용접조립 각형강관은 얇은 강판을 L형으로 절곡한 4개의 단위 부재를 플레어 용접으로 용접한 강관으로 용접조립 각형강관이 CFT 기둥으로 사용될 경우 콘크리트와 강관 폭의 중앙에 설치된 리브가 국부좌굴을 방지하는 역할을 하며 강관은 내부의 콘크리트의 구속하여 콘크리트의 구조내력을 향상시키는 역할을 한다. 본 연구에서는 용접조립 각형강관기둥의 제작방법을 소개하고 용접조립 각형강관과 용접조립 각형CFT 기둥 의 구조성능을 평가하기 위해 강관의 형상(용접조립 각형강관, 일반강관)과 폭두께비(B/t=50, 58, 67), 콘크리트의 강도(f'c=, 10MPa, 40MPa) 를 변수로 총 15개의 실대형 실험체를 제작하여 구조실험을 수행하였으며 용접조립 각형강관의 단면효율과 구조내력의 우수성을 확인하였다.
용접조립 각형강관은 얇은 강판을 L형으로 절곡한 4개의 단위 부재를 플레어 용접으로 용접한 강관으로 용접조립 각형강관이 CFT 기둥으로 사용될 경우 콘크리트와 강관 폭의 중앙에 설치된 리브가 국부좌굴을 방지하는 역할을 하며 강관은 내부의 콘크리트의 구속하여 콘크리트의 구조내력을 향상시키는 역할을 한다. 본 연구에서는 용접조립 각형강관기둥의 제작방법을 소개하고 용접조립 각형강관과 용접조립 각형CFT 기둥 의 구조성능을 평가하기 위해 강관의 형상(용접조립 각형강관, 일반강관)과 폭두께비(B/t=50, 58, 67), 콘크리트의 강도(f'c=, 10MPa, 40MPa) 를 변수로 총 15개의 실대형 실험체를 제작하여 구조실험을 수행하였으며 용접조립 각형강관의 단면효율과 구조내력의 우수성을 확인하였다.
Welded built-up square tubes are manufactured by flare welding at the center of the column width for cold-formed L-shaped four-piece plates and improved composite effect of concrete and steel by vertical inner anchor. Also, the axial resistance of concrete is increased by the thinness of the steel c...
Welded built-up square tubes are manufactured by flare welding at the center of the column width for cold-formed L-shaped four-piece plates and improved composite effect of concrete and steel by vertical inner anchor. Also, the axial resistance of concrete is increased by the thinness of the steel column, and the composite effect of concrete and steel prevents the steel column from local buckling. In this study, we introduced a manufacturing method of built-up square column steel square concrete-filled tubular column with vertical inner anchor and superior structural performance of the square stub column verified by the structural test for 15 specimens with parameters of shape of tube (built-up square tube, general steel tube), width over thickness of the steel tube (B/t=50, 58, 67) and the strength of concrete (f'c=10MPa, 50MPa).
Welded built-up square tubes are manufactured by flare welding at the center of the column width for cold-formed L-shaped four-piece plates and improved composite effect of concrete and steel by vertical inner anchor. Also, the axial resistance of concrete is increased by the thinness of the steel column, and the composite effect of concrete and steel prevents the steel column from local buckling. In this study, we introduced a manufacturing method of built-up square column steel square concrete-filled tubular column with vertical inner anchor and superior structural performance of the square stub column verified by the structural test for 15 specimens with parameters of shape of tube (built-up square tube, general steel tube), width over thickness of the steel tube (B/t=50, 58, 67) and the strength of concrete (f'c=10MPa, 50MPa).
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문제 정의
이렇게 제작된 강관은 기존의 제작방식과 달리 추가의 용접과정을 생략할 수 있으며 기존의 플레이트를 이용한 스티프너보다 콘크리트와의 부착력이 더 우수한 장점이 있다. 본 논문은 새롭게 개발된 용접조립 각형CFT 기등의 구조성능과 거동 특성을 평가하기 위해 강관의 형상. 폭 두께 비, 콘크리트 강도를 변수로 실험을 수행하였으며, 실험결과를 EC4, AISC-LRFD 설계식과 비교하였다.
그러나 기존의 제작방식은 강관을 제작한 후 추가로 스티프너를 설치하게 되므로 용접량이 많아지게 되는 문제가 있다. 본 연구에서는 그림 1과 같이 얇은 강판을 L형으로 절곡한 네 개의 단위 부재를 용접하여 강관을 구성하여 강관폭의 중앙에 설치된 리브가 스티프너 역할을 하도록 하는 용접조립 각형강관을 개발하였다. 이렇게 제작된 강관은 기존의 제작방식과 달리 추가의 용접과정을 생략할 수 있으며 기존의 플레이트를 이용한 스티프너보다 콘크리트와의 부착력이 더 우수한 장점이 있다.
본 연구에서는 용접조립 각형CFT 기등의 구조내력과 거동특성을 평가하기 위해 강관의 형상, 폭두께비, 콘크리트 강도를 변수로 단주실험체 15개를 제작하여 구조실험을 수행하였으며 도출된 결론은 다음과 같다.
제안 방법
5mm를 기준으로 그림 2(a)와 같이 12mm로 동일하게 하였다. 강관의 용접은 그림 2(b)과 같이 E7018 01.8mm 전극봉을 사용한 Shielded Metal Arc Welding (SMAW) 방식으로 맞댐 홈 플레어용접 (Flare Welding)을 이용하였으며 절곡 원의 중심에서 강관 바깥 방향으로 5mm 떨어진 위치로부터 강관두께 만큼의 용접 목 두께를 확보하였다. 용접조립 각형강관은 폭두께비를 완화하고 강관과 콘크리트의 합성효과를 발휘하도록 강관 내부에 리브를 설치하였으며, 리브의 형상은 그림 2와 같이 내부 절곡 각도는 70°.
완성된 실험체 세팅은 그림 6과 같다. 10, 000kN급 만능시험기(U.T.M)을 사용하여 0.05(mm/s) 의 가력속도로 그림 7과 같이 단조가력 하였으며 중수직변위 측정은 기등의 내력이 최대내력의 70%로 떨어질 때 까지 수행하였다.
콘크리트의 강도 등 3 가지 변수로 15개의 단주실험을 수행한 결과를 분석하고 기존설계식(KBC-2005. EC4, AISC-LRFD(2005))과 비교하였다.
실험체의 강성은 Ru/3에서 2Pu/3 까지의 변위로 평가하여 표 2에 나타냈다. W400F40-13-& 만능시험기 (U.T.M)의 최대 가력하중 제한 (lO.OOOkN)으로 9, 346kN까지만 가력 하였다.
강재로 제작하였다. 실험변수는 기존CFT 기둥과 용접조립 각형CFT 기등의 구조성능을 비교하기 위한 강관의 형상(용접조립 각형강관, 일반강관)과, 리브의 국부좌굴 방지 성능평가를 위한 폭두께비(B/t= 50.58.67), 고강도 콘크리트의 사용에 의한 구조거동 평가를 위한 콘크리트 강도(fc=0, lOMPa, 40MPa)로 하였다. 실험체의 크기는 현장에서 직접 사용이 가능한 실대형 크기로 하였다 강관의 두께(t)는 6mm로 일정하며 단면의 폭(B)을 변화시켜 폭 두께 비를 조절하였다.
개발하였다. 용접조립 각형강관은 설계기준과 제작성을 고려하여 폭두께비, 절곡 반지름, 리브의 형상을 결정하였다. 강관의 두께는 6-10.
본 장에서는 강관의 형태, 폭두께비. 콘크리트의 강도 등 3 가지 변수로 15개의 단주실험을 수행한 결과를 분석하고 기존설계식(KBC-2005. EC4, AISC-LRFD(2005))과 비교하였다.
본 논문은 새롭게 개발된 용접조립 각형CFT 기등의 구조성능과 거동 특성을 평가하기 위해 강관의 형상. 폭 두께 비, 콘크리트 강도를 변수로 실험을 수행하였으며, 실험결과를 EC4, AISC-LRFD 설계식과 비교하였다.
대상 데이터
따라서 표 6에서 보듯이 KBC-S 2005와 AISC-LRFD(2005) 의 공칭 압축강도는 W300F10-4, W350F10-5. W400F10-6, G300F10-9, G400Fl(H0에서 약 0%~6%, W300F40-11. W350F40-12.
실험체의 크기는 현장에서 직접 사용이 가능한 실대형 크기로 하였다 강관의 두께(t)는 6mm로 일정하며 단면의 폭(B)을 변화시켜 폭 두께 비를 조절하였다. 시험체 길이(L)는 좌굴의 영향을 최소화하기 위하여 단면 폭(B)의 3.5배로 제작하였다. 모든 시험체의 보다 자세한 디테일은 표 1에 주어져 있으며 표 1에는 코너부의 곡률과 리브를 고려한 강관단면적(As)과 콘크리트 단면적 (A"도 나타내고 있다.
그림 4(c)에 보인 것처럼 시험체의 양 단부에는 균등한 하중을 작용하기 위한 두께 40 mm의 엔드 플레이트와 국부좌굴 방지를 위한 스티프너를 설치하였다. 실험체에 사용된 강재와 콘크리트의 재료특성은 재료시험읕 통해 실험체번호 1-10 은 Fy=414MPa, Fu=521MPa. fc=10MPa, 11-15 는 Fy=369MPa, Fu=431MPa.
실험체의 수직변위는 강관에 국부좌굴이 발생하면 강관 면의 면외 변형으로 D3 변위계 양단에 설치된 고정용 스터드 볼트의 각도가 변하므로 D3변위 측정값을 사용할 수 없었으며 만능시험기 (U.T.M)의 변위를 사용하였다. 그림 8에 하중(기계) 변위관계를 나타냈으며 그래프내의 일점쇄선은 AISC- LRFD(2005)의 계산내력이다.
67), 고강도 콘크리트의 사용에 의한 구조거동 평가를 위한 콘크리트 강도(fc=0, lOMPa, 40MPa)로 하였다. 실험체의 크기는 현장에서 직접 사용이 가능한 실대형 크기로 하였다 강관의 두께(t)는 6mm로 일정하며 단면의 폭(B)을 변화시켜 폭 두께 비를 조절하였다. 시험체 길이(L)는 좌굴의 영향을 최소화하기 위하여 단면 폭(B)의 3.
용접조립 각형강관은 용접성능이 우수한 SM490강재로 제작이 되며 실험체도 동일하게 SM490 (Fy=325MPa, Fu=490MPa) 강재로 제작하였다. 실험변수는 기존CFT 기둥과 용접조립 각형CFT 기등의 구조성능을 비교하기 위한 강관의 형상(용접조립 각형강관, 일반강관)과, 리브의 국부좌굴 방지 성능평가를 위한 폭두께비(B/t= 50.
폭 두께 비. 콘크리트 강도를 변수로 단주실험체 15개를 제작하여 실험을 수행하였다.
이론/모형
AISC-LRFD(1999) "Load and Resistance Factor Design Specification for Steel Hollow Structural Sections"의 유효길이 계산공식(식 1)을 이용하여 강관의 유효단면적 (Ase)을 계산하였다. 강관의 유효단면적은 절곡부와 평판부로 구성된다.
성능/효과
(1) 용접조립 각형강관은 강관의 전단면이 유효단면이 되므로 동일 폭의 일반강관 기등에 비해 단면효율이 높은 것으로 나타났다.
(2) 단주실험결과에서 콘크리트 파괴위치는 강관의 국부좌굴 위치와 일치하는 것으로 나타나 리브는 강관의 국부좌굴을 지연시키며 폭두께비를 결정하는 지점역학을 하는 것으로 나타났다. 따라서 얇은 강판을 이용하는 용접조립각형CFT 기등은 강관의 모서리와 리브사이를 폭으로 하는 완화된 폭두께비를 적용할 수 있다고 판단된다.
(3) 강관의 국부좌굴은 콘크리트 강도 40MPa에 비해 10 MPa일 때 더 낮은 하중에서 발생하였고 lOMPa기둥에서 국부좌굴 후 강도가 발휘되는 반면, 40MPa 기둥은 강관에 국부좌굴 발생 후 내력이 급격히 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 (용접조립 각형CFT 기둥에서) 고강도 콘크리트의 사용으로 높은 강성과 축력을 발휘할 수 있을 것으로 판단된다.
104%, 105%. 108%, 105%로 나타났으나 G300F10-9, G400F10-10 및 G300F40-14, G400F40 -15에서 각각 93%, 83%, 107%, 93%로 나타나 용접 조립 각형 강관은 강재의 단위면적당 효율을 증가시킬 수 있는 우수한 단면 형태로 판단된다.
G300N-7. G400N-8에서 각각 90%와 79%가 유효단면적인 것으로 나타났다. 또한 일반강관과 용접조립 각형강관 단면의 효율성을 (식 2)로 평가하여 표 4에 나타내었다.
용접조립 각형강관의 국부좌굴은 그림 10(a) 에 보인 것처럼 강관 모서리와 중앙 리브를 지점으로 발생하였으며 그림 10(b)에서 보듯이 콘크리트의 파괴위치는 강관의 국부좍굴과 일치하는 것으로 나타났다. 따라서 콘크리트에 매입된 길이방향 리브는 압축력을 받는 CFT 기등에서 콘크리트 파괴가 나타난 이후에도 지점의 역할을 하는 것으로 나타났다. 그러므로 용접조립 각형강관의 폭두께비(b/t)는 강관 모서리와 중앙리브를 지점으로 하여 그림 11 (a)와 같이 계산할 수 있다고 판단된다.
콘크리트 강도를 lOMPa에서 40MPa로 증가 시킬 때 그림 12 및 표 5에서 보듯이 용접조립 CFT 기등의 강성은 용접조립 각형 CFT기등에서 약 1.3배, 일반 CFT기등에서 약 1.5배 높게 나타났으며, 최대내력 (Pu)은 용접조립 각형CFT 기둥에서 약 1.5배. 일반 CFT기등에서 약 1.
참고문헌 (12)
？대한건축학회(2005), 건축구조설계기준(KBC-S 2005), 건설교통부
AISC(1999), Specification for Structural Steel Buildings
AISC(2005), Specification for Structural Steel Buildings
European Committee for Standardization(1992), Eurocode 4(draft): Design of Composite Steel and Concrete Structures
Bridge, R.Q., and O'Shea, M. D.(1998), Behaviour of thin-walled steel box sections with or without internal restraint. J. Constr. Steel res., 47(1-2), pp.73-91
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