HSB 강거더의 비탄성 횡비틂좌굴에 의한 휨강도 - 세장 복부판 단면

Abstract

HSB 고강도 강재를 적용한 균일모멘트를 받는 세장 복부판을 갖는 강거더에 대하여 비탄성 횡비틂좌굴 거동을 상용 ABAQUS 프로그램을 이용하여 비선형 유한요소해석으로 분석하였다. 해석대상 강거더는 압축플랜지의 국부좌굴이 휨강도를 지배하지 않도록 플랜지는 조밀 또는 비조밀 요소에 해당하는 세장비를 갖도록 설계하였으며, 횡방향 비지지길이는 탄성 횡비틂좌굴 강도 이상의 휨강도를 갖도록 선정하였다. HSB600 및 HSB800 강재로 제작된 균질단면 강거더와 HSB800과 SM570-TMC 강재를 동시에 적용한 하이브리드 단면를 고려하였고, 일반강재와의 상대적인 비교를 위하여 SM490-TMC 균질단면 강거더에 대한 해석도 수행하였다. 비선형 유한요소해석 시에는 플랜지와 복부판을 쉘요소로, 강재는 탄소성-변형경화 재료로 모델링하였다. 초기변형과 단면의 잔류응력을 고려하였으며 이들이 비탄성 횡비틂좌굴 영역에서 휨거동에 미치는 영향을 분석하였다. 총 64개의 해석대상 강거더에 대하여 FE 해석과 설계식에 의한 휨저항강도를 비교한 결과, HSB 강재를 적용한 균질단면 및 하이브리드 단면 거더의 비탄성 횡비틂좌굴에 의한 휨강도는 현 AASHTO LRFD 압축플랜지 휨강도 탄성 설계규정을 적용하여 산정할 수 있는 것으로 분석되었다. The flexural behavior of HSB I-girder with a non-slender web attributed to inelastic lateral-torsional buckling under uniform bending was investigated using nonlinear finite element analysis of ABAQUS. The girder was assumed to have a compact or noncompact web in order to prevent premature bend-buckling of the web. The unbraced length of the girder was selected so that inelastic lateral-torsional buckling governs the ultimate flexural strength. The compression flange was also assumed to be either compact or noncompact to prevent local buckling of the elastic flange. Both homogeneous sections fabricated from HSB600 or HSB800 steel and hybrid sections with HSB800 flanges and SM570-TMC web were considered. In the FE analysis, the flanges and web of I-girder were modeled as thin shell elements. Initial imperfections and residual stresses were imposed on the FE model. An elasto-plastic strain hardening material was assumed for steel. After establishing the validity of the present FE analysis by comparing FE results with test results in existing literature, the effects of initial imperfection and residual stress on the inelastic lateral-torsional buckling behavior were analyzed. Finite element analysis results for 96 sections demonstrated that the current inelastic strength equations for the compression flange in AASHTO LTFD can be applied to predict the inelastic lateral torsional buckling strength of homogeneous and hybrid HSB I-girders with a non-slender web.