전단변형 효과를 무시하는 경우에 보존력을 받는 박벽공간뼈대구조의 자유진동 및 안정성해석을 위한 일반이론을 유도한다. 이를 위하여 비대칭 박벽단면의 임의점을 통과하는 부재축과 이와 직각을 이루는 두 개의 좌표축을 도입하여 직각좌표계를 정의하고, 이 좌표축을 기준으로 semitangential 회전의 2차항을 고려하는 변위장을 도입하여 연속체에 대한 가상일의 원리로 부터 운동에너지, 탄성변형에너지, 그리고 초기응력에 의한 포텐셜에너지를 유도한다. 이를 이용하여 선형분포하중을 받는 박벽공간뼈대구조의 자유진동 및 안정성해석을 위한 운동방정식을 제시한다. 3차 Hermitian 다항식을 변위파라미터의 형상함수로 사용하여 박벽공간뼈대부재의 질량, 탄성강성 및 기하학적 강성행렬을 산정할 뿐만 아니라, 임의의 위치에 작용하는 분포하중에 대한 하중보정강성행렬(load-correction stiffness matrix)을 제시한다. 본 이론 및 방법의 타당성을 검증하기 위하여 수치해석을 수행하고 문헌의 결과와 비교하여 정당성을 입증한다.

The general formulation for free vibration and stability analysis of unsymmetric thin-wared space frames is presented in case where the shear deformation effects are neglected. The kinetic and total potential energies are derived by applying the extended virtual work principle, introducing displacement parameters defined at the arbitrarily chosen axis and including warping deformation and second order terms of finite semitangential rotations. In formulating the finite element procedure, cubic Hermitian polynomials are utilized as shape functions of the two node space frame element. Mass, elastic stiffness, and geometric stiffness matrices for the unsymmetric thin-walled section are evaluated, and load-correction stiffness matrices for off-axis distributed loadings are considered. In order to illustrate the accuracy and practical usefulness of this formulation, finite element solutions for the free vibration and stability problems of thin-walled beam-columns and space frames are presented and compared with available solutions.

• 김문영(성균관대학교 토목공학과) | Kim Moon Young
• 김성보(충북대학교 토목공학과) | Kim Sung Bo