고성능강을 적용한 하이브리드 플레이트 거더의 휨연성 유한요소해석

Abstract

이 연구에서는 플랜지에는 HSB800을 적용하고 복부판에는 HSB500을 적용한 하이브리드 플레이트 거더의 휨연성도를 3차원 비선형 유한요소해석을 이용해 평가하고 고성능강을 적용한 하이브리드 플레이트 거더의 휨연성도를 증대시킬 수 있는 방안을 제시하였다. 플레이트 거더의 휨연성은 부재에 소성 모멘트 이상의 하중이 작용할 때 모멘트 재분배를 일으키며 회전할 수 있는 능력을 일컫는데, 급작스러운 파괴를 막기 위해서는 휨연성도의 확보가 필요하다. 하지만 고성능강을 적용한 플레이트 거더는 재료 연성이 낮아 일반 강재를 적용한 플레이트 거더에 비해 휨연성도가 낮다. 휨연성도는 플레이트 거더의 파괴 모드와 관련이 깊다. 일반 강재를 적용한 플레이트 거더는 주요 파괴 모드가 횡-비틀림 좌굴과 압축부 국부 좌굴로 나뉘는데, 충분한 횡지지가 돼있다면 국부 좌굴의 발생이 늦어질수록 휨연성도가 높아진다. 반면 고성능강을 적용한 플레이트 거더의 파괴보드는 횡-비틀림 좌굴과 국부 좌굴의 복합모드, 인장플랜지의 파단으로 구분돼 상이한 파괴모드를 가지게 되며 국부 좌굴과 휨연성도의 관계가 달라진다. 이 연구에서는 유한요소해석을 통해 고성능강을 적용한 하이브리드 플레이트 거더도 단일강종 거더와 동일한 파괴모드를 갖는 것을 확인하였다. 그리고 고성능강을 적용한 하이브리드 플레이트 거더에 대해 휨연성도와 국부 좌굴의 관계를 규명하고 휨연성도를 증대시킬 수 있는 방안을 제시하고자 플랜지와 복부판의 판폭두께비를 바꾸면서 유한요소해석을 이용한 매개변수 연구를 하였다. 해석 결과, 모멘트 구배 하중 조건 하에서 플랜지와 복부판의 판폭두께비가 큰 경우에는 국부좌굴이 조기에 발생하여 휨연성이 낮았으며, 모두 작은 경우에는 인장플랜지의 파단이 플레이트 거더의 파괴모드가 되어 휨연성이 낮고 급작스럽게 파괴될 위험이 있었다. 결론적으로 고성능강을 적용한 하이브리드 플레이트 거더의 휨연성 확보를 위해서는 플랜지와 복부판의 판폭두께비가 상충관계에 있음을 밝혔다. 추가적으로 균일 모멘트 하중 조건 하에서 해석을 수행했다. 균일 모멘트에 대해서는 국부 좌굴보다 횡변위가 먼저 일어나면서 횡-비틀림좌굴과 국부좌굴의 복합모드가 지배적인 파괴모드가 되었다. 결과적으로 판폭두께비가 작을수록 휨연성이 증가하는 경향을 보였다.