• 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.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.28 no.4A
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• pp.465-474
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• 2008

Generally design of frame structures composed of beam-column member is accomplished by stability evaluation of each member considering the effective buckling length. This study selects a member of the smallest non-dimension slenderness ratio using the buckling eigenvalue calculated by the elastic buckling eigen-value analysis and axial force of the each member, and decides the initial deflection quantity reflected geometric and material nonlinearities from a suggested equation on the base of standard strength curve of Korea Bridge Design Code. Second-order elastic analysis applying the initial deflection is executed and the stability of each member is evaluated and decides ultimate strength. Through examples of eight-stories and four-stories plane frame structures, the evaluation of the stability is compared with the existing method and ultimate strength of the suggested method is compared with ultimate strength by the nonlinear inelastic analysis. Through these procedures, the increasing of effective buckling length by elastic buckling eigenvalue analysis is prevented from a new design method that considers initial imperfections. And the validity of this method is proved.

• 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.

• 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.

• Journal of Korean Society of Steel Construction
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• v.18 no.2
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• pp.225-237
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• 2006

Based on the study conducted by Kim et al. (205a, b), an improved stability design method for evaluating the effective buckling lengths of beam-column members is proposed herein, using system elastic/inelastic buckling analysis and second-order elastic analysis. For this purpose, the stress-strain relationship of a column is inversely formulated from the reference load-carrying capacity proposed in design codes, so as to derive the tangent modulus of a column as a function of the slenderness ratio. The tangent stiffness matrix of a beam-column element is formulated using the so-called "stability functions," and elastic/inelastic buckling analysis Effective buckling lengths are then evaluated by extending the basic concept of a single simply-supported column to the individual members as one component of a whole frame structure. Through numerical examples of several structural systems and loading conditions, the possibilities of enhancement in stability design for frame structures are addressed by comparing their numerical results obtained when the present design method is used with those obtained when conventional stability design methods are used.

• 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.11 no.2 s.39
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• pp.201-212
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• 1999

A beam supported by a flexible elastic support is commonly used as structural elements, e.g., braced beam, railway track, etc. The elastic support can be located in arbitrary point in the cross-section. This paper investigates the effects of support eccentricity on the elastic buckling of beams with elastic supports. The effects of stiffness of the elastic support are also studied. A beam element with elastic supports and the analysis program are developed for elastic buckling analysis using finite element formulation. The elastic support is modeled by elastic spring element. Using the offset technique, the eccentricity of support is taken into account. A beam element having 14 degrees of freedom including the warping degree of freedom is used. Various numerical example analyses show that the present formulation and analysis program accurately and effectively compute the buckling load and mode of beams with elastic supports.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 1996.10a
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• pp.19-28
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• 1996

본 논문에서는 유연 연결부를 갖고 있는 이차원 구조물의 비탄성 좌굴해석을 연구하였다. 본 해석을 통하여 구조물의 기하학적, 및 재료적 비선형 뿐만 아니라 유연 연결부의 비선형 효과가 구조물의 거동과 강도에 미치는 영향을 예측할 수 있다. 본 해석 결과는 실험 결과와 비교하였으며 예제해석도 수행하였다.

• Composites Research
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• v.16 no.5
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• pp.28-38
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• 2003

In this study, the analytical investigation of orthotropic rectangular plate is presented. The loaded edges are assumed to be simply supported and the unloaded edges could have elastically restrained boundary conditions including the extreme boundary condition such as simple, fixed, and free. Using the closed-form solutions, the buckling analyses of orthotropic plate with arbitrary boundary conditions are performed. Based on the data obtained by conducting numerical analysis, the simplified form of equation for finding the buckling coefficient of plate with elastically restrained boundary conditions at the unloaded edges is suggested as a function of aspect ratio, elastic restraint. and material properties of the plate. The results of buckling analyses by closed-form solution and simplified form of solution are compared for various orthotropic material properties. It is confirmed that the difference of results is less than 1.5%.

• Composites Research
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• v.12 no.3
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• pp.17-25
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• 1999

In this paper, we present the analytical study results of buckling behavior of elastically restrained orthotropic plates. In the study the boundary conditions of the plate are simply supported at all four edges and elastically restrained by the elastic medium at opposite two longitudinal edges. The energy method is employed in the solution of the problems in which method the buckling coefficient is calculated from the condition that the work-done by the external forces during buckling is equal to the stored elastic strain energy. The results are presented in the graphical from. The equations derived for the orthotropic plate in this study are compared with existing isotropic ones and identical results were observed.