휨부재 횡좌굴 lateral buckling 비지지길이 휨강도

 

 

휨부재는 강축의 수직방향인 약축에 대한 휨과 비틀림에 대한 저항이 약합니다. 강축에 비해 저항이 약하므로, 약축에 대한 좌굴에 주의해야하는데요. 횡좌굴의 개념, 발생하는 메커니즘, 비지지길이에 따른 휨강도 특성에 대해 적어보겠습니다. 구조기술사, 시공기술사에도 나올 수 있는 개념입니다.

 

 

휨부재의 횡좌굴 현상

일반적으로 휨부재는 주로 저항하는 축을 강축으로 하여 경제적인 설계를 위해, 강축 단면과 약축 단면을 다르게 설계한다. 그런데, 이 약축에 대한 휨 및 비틀림 저항성은 상대적으로 떨어지게 되는데 이로 인해 횡좌굴로 이어질 수 있기 때문에 주의가 필요하다.

 

휨부재 횡좌굴 현상 요인

휨부재가 외부 하중에 의해 휨모멘트의 한계값에 도달하게 되면, 먼저 압축플랜지에서 발생한 압축응력에 의해 횡방향, 즉 약축 방향으로 변형이 발생하게 되고 이는 횡방향으로의 좌굴을 불러일으킨다. 이를 횡좌굴 lateral buckling 이라고 한다.

 

휨부재 횡방향 지지길이 변화에 따른 휨강도

비지지길이 unbraced length (Lb)

횡방향 지지점 사이의 거리를 말한다. 휨 강도 상향을 위해 횡구속시킬 수 있는 브레이싱, 슬래브를 설치한다. 이는 압축플랜지의 횡방향 변위를 구속시켜 횡좌굴 저항을 높이는 역할을 한다.

 

비지지길이에 따른 휨부재의 휨강도

단순보를 기준으로 약축세장비(Lb/ry) 에 따른 휨강도를 구분할 수 있다. 여기서, Lb는 비지지길이, Lp는 소성횡좌굴에 대한 한계비지지길이, Lr은 탄성횡좌굴에 대한 한계비지지길이, ry는 곡률반경 이다.

 

① Lb ≤ Lp 인 경우

비지지길이가 짧고, 세장비가 작은 경우로 휨부재인 보가 소성모멘트까지 성능을 발휘할 수 있는 조건이다. 따라서, 공칭휨강도는 소성모멘트라고 볼 수 있다.

 

②  Lp < Lb ≤ Lr 인 경우

횡지지 간격이 충분하지 않아, 휨부재의 압축플랜지에서 비탄성거동을 보이고 이로 횡좌굴이 발생한다. 공칭휨강도는 소성모멘트와 탄성횡좌굴모멘트를 횡지지세장비에 따라 직선보간하여 산정할 수 있다.

 

③ Lr < Lb 인 경우

비지지길이가 너무 넓고 휨부재는 항복모멘트에 도달하지 못하고 조기에 횡좌굴이 나타나는 경우이다. 공칭휨강도는 탄성좌굴강도 Mcr 로 나타낸다. 자세한 식은 아래 풀이를 참고.

 

토목구조기술사 115회 4교시 기출문제입니다. 풀이는 아래 참고 바랍니다.

 

도움되셨기를 바랍니다. 감사합니다

기술사는 다양한 문제를 보는게 중요합니다. 아래 링크로 관련 기출문제를 드립니다.

(링크)기둥 좌굴 방정식, scant formuler