인류가 건축물을 설계하고 시공한 이후로 건축재료는 대형화와 고층화라는 두 가지 목표를 실현하기 위해서 발전해왔다. 철근콘크리트와 철골는 현재 가장 널리 사용되고있는 대표적인 건축재료로 철근콘크리트는 재료공급이 용이하고 경제적이며, 내화성 및 내구성이 강하고 내진성이 크며 유지관리가 다른 재료에 비해서 쉽다는 장점을 가지고 있지만 거푸집 및 철근을 배치로 인하여 공사기간이 길어지고 특히 강도에 비해 자중이 크기 때문에 장스팬에 불리하다는 단점을 가지고 있다. 반면, 철근콘크리트에 비해서 고강도·고강성인 철골의 재료적인 특성상 철근콘크리트에 비해 단면이 작아도 되고 공사기간이 짧으며 품질관리가 용이하다는 장점은 가지고 있으나 높은 판폭두께비로 인한 좌굴, 내화성 및 내식성의 면에서 약하고 비용이 비싸다는 단점을 가지고 있다. 이러한 철근콘크리트와 철골의 재료적인 단점을 보완하고 장점을 이용하기 위해서 합성재료의 사용이 늘고 있다. 초기의 콘크리트와 ...
인류가 건축물을 설계하고 시공한 이후로 건축재료는 대형화와 고층화라는 두 가지 목표를 실현하기 위해서 발전해왔다. 철근콘크리트와 철골는 현재 가장 널리 사용되고있는 대표적인 건축재료로 철근콘크리트는 재료공급이 용이하고 경제적이며, 내화성 및 내구성이 강하고 내진성이 크며 유지관리가 다른 재료에 비해서 쉽다는 장점을 가지고 있지만 거푸집 및 철근을 배치로 인하여 공사기간이 길어지고 특히 강도에 비해 자중이 크기 때문에 장스팬에 불리하다는 단점을 가지고 있다. 반면, 철근콘크리트에 비해서 고강도·고강성인 철골의 재료적인 특성상 철근콘크리트에 비해 단면이 작아도 되고 공사기간이 짧으며 품질관리가 용이하다는 장점은 가지고 있으나 높은 판폭두께비로 인한 좌굴, 내화성 및 내식성의 면에서 약하고 비용이 비싸다는 단점을 가지고 있다. 이러한 철근콘크리트와 철골의 재료적인 단점을 보완하고 장점을 이용하기 위해서 합성재료의 사용이 늘고 있다. 초기의 콘크리트와 강재의 합성구조는 내화성능이 비교적 약한 강재를 콘크리트로 보완하기 위하여 개발되지만, 그 후 콘크리트의 역학적인 성능을 보다 적극적으로 활용하는 이론이 보강되면서 합성슬래브, 합성보, 합성기둥 등 본격적인 합성부재로 활용되고 있다. 특히, 철근콘크리트와 강구조를 단순히 결합한 수동적인 합성부재에 비해 사용성 확보에 더욱 능동적인 프리스트레스트 합성보에 대한 연구도 다양하게 진행되고 있다. 프리스트레스트 합성보는 콘크리트에 적용되던 프리스트레스 공법을 합성보에 결합시킨 부재로서 처짐제어 뿐만 아니라 강성 및 강도 증진에도 상당히 효과적이기 때문에 관심이 높아지고 있으며 현장적용도 점점 늘어나고 있다.
하지만, 기존의 프리스트레스트 합성보는 단면의 축강성이 큰 일반적인 I형 철골보에 프리스트레스트를 도입하여 프리스트레스트의 도입효율이 매우 떨어진다. 본 연구에서는 웨브의 축강성이 큰 I형강이 프리스트레스트의 도입효과가 적은 점을 개선하기 위하여 파형웨브를 적용하여, 아코디던 효과로 알려진 상하부 플렌지의 응력집중현상을 이용하여 프리스트레스트의 도입효율을 향상시켜 강도증진 및 처짐제어 능력을 확보하였으며, 콘크리트와의 합성시 파형단면에 의한 추가적인 지압면적의 증대를 통하여 합성효율을 향상시킨 파형웨브가 적용된 프리스트레스트 합성보를 제안하였다.
그러나 일반적인 I형 철골보에 긴장력을 도입하게 되면 단면의 축강성이 매우 크기 때문에 프리스트레스 도입효율이 매우 낮을 수 밖에 없다. 이를 개선하여 프리스트레스 도입효율을 높이기 위해서 기존의 연구자들은 파형의 형태의 웨브를 도입한 PS파형합성보를 개발하였다. 웨브를 파형으로 제작하면 파형의 기하하적인 성질인 아코디언효과에 의해서 주요 휨저항요소인 상·하부 플랜지에 프리스트레스 도입효율을 크게 증진시킬 수 있으며, 처짐제어 효율을 극대화시킬 수 있어 개발한 PS파형합성보의 구조적인 우수성을 확인하였다. 본 연구에서는 앞에서 언급한 PS파형합성보의 장점을 유지하면서 단점을 개선하여 불연속웨브를 적용한 PS합성보를 개발하였다. 이는 기존의 PS파형합성보에 비해서 콘크리트와 합성시 콘크리트와의 일체성을 향상시켜 구조성능을 높일 수 있고 강재량 및 용접량을 줄임으로써 경제성 및 시공성을 향상시킬 수 있다. 또한, PS파형보는 파형웨브에 있는 공기층으로 인하여 자중을 줄이고 재료를 절감할 수 있으나 화해에 노출되었을 때에 취약할 수 있다. 그러한 점을 개선하여 내화성능을 증진시킬 수 있을 것으로 예상된다.
이전 연구에서는 앞서 설명한 것과 같이 파형웨브를 적용한 철골보에 프리스트레스를 도입함으로써 아코디온효과를 통하여 주요 휨저항요소인 상·하부 플랜지에 프리스트레스 도입효율이 4%~18%로 증가한 것을 실험을 통하여 확인하였고 이를 유한요소해석을 사용하여 아코디언효과에 의한 강성감소의 정도를 유효단면적개념을 적용하여 정량적으로 산출하여 간단한 식으로 제안하였다. 이를 바탕으로 불연속웨브가 적용된 프리스트레스트 합성보의 아코디언효과를 유한요소해석을 통하여 경향성을 파악하였고 콘크리트와 합성전 불연속웨브 철골보에 프리스트레스를 도입할 때의 높이에 따른 변형률을 측정하여 이를 확인하였다. 콘크리트와 합성후 합성보의 휨거동에 대해서는 이전에 제안된 모델를 사용하여 비선형휨거동을 평가하였다. 본 연구에서는 이전연구에서 제안한 파형웨브가 적용된 매립형 프리스트레스트 합성보와 도일한 크기의 불연속웨브를 도입한 프리스트레스 합성보의 구조성능을 비교하고, 평가하기 위하여 총 2개의 실험체를 제작하여 실험을 수행하였다. 주요변수로는 설비가 통과할 수 있는 web-opening의 존재유무를 변수로 하였다.
인류가 건축물을 설계하고 시공한 이후로 건축재료는 대형화와 고층화라는 두 가지 목표를 실현하기 위해서 발전해왔다. 철근콘크리트와 철골는 현재 가장 널리 사용되고있는 대표적인 건축재료로 철근콘크리트는 재료공급이 용이하고 경제적이며, 내화성 및 내구성이 강하고 내진성이 크며 유지관리가 다른 재료에 비해서 쉽다는 장점을 가지고 있지만 거푸집 및 철근을 배치로 인하여 공사기간이 길어지고 특히 강도에 비해 자중이 크기 때문에 장스팬에 불리하다는 단점을 가지고 있다. 반면, 철근콘크리트에 비해서 고강도·고강성인 철골의 재료적인 특성상 철근콘크리트에 비해 단면이 작아도 되고 공사기간이 짧으며 품질관리가 용이하다는 장점은 가지고 있으나 높은 판폭두께비로 인한 좌굴, 내화성 및 내식성의 면에서 약하고 비용이 비싸다는 단점을 가지고 있다. 이러한 철근콘크리트와 철골의 재료적인 단점을 보완하고 장점을 이용하기 위해서 합성재료의 사용이 늘고 있다. 초기의 콘크리트와 강재의 합성구조는 내화성능이 비교적 약한 강재를 콘크리트로 보완하기 위하여 개발되지만, 그 후 콘크리트의 역학적인 성능을 보다 적극적으로 활용하는 이론이 보강되면서 합성슬래브, 합성보, 합성기둥 등 본격적인 합성부재로 활용되고 있다. 특히, 철근콘크리트와 강구조를 단순히 결합한 수동적인 합성부재에 비해 사용성 확보에 더욱 능동적인 프리스트레스트 합성보에 대한 연구도 다양하게 진행되고 있다. 프리스트레스트 합성보는 콘크리트에 적용되던 프리스트레스 공법을 합성보에 결합시킨 부재로서 처짐제어 뿐만 아니라 강성 및 강도 증진에도 상당히 효과적이기 때문에 관심이 높아지고 있으며 현장적용도 점점 늘어나고 있다.
하지만, 기존의 프리스트레스트 합성보는 단면의 축강성이 큰 일반적인 I형 철골보에 프리스트레스트를 도입하여 프리스트레스트의 도입효율이 매우 떨어진다. 본 연구에서는 웨브의 축강성이 큰 I형강이 프리스트레스트의 도입효과가 적은 점을 개선하기 위하여 파형웨브를 적용하여, 아코디던 효과로 알려진 상하부 플렌지의 응력집중현상을 이용하여 프리스트레스트의 도입효율을 향상시켜 강도증진 및 처짐제어 능력을 확보하였으며, 콘크리트와의 합성시 파형단면에 의한 추가적인 지압면적의 증대를 통하여 합성효율을 향상시킨 파형웨브가 적용된 프리스트레스트 합성보를 제안하였다.
그러나 일반적인 I형 철골보에 긴장력을 도입하게 되면 단면의 축강성이 매우 크기 때문에 프리스트레스 도입효율이 매우 낮을 수 밖에 없다. 이를 개선하여 프리스트레스 도입효율을 높이기 위해서 기존의 연구자들은 파형의 형태의 웨브를 도입한 PS파형합성보를 개발하였다. 웨브를 파형으로 제작하면 파형의 기하하적인 성질인 아코디언효과에 의해서 주요 휨저항요소인 상·하부 플랜지에 프리스트레스 도입효율을 크게 증진시킬 수 있으며, 처짐제어 효율을 극대화시킬 수 있어 개발한 PS파형합성보의 구조적인 우수성을 확인하였다. 본 연구에서는 앞에서 언급한 PS파형합성보의 장점을 유지하면서 단점을 개선하여 불연속웨브를 적용한 PS합성보를 개발하였다. 이는 기존의 PS파형합성보에 비해서 콘크리트와 합성시 콘크리트와의 일체성을 향상시켜 구조성능을 높일 수 있고 강재량 및 용접량을 줄임으로써 경제성 및 시공성을 향상시킬 수 있다. 또한, PS파형보는 파형웨브에 있는 공기층으로 인하여 자중을 줄이고 재료를 절감할 수 있으나 화해에 노출되었을 때에 취약할 수 있다. 그러한 점을 개선하여 내화성능을 증진시킬 수 있을 것으로 예상된다.
이전 연구에서는 앞서 설명한 것과 같이 파형웨브를 적용한 철골보에 프리스트레스를 도입함으로써 아코디온효과를 통하여 주요 휨저항요소인 상·하부 플랜지에 프리스트레스 도입효율이 4%~18%로 증가한 것을 실험을 통하여 확인하였고 이를 유한요소해석을 사용하여 아코디언효과에 의한 강성감소의 정도를 유효단면적개념을 적용하여 정량적으로 산출하여 간단한 식으로 제안하였다. 이를 바탕으로 불연속웨브가 적용된 프리스트레스트 합성보의 아코디언효과를 유한요소해석을 통하여 경향성을 파악하였고 콘크리트와 합성전 불연속웨브 철골보에 프리스트레스를 도입할 때의 높이에 따른 변형률을 측정하여 이를 확인하였다. 콘크리트와 합성후 합성보의 휨거동에 대해서는 이전에 제안된 모델를 사용하여 비선형휨거동을 평가하였다. 본 연구에서는 이전연구에서 제안한 파형웨브가 적용된 매립형 프리스트레스트 합성보와 도일한 크기의 불연속웨브를 도입한 프리스트레스 합성보의 구조성능을 비교하고, 평가하기 위하여 총 2개의 실험체를 제작하여 실험을 수행하였다. 주요변수로는 설비가 통과할 수 있는 web-opening의 존재유무를 변수로 하였다.
Structure material has developed to make buildings lager and higher after humankind designed and constructed. As reinforced concrete and steel are most widely utilized in the building, reinforced concrete has economic efficiency, fire-earthquake resistance and durability and is effective and easy to...
Structure material has developed to make buildings lager and higher after humankind designed and constructed. As reinforced concrete and steel are most widely utilized in the building, reinforced concrete has economic efficiency, fire-earthquake resistance and durability and is effective and easy to maintain. However, construction period of RC building may be extended by setting up molds and rebar and it has the weakness to realize the long span due to heavy self-weight. Although structural steel can generally offer high strength, steel members also have many weaknesses, such as instability to buckling, excessive deflection, vibration, deterioration of fatigue strength, and often many stiffeners required. To overcome these limitations, various types of composite material of RC and steel have been developed, and many experimental and analytical studies have been conducted to assess their structural performance.
In the early days, concrete was used to protect the steel from fire. Recently, the hybrid steel beam system that combines the prestressing method and steel members is being considered an attractive way to more actively improve the stiffness and serviceability of steel structures. The typical steel beams with wide flange sections, however, have large axial stiffness of the section which results in the very low efficiency of the introduced prestress. Conversely, due to the unique characteristic of the corrugated web known as the Accordion effect, the prestress introduced to the top and bottom flanges of the corrugated webbed steel beam, which are the main resistant elements against the bending moment, is improved. Thus, the use of corrugated webbed steel beams with prestressing developed by previous researcher is advantageous not only in terms of serviceability by active deflection control, but also of the improved strength.
In this paper, the PS composite beam with discontinuous webs is developed to maintain the advantage and to compensate the defect of corrugated wedded steel beams with prestressing. This composite beam improves the structural ability with large resultant force and is more economical and easier to apply for the building site than previous composite beams.
As the aforesaid Accordion Effect, the efficiency of the introduced prestress is increased and verified from the test by measuring the strain of top and bottom flanges. Through the finite element analysis and the classical structural mechanics approach, two analysis models for quantitatively assessing the accordion effect were proposed, which were also verified by the experimental results. Based on the results, the main parameters of the composite beam with discontinuous web are studied by FE analysis and verified the experimental study. After composite with concrete, the flexural test is conducted to estimate the flexural behavior comparing with proposed model by previous researcher.
Structure material has developed to make buildings lager and higher after humankind designed and constructed. As reinforced concrete and steel are most widely utilized in the building, reinforced concrete has economic efficiency, fire-earthquake resistance and durability and is effective and easy to maintain. However, construction period of RC building may be extended by setting up molds and rebar and it has the weakness to realize the long span due to heavy self-weight. Although structural steel can generally offer high strength, steel members also have many weaknesses, such as instability to buckling, excessive deflection, vibration, deterioration of fatigue strength, and often many stiffeners required. To overcome these limitations, various types of composite material of RC and steel have been developed, and many experimental and analytical studies have been conducted to assess their structural performance.
In the early days, concrete was used to protect the steel from fire. Recently, the hybrid steel beam system that combines the prestressing method and steel members is being considered an attractive way to more actively improve the stiffness and serviceability of steel structures. The typical steel beams with wide flange sections, however, have large axial stiffness of the section which results in the very low efficiency of the introduced prestress. Conversely, due to the unique characteristic of the corrugated web known as the Accordion effect, the prestress introduced to the top and bottom flanges of the corrugated webbed steel beam, which are the main resistant elements against the bending moment, is improved. Thus, the use of corrugated webbed steel beams with prestressing developed by previous researcher is advantageous not only in terms of serviceability by active deflection control, but also of the improved strength.
In this paper, the PS composite beam with discontinuous webs is developed to maintain the advantage and to compensate the defect of corrugated wedded steel beams with prestressing. This composite beam improves the structural ability with large resultant force and is more economical and easier to apply for the building site than previous composite beams.
As the aforesaid Accordion Effect, the efficiency of the introduced prestress is increased and verified from the test by measuring the strain of top and bottom flanges. Through the finite element analysis and the classical structural mechanics approach, two analysis models for quantitatively assessing the accordion effect were proposed, which were also verified by the experimental results. Based on the results, the main parameters of the composite beam with discontinuous web are studied by FE analysis and verified the experimental study. After composite with concrete, the flexural test is conducted to estimate the flexural behavior comparing with proposed model by previous researcher.
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