• Journal of Korean Society of Steel Construction
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• v.26 no.3
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• pp.143-154
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• 2014

An improved method for evaluating effective buckling length of semi-rigid frame with inelastic behavior is newly proposed. Also, generalized exact tangential stiffness matrix with rotationally semi-rigid connections is adopted in previous studies. Therefore, the system buckling load of structure with inelastic behaviors can be exactly obtained by only one element per one straight member for inelastic problems. And the linearized elastic stiffness matrix and the geometric stiffness matrix of semi-rigid frame are utilized by taking into account 4th terms of taylor series from the exact tangent stiffness matrix. On the other hands, two inelastic analysis programs(M1, M2) are newly formulated. Where, M1 based on exact tangent stiffness matrix is programmed by iterative determinant search method and M2 is using linear algorithm with elastic and geometric matrices. Finally, in order to verify this present theory, various numerical examples are introduced and the effective buckling length of semi-rigid frames with inelastic materials are investigated.

• Journal of Korean Society of Steel Construction
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• v.12 no.1 s.44
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• pp.29-43
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• 2000

In this study, the computationally efficient inelastic buckling analysis program is developed to be used as the research tool in finding buckling strength of inelastic members. The program can determine buckling loads and buckled shapes of elastic and inelastic members which failed by flexural, lateral-torsional and/or local buckling. It can analyze singly and doubly symmetric I-shape members. In the program, the web of the member is modeled using the plate element and the flanges are modeled by beam elements. Multilinear isotropic hardening rule and the incremental theory of plasticity are used to simulate the inelastic stress-strain relationship from material tests. The program is verified using theoretical solutions and experimental results. The results from the program show good agreement with those from experiments and theory.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.18 no.2
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• pp.169-179
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• 2005

An improved method for evaluating effective buckling lengths of beam-column members in plane frames is newly proposed based on system inelastic buckling analysis. To this end, the tangent stiffness matrix of be am-column elements is first calculated using stability functions and then the inelastic buckling analysis method is presented. The scheme for determining effective length of individual members is also addressed. Design examples and numerical results ?uc presented to show the validity of the proposed method.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.30 no.2A
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• pp.81-92
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• 2010

In design of steel frames, it is generally believed that elastic system buckling analysis cannot predict real behaviors of structures, while inelastic system buckling analysis can give informative buckling behaviors of individual members considering inelastic material behavior. However, the use of Euler buckling equation with these system buckling analyses have the inherent problem that the methods evaluate unexpectedly large effective lengths of members having relatively small axial forces. This paper proposes a new method of obtaining elastic and inelastic effective lengths of all members in steel frames. Considering a fictitious axial force factor for each story of frames, the proposed method determines the effective lengths using the inelastic stiffness reduction factor and the iterative eigenvalue analysis. In order to verify the validity of the proposed method, the effective lengths of example frames by the proposed method were compared to those of previously established methods. As a result, the proposed method gives reasonable effective lengths of all members in steel frames. The effect of inelastic material behavior on the effective lengths of members was also discussed.

• Journal of Korean Society of Steel Construction
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• v.17 no.2 s.75
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• pp.161-171
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• 2005

When the in-plane flexural rigidity is small in relation to the applied load, the arch ribs may buckle to the in-plane direction. Designers should therefore determine the in-plane buckling strength. To determine the buckling strength of arch ribs, designers have to consider the material nonlinear response. But in the case of arch ribs having large slenderness ratio, arch ribs may buckle in the elastic range, and when the arch ribs have low slenderness ratio, elastic buckling strength is useful in the preliminary design. In this paper, elastic buckling strength of arch ribs, which are frequently used in practical design, is studied using nonlinear finite element method. In general, the relation between flexural rigidity and elastic buckling strength is linear. As seen from the results, however, when the arch ribs have low slenderness ratio, the relation between flexural rigidity and elastic buckling strength is nonlinear.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.155-155
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• 2011

일반적으로 I형 보에 횡하중이 작용하는 경우, 횡 변위와 함께 회전을 동반하는 횡-비틀림 좌굴(Lateral-Torsional Buckling)이 발생하게 된다. 이러한 I형 보의 탄성 및 비탄성 횡-비틀림 좌굴에 대한 해석적 이론적 연구는 이미 많은 연구자들에 의해 수행되었다(Timoshenko 등, 1961; Galambos, 1963; Lindner, 1974; Trahair, 1993). I형 보의 비지지 길이 내 하중이 작용할 때 모멘트 구배계수(Cb)는 하중이 부재 단면에 작용하는 위치에 따라 달라지게 되는데 이를 하중고 효과(Load Height Effects)라고 한다. 탄성 영역 내 비지지길이가 존재하는 I형 보의 하중고 효과를 고려한 모멘트 구배계수 제안식은 Nethercot & Rockey(1971)에 의해 연구된 바 있다. 또한 Helwig 등(1997)은 Nethercot & Rockey(1971)의 제안식을 간략화 하여 탄성 영역 내 비지지길이가 존재하는 I형 보의 하중고 효과를 고려한 모멘트 구배계수식을 제안하였다. 그러나 현재까지 진행 된 하중고 효과에 대한 연구는 탄성 영역 내 비지지 길이가 존재하는 I형 보에 대한 제안식이며 현재까지 비탄성 영역 내 비지지 길이를 갖는 I형 보의 하중고 효과에 대한 연구는 진행된 바 없다. 본 연구는 비탄성 영역 내 비지지 길이가 존재하는 I형 보의 하중고 효과를 고려한 비탄성 횡-비틀림 좌굴강도에 대한 연구를 수행하였다. 하중조건으로는 집중하중 과 등분포 하중을 적용시켰으며, 비선형 횡-비틀림 좌굴 해석을 위해 잔류응력 및 초기변형을 고려하였다. Pi와 Trahair(1995)이 고려한 단순직선분포를 잔류응력으로 가정하였으며, 국내 I형강 표준 치수 허용치(현대제철, 2006)에 근거하여 부재 길이의 0.1%를 초기 최대 횡 변위로 적용하여 초기제작오차로 고려하였다. 유한요소해석결과를 바탕으로 Nethercot & Rockey(1971)와 Helwig 등(1997)의 연구내용을 바탕으로 범용구조해석 프로그램(ABAQUS, 2007)을 이용하여 비탄성 영역 내 존재하는 I형보의 횡-비틀림 좌굴강도를 산정하였다. 유한요소해석결과를 바탕으로 Nethercot & Rockey(1971)및 Helwig 등(1997)의 모멘트구배계수 제안식과 비교 분석 하였고 회기분석프로그램 MINITAB(2006)을 이용하여 비탄성 영역 내 비지지길이가 존재하는 I형보의 하중고 효과를 고려한 모멘트구배계수식을 개발 제안하였다. 본 연구에서 개발된 제안식은 경제적이고 합리적인 휨부재 강도평가에 적극 활용될 수 있으며, 비탄성 영역내 I형보의 횡-비틀림 좌굴강도 및 휨강도 연구에 널리 활용될 것이다.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2011.05a
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• pp.464-467
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• 2011

본 논문에서는 기존에 수행된 비탄성 영역 내 비지지 길이가 존재하고 균일단면을 가지는 I형 보의 좌굴 강도에 대한 해석적 이론적 연구를 토대로 변단면 I형보의 하중고 효과를 고려한 비탄성 횡-비틀림 좌굴강도에 대한 연구를 수행하였다. 유한요소해석에는 4절점 쉘요소인 S4R요소가 사용되었고, 플랜지 길이방향 비, 너비방향 비, 두께의 비로 스텝보를 나타내었으며, 집중하중을 작용시켰다. 개발된 좌굴강도 제안식은(오정재 등, 2011)과 해석결과를 하중고 효과 평가 시 큰 단면변화를 보이는 경우를 제외하고는 ${\pm}10%$의 오차범위를 나타내었다. 본 연구 결과는 다양한 형식의 I형보가 사용되는 빌딩 및 교량의 경제적이고 합리적인 설계의 근간을 제공해 줄 것이며, 향후 비탄성 횡-비틀림 좌굴강도에 대한 연구에도 많은 도움이 될 것이다.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2009.04a
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• pp.496-499
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• 2009

본 논문은 기하학적 비선형성을 가진 보존적 단일 하중 매개변수의 탄성 상태 공간구조의 분기이론에 관한 수치 해석적 기본 방법 및 경로 추적, pin-pointing, 경로 전환을 기술하고 있다. 비선형 탄성 불안정 상태는 극한점과 분기점으로 분류될 수 있으며, 평형경로상의 평형점의 계산 및 평형경로상의 특이점을 찾기 위한 pin-pointing 반복계산을 수행하는 일반적인 비선형 수치해석법으로 극한점을 계산할 수 있다. 그러나 분기좌굴 해석을 위해서는 좌굴 후 분기경로의 추적을 위한 분기경로 전환 알고리즘이 추가적으로 필요하다. 본문에서는 에너지이론에 기초한 일반 탄성안정이론을 소개하고, 평형경로 추적, 분기 좌굴점을 찾기 위한 직접법과 분기경로 전환에 관한 이론을 전개한다. 분기좌굴 해석예제로 트러스로 이루어진 스타돔, 핀지지의 평면아치, 평면프레임, 3차원 공간프레임의 분기좌굴 해석을 수행하여 본문에서 제시한 수치해석법의 정확성 및 실용성을 검증한다.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2012.05b
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• pp.738-740
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• 2012

최근 변단면 거더의 경제성을 고려하여 장경간 거더 교량과 강골조 구조물에 변단면보의 사용이 증가하고 있으며, 고강도 강의 등장으로 인해 변단면보의 정확한 좌굴 강도의 평가가 매우 중요시 되고 있다. 본 논문에서는 기존에 연구된 탄성 횡-비틀림 좌굴 강도에 관한 연구를 바탕으로하여 별로 비탄성 구간에 비지지 길이가 존재하는 일축대칭 I형 변단면보의 횡-비틀림 좌굴 강도 해석을 실시하였다. 해석에는 유한요소해석프로그램인 ABAQUS(2007)가 사용되었으며, MINITAB(2006)을 이용하여 간편한 설계식을 제안하고 있다. 일단 계단식 단면을 가지는 보에 대하여 고려하였으며, 플랜지 길이 방향 비, 너비방향 비, 두께의 비로 계단식 I형 보를 나타내었다. 집중 하중을 적용시켰으며 비선형 해석을 위해 잔류응력 및 초기변형과 재료비선형을 고려하였다. 본 연구 결과에서 제안된 식은 향후 다양한 하중이 작용하는 비탄성 횡-비틀림 좌굴 강도에 대한 연구에 많은 도움이 될 것이다.

• Journal of Korean Society of Steel Construction
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• v.29 no.1
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• pp.13-24
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• 2017

System buckling analysis is usually used to determine the critical buckling load in the buckling design of cable-stayed bridges. However, system buckling analysis may yield unexpectedly large effective lengths of the members subjected to a relatively small axial force. This paper proposes a new method to determine reasonable effective lengths of girder and tower members in steel cable-stayed bridges using fictitious axial forces. An improved inelastic buckling analysis with modified tangent modulus is also presented. The effective lengths of members in example bridges calculated using the proposed method are compared with those obtained using the conventional buckling analysis method. The proposed method provides much more resonable effective lengths of the members. When girder and tower members are built with HSB800 steel instead of conventional steel, the effective lengths of the members under a small axial force slightly decreases in the inelastic buckling analysis without fictitious axial forces, while the proposed method that considers fictitious axial forces provides almost no changes in such lengths.