canada
  15. Wright, H. D. (1995), Local Stability of Filled and Encased Steel Sections, Journal of Structural Engineering, Vol. 121, No. 10, pp. 1382-1388 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1995)121:10(1382)
  16. Yamaki, N. (1959), Postbuckling Behaviour of Rectangular Plates with Small Initial Curvature Loaded in Edge Compression, Journal of Applied Mechanics, Vol. 26, pp. 407-414