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J. Korean Soc. Hazard Mitig Search

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Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation 2011;11(5):121-132.
Published online October 31, 2011.
I 형 축력부재의 잔류응력 패턴과 최대 잔류 응력을 고려한 접선탄성계수식
이경석, 김승준, 최진희, 강영종
Tangential Modulus Equation of the Steel Axial Member with I-section Considering the Pattern and the Maximum Value of the Residual Stress
Kyung-Suk Lee, Seung-Jun Kim, Jin-Hee Choi, Young-Jong Kang
Abstract
This paper suggests a reasonable tangential modulus equation of a steel I-section member subjected the axial force considering residual stress. In general, there are three analyses methods which can be used to inelastic analysis using a beam element, a plastic zone analysis, an elastic-plastic hinge analysis, and a refined plastic hinge analysis. Among these three analysis methods, a refined plastic hinge analysis has been performed by many researchers because of its efficiency as well as reasonability. In a refined plastic hinge analysis, the CRC tangential modulus equation is adopted to consider a gradual yielding effect when the member is applied the axial force. But, this CRC tangential modulus equation can consider only restricted residual stress pattern and maximum value of the residual stress which is a half of a yield stress. By inelastic finite element analysis in this research, this limitation of the CRC tangential modulus revealed. In this research, new tangential modulus equation of a steel I-section member subjected the axial force was derived. This equation can consider different residual stress patterns, maximum value of the residual stress, the geometry of the section, and the direction of applied axial force. And this equation is validated by the inelastic finite element analysis using ABAQUS V6.9.
Key Words: Gradual yielding; Inelastic analysis; Refined plastic hinge analysis; Residual stress; Tangential modulus
요지
보 요소를 사용한 비선형 해석법에는 크게 소성영역법과 탄소성 힌지법, 그리고 개선소성힌지법이 있다. 그 중, 적은 계산량과 단면의 비탄성화의 진전을 고려 할 수 있는 개선 소성 힌지법은 현재 많은 연구자들에 의해 사용되고 있으며, 특히 축력 작용 시 잔류응력으로 인하여 단면이 점진적으로 소성화 되는 과정이 CRC 접선탄성계수로 표현되어 사용되고 있다. 하지만 기존의 식은 최대압축잔류응력을 항복응력의 50%로 가정하고 제한된 형태의 잔류응력 패턴에 대해 국한된 식이므로, I 형 단면의 재료 비선형해석에 대한 적용성에 한계가 있고 이는 유한요소해석 프로그램을 이용하여 기존식의 한계를 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 새로운 접선 탄성계수식이 유도되었는데 이 식은 많은 연구자가 다루는 주요한 잔류응력 패턴, 최대 잔류응력의 크기, 단면의 형상 및 하중의 방향을 모두 고려할 수 있는 형태로 유도되었다. 유도된 식은 ABAQUS V6.9를 이용한 비탄성 해석을 통해 검증되었다.
핵심용어: 점진적 소성화; 비탄성해석; 개선 소성 힌지법; 잔류응력; 접선탄성계수
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