[논문]반강접 접합부를 적용한 초대형 부유식 구조물 상부구조체의 2차 탄성해석

송화철; 이은숙

doi:10.5394/kinpr.2003.27.1.063

반강접 접합부를 적용한 초대형 부유식 구조물 상부구조체의 2차 탄성해석
Second Order Elastic Analysis of Superstructures on Very Large Floating Structure with Semi-Rigid Connections 원문보기

한국항해항만학회지 = Journal of navigation and port research, v.27 no.1 = no.81, 2003년, pp.63 - 70

송화철 (한국해양대학교 해양공간건축학부) , 이은숙 (한국해양대학교 대학원 해양건축공학과)

초록
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초대형 부유식 구조무？ 상부구조는 육상 구조물과는 달리 파량하중의 영향을 받기 때문에 하부부체의 변형에 의해서 상부구조물에는 부가 모멘트가 크게 발생한다. 이와 같은 부가모멘트의 저감을 위하여 보-기둥 접합부에 반강접의 도입에 관한 연구는 시작단계이며 반강접의 비선형 거동을 고려한 상부구조물의 연구는 초기단계이다. 본 논문에서는 초대형 부유식 구조물의 상부구조물에 정적하중과 진폭의 크기가 다른 파랑하중이 동시에 작용할 경우 강접 골조와 부분적으로 반강접 접합부가 사용된 세 가지 접합부 종류에 대한 2차 탄성해석을 수행하였다. 접합부는 웨브에 더블 앵글을 가진 상하 앵글(TSD) 접합과 확장 엔드 플레이트 접합 그리고 각형강관 외다이아프램 접합부를 적용하였으며 중고층 구조물에 파랑하중이 작용할 경우 반강접 접합부의 위치에 따른 모멘트와 수평변위의 응답특성에 대하여 연구하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

If semi-rigid connections are used for superstructures of very large floating structures (VLFS), the number of rigid connections can be reduced and more economical construction will be possible. In this study, considering service load and wave load in VLFS, the applicability of mixed use of rigid and semi-rigid connections have been studied using three types of connections for a four-bay eight-story frame. Three types of connections are used; top and seat-angle connections with double web-angle(TSD), extended end plate connections, steel tubular column with square external-diaphragm connections. ABAQUS(Finite element analysis program) is used for conducting second order elastic analysis.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 초대형 부유식 구조물의 상부구조물에 정적하중과 진폭의 크기가 다른 파랑 하중이 동시에 작용할 경우 강접 골조와 부분적으로 반강접 접합부가 사용된 세 가지 접합부종류에 대한 2차 탄성 해석을 수행하였다.

가설 설정

파장은 260m로 가정하고 진폭은 5cm, 10cm, 20cm일 경우로 가정하여 적용하였으며, 5cm, 20cm의 해석결과만 분석하였다. 아래 Fig.

제안 방법

11과 같이 하부구조물, 상부구조물, 계류시스템으로 구성된다. 본 논문에서는 부체구조물과상부구조물을 분리하여 해석하는 경우를 전제로 하였으며, 부체의 탄성응답해석의 결과인 변형 모드를 상부구조물의 주각부에 강제수직변위로 입력하여 파랑 하중을 고려하였다 (송화철, 2001).
본 논문에서는 초대형 부유식 구조물의 상부 구조체에 정적하중과 파랑하중이 동시에 작용할 경우 강접 골조와 부분적으로 반강접 접합부가 사용된 구조물에 3가지 반강접 접합부를 적용하여 P-A 효과를 고려한 탄성 해석을해석을 수행하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
본 모델은 각형 강관 외다이아프램 접합부에 적용한 것으로서 Three-Parameter Power Model을 기본으로 한 해석 결과를 바탕으로 소성 강성을 초기 강성의 1/50으로 처리하여 접합부의 변형을 표현한 것으로 식(4에 나타내었다. 이와 같은 곡선 함수는 보의 접합 위치에 따라 달라지며, Fig.
접합부는 웨브에 더블 앵글을 가진 상하 앵글(TSD)접합과확장 엔드 플레이트 접합 그리고 각형 강관 외다이아프램 접합부를 적용하였으며 중고층 구조물에 파랑 하중이 작용할 경우반강접 접합부의 위치에 따른 모멘트와 수평변위의 응답특성에 대하여 연구하였다.

대상 데이터

사용하였다 (Kishi and Chen, 1996). 기본 강접합 모델은 4 경 간 8층 구조물로 각 기둥 중심 간격은 300in이고 1개 층의 높이는 144in이다. 모델의 형태를 Fig.

데이터처리

Case3는 28 개로 하부에 반강접 접합부를 배치한 형태이다. 해석 프로그램은 ABAQUS/Standard Version 6.2를 사용하였으며 접합부강성을 모멘트-회전각 값을 이용한 비선형의 형태로 입력하여 P-A 효과를 고려한 탄성 해석을 하였다.

이론/모형

모멘트'회전각 거동에 관한 예측식은 Three-Parameter Power Mod이을 이용한 제 안식을 사용하였으며 각 층의 모멘트-회전각 곡선을 Fig. 10에 나타내었다. Table 7에는 적용변수 값을 나타내었다.
5와 Table 2에 나타내었다. 모멘트-회전각 거동에 관한 예측 모형 식을 구하기 위해 Three -Parameter Power Model을 이용하였으며 각 층의 모멘트-회전각 곡선을 Fig. 6에 나타내었다. Table 3은 TSD 접합부의 적용변수 값을 나타낸다.
7과 Table 4에 나타내었다. 모멘트-회전각 거동에 관한 예측 모형식은 Richard Power Mod 이을 이용하였으며 각 층의 모멘트-회전각 곡선을 Fig. 8에 나타내었다. Table 5에는 적용 변수값을 나타내었다.
적용예제 구조물은 Kishi와 Chen의 연구에서 적용된 예제를 사용하였다 (Kishi and Chen, 1996). 기본 강접합 모델은 4 경 간 8층 구조물로 각 기둥 중심 간격은 300in이고 1개 층의 높이는 144in이다.

성능/효과

1. 파랑 하중의 진폭이 작을 경우에는 접합부 종류별 변위및 모멘트 응답의 차이가 컸지만 진폭이 큰 경우에는 파랑하중에 의한 응답이 지배적이기 때문에 시스템별 차이가 줄어들었다.
2. 부체변형 진폭이 작은 경우에는 강접합이 유리하지만 진폭이 큰 경우에는 변위의 차이가 없어 반강접 접합부를 적용한 것이 모멘트 저감 측면에서 유리한 것으로 나타났다.
3. 가장자리 기 등과 보의 접합부만 강접으로 한 Casel의 경우는 강접 접합보다 최대모멘트가 증가하였으며, Case3과 같이 파랑하중에 의한 부가모멘트가 크게 작용하는 하부 부분을반강접 접합부로 할 경우 하부층 보에 부가 모멘트는 줄일 수 있었다.
4. Case3과 같이 외곽 보에 반강접 접합부를 배치하면 다른 시스템에 비해 변위가 크게 발생하는 것을 알 수 있었으며 확장 엔드 플레이트 접합부와 같이 강성이 큰 접합부를 적용할 경우에는 변위제어에 유리한 것으로 나타났다.
외곽 보를 강접 접합한 Casel과 Case2는 강접 골조일 때 보다 모멘트가 크게 작용하였고 파랑 하중의 진폭이 커질수록 접합부 종류별 모멘트 차이가 줄어들었다.
확장 엔드 플레이트 접합을적용한 Case2, Case3은 강접 골조와 비슷하게 값이 나왔다. 전체적으로 Case3은 강접 골조에 비해서 모멘트를 줄일 수 있는 성과를 거둘 수 있었다. 외곽 보를 강접 접합한 Casel과 Case2는 강접 골조일 때 보다 큰 모멘트가 크게 작용하였다.
최대모멘트가 발생하였다.조합 하중에에 의해 모멘트가 강접 골조에 비해 증가율이 가장 큰 것은 TSD 접합의 Casel으로 10% 증가하였고 확장 엔드 플레이트 접합의 Case3은 16% 감소하였다.
17에 나타내었고 조합 하중에 의한 모멘트가 가장 큰 부분과 정적하중에 의해 모멘트가 가장 큰 부분을 비교하여 Table 12에 나타내었다. 진폭 5cm에 비교하여 모멘트증가율이 4배정도 커져서 파랑 하중의 진폭의 증가와 모멘트의증가가 비례하는 것을 알 수 있었다.
각형 강관 외다이아프램 접합은 TSD 접합과 비슷한 양상을 보이며 변위는 5% 정도 적게 나타났다. 파랑 하중에 의한 접합 부종류별 변위 차이는 거의 없고 정적하중에 의한 차이가 커 파랑 하중의 진폭이 증가할수록 접합부 종류별 격차가 줄어들었다. 파랑하중의 진폭이 20cm인 경우는 수평변위가 과도하므로 변위제어를 위한 방법이 강구되어야 한다.
16에 나타내었고 조합 하중에 의한 모멘트가 가장큰 부분과 정적하중에 의해 모멘트가 가장 큰 부분을 비교하여 Table 11에 나타내었다. 파랑하중(진폭 5cm)에 의한 영향이 적어 정적하중에 의한 횡 변 위가 지배적임을 알 수 있었다.

후속연구

5. 파랑진폭의 크기에 따라 반강접 접합부의 배치를 달리하여 효율적인 상부구조 형태를 선정할 필요가 있으며 향후 동적해석에 대한 연구가 필요하다.

참고문헌 (8)

송화철, 곽영하(2001). “초대형 부유식 구조물 상부구조체의 시간이력해석", 대한건축학회 추계학술발표논문집 제21권 제2호
이상훈(1997). "직각 외다이아프램 형식을 이용한 각형 강관 접합부 해석을 위한 실험적 연구", 서울대학교 석사학위논문
채용수, 최성모, 김동규(2001). "직각판 외다이아프램형식 각형강관기둥-H형강보 반강접접합부를 가진 골조의 탄소성 거동에 관한 해석적 연구", 대한건축학회 논문집(구조계), Vol 17, No 10
Chan, S. L. and Chui, P. P. T.(2000). "Non-Linear Static and Cyclic Analysis of Steel Frames with Semi-Rigid Connections", Amsterdam; New York: Elsevier
Chen, W.F., and Kishi, N.(1986). "Data Base of Steel Beam -to-Column Connections", Structural Engineering Report No. CE-STR-86-26, Vol 2, West Lafayette, IN: School of Civil Engineering, Purdue University
Faella, C. and Piluso, V. and Rizzano, G.(2000). "Structural Steel Semirigid Connections", CRC Press LLC
Kishi, N. and Chen, W. F. and Goto, Y. and Hasan, R.(1996). "Behavior of Tall Buildings with Mixed Use of Rigid and Semi-Rigid Connections", Computer & Structures, Vol 61, No 6, pp 1193-1206

상세보기
Richard, R.M. and Gillet, P.E. and Kreigh, J.D. and Lewis, B.A.,(1980). "The Analysis and Design of Single Plate Framing Connections", AISC Engineering Journal, 2nd Quarter, pp 38-52

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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