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횡비틀림 좌굴

19. 05. 2022

| 저자: Ralph Pullinger

Steel

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대학에서 처음 '횡비틀림 좌굴'이라는 용어를 접했을 때, 여러분은 이 현상의 중요성을 제대로 알지 못하는 학생이었을 것입니다. 하지만 이 주제가 얼마나 중요한지 곧 깨닫게 되었을 것입니다!

횡비틀림 좌굴이란 무엇이며 원인은 무엇인가?

횡비틀림 좌굴 (LTB)은 구속되지 않은 보가 적용 하중에 의해 종축으로부터 벗어나 변형되는 현상으로, 횡방향 변위와 비틀림이 동시에 발생합니다.

구속되지 않은 강재 보는 압축 플랜지가 횡방향으로 자유롭게 이동(또는 변위)하고 회전할 수 있는 보입니다. 단순 지지 보에 이 이론을 적용하면 압축 플랜지는 상부 플랜지가 됩니다. 이 플랜지가 횡방향으로 처짐에 따라 인장 플랜지는 보를 직선으로 유지하려 하며, 보의 횡방향 휨으로 인해 '복원' 힘이 발생합니다. 그러나 이러한 힘만으로는 보를 직선으로 유지할 수 없습니다. LTB에 대한 보의 저항은 복원력과 인장 플랜지의 인장력의 횡방향 성분에 의해 결정됩니다.

압축 플랜지와 인장 플랜지의 상호작용은 구속되지 않은 보를 비틀리게 합니다. 이 비틀림에 대한 저항은 보 단면의 비틀림 저항에 따라 달라집니다. 예를 들어, 플랜지 두께가 큰 보는 동일한 춤(depth)에서 플랜지 두께가 작은 보보다 비틀림 저항이 큽니다. 더 큰 저항을 제공하는 다른 단면(RHS/SHS)도 있으며, 이러한 단면은 면외 힘 효과에 취약한 수직 하중을 지지하는 비교적 큰 경간(예: 접이식 문이 있는 개구부)이 필요한 상황에서 자주 사용됩니다.

LTB 파괴가 어떻게 진행되는지 확인하려면 이 동영상을 참조하십시오.

LTB에 영향을 미치는 요인은 무엇인가?

세 가지 주요 요인이 있습니다:

적용 하중의 위치
휨모멘트 분포
단부 지지 조건

적용 하중의 위치

LTB의 영향은 적용 하중의 위치와 보 단면의 전단 중심 사이의 거리에 의해 결정됩니다. 하중이 전단 중심 위에 적용될 경우 단면은 LTB에 더 취약합니다. 하중이 전단 중심을 따라 적용되면 영향이 줄어들고, 전단 중심 아래에 적용되면 보가 LTB를 겪을 가능성이 거의 없습니다.

[참고] 전단 중심은 적용 하중이 비틀림을 유발하지 않는 보 단면 위의 점입니다. 이는 단면 형상에 따라 달라집니다. 대칭 단면에서는 전단 중심과 무게 중심이 일치합니다. 비대칭 단면에서는 일치하지 않을 수 있습니다. 임의의 단면에 대한 전단 중심을 계산하는 데는 수학적 계산이 필요하지만, 다행히 엔지니어들은 소프트웨어와 참조 가능한 표를 활용합니다!