1994년 노스리지 지진 이전 우수한 연성능력을 보유한 내진상세로 생각되던 WUF-B 접합부의 기둥-보플랜지 용접위치에서 발생 한 취성파괴는 WUF-B 접합부에 대한 새로운 고찰을 요구하였다. FEMA(Federal Emergency Management Agency)의 후원으로 SAC Steel Project에서는 WUF-B 접합부의 스캘럽(Weld access holes) 형상, 용접과정, 용접재료 등을 개정한 내진상세를 FEMA-350에 제안하 였다. AISC Seismic Provisions(2005)에서는 WUF-B 접합부를 OMF(Ordinary Moment Frames)로만 사용하도록 규정하고 있다. 본 연 구에서는 SM490 및 SN490 조립형강을 이용하여 FEMA-350에 제시된 WUF-B 상세 규정을 따라 강종(SM, SN), 보플랜지두께, 보의 춤을 변수로 기둥-보 접합부 실대 실험체 2개를 제작하여 실험을 수행하였으며, 내진성능 평가를 위한 가력 방법 및 내진성능을 평가하였다. JB-1, JB-2 실험체는 AISC Seismic Provisions(2005)에서 제시하고 있는 OMF와 SMF 내진성능을 만족하는 결과를 나타났으며, 보플랜지 두께와 보의 춤에 따른 WUF-B 접합부의 내진성능이 재정의 될 필요가 있는 것으로 사료된다.
1994년 노스리지 지진 이전 우수한 연성능력을 보유한 내진상세로 생각되던 WUF-B 접합부의 기둥-보플랜지 용접위치에서 발생 한 취성파괴는 WUF-B 접합부에 대한 새로운 고찰을 요구하였다. FEMA(Federal Emergency Management Agency)의 후원으로 SAC Steel Project에서는 WUF-B 접합부의 스캘럽(Weld access holes) 형상, 용접과정, 용접재료 등을 개정한 내진상세를 FEMA-350에 제안하 였다. AISC Seismic Provisions(2005)에서는 WUF-B 접합부를 OMF(Ordinary Moment Frames)로만 사용하도록 규정하고 있다. 본 연 구에서는 SM490 및 SN490 조립형강을 이용하여 FEMA-350에 제시된 WUF-B 상세 규정을 따라 강종(SM, SN), 보플랜지두께, 보의 춤을 변수로 기둥-보 접합부 실대 실험체 2개를 제작하여 실험을 수행하였으며, 내진성능 평가를 위한 가력 방법 및 내진성능을 평가하였다. JB-1, JB-2 실험체는 AISC Seismic Provisions(2005)에서 제시하고 있는 OMF와 SMF 내진성능을 만족하는 결과를 나타났으며, 보플랜지 두께와 보의 춤에 따른 WUF-B 접합부의 내진성능이 재정의 될 필요가 있는 것으로 사료된다.
The brittle failure where is occurred the welding position of column-beam flange of WUF-B connection that consider about a seismic detail possess a superior ductility capacity before Northridge earthquake 1994, require newly study about WUF-B connection. SAC Steel Project suggests a seismic detail t...
The brittle failure where is occurred the welding position of column-beam flange of WUF-B connection that consider about a seismic detail possess a superior ductility capacity before Northridge earthquake 1994, require newly study about WUF-B connection. SAC Steel Project suggests a seismic detail to FEMA-350 by supporting of FEMA. It revise shape of weld access holes of WUF-B connection, welding processand welding material etc, In spite of these revision, AISC Seismic Provisions (2005) prescribe WUF-B connection using an only OMF. Recently in Korea, as the earthquake of about seismic intensity 5 occur, the necessity of revision for connection seismic detail comes to the front in Korea and FEMA-350 connection seismic details are going to include in KBC-2008 as it is. In this study, two column-beam connection specimens were marked by using SM490, SN490 built-up H-section, and based on WUF-B detail prescription of FEMA350. The parameters of the specimens are types of steel (SM, SN), and evaluate the capacities of structure and seismic by experiment. Finally we confirm a superior ductility capacity aboutspecimens JB-1 and JB-2, using SM490 and SN490,and these specimens had sufficient OMF and SMF seismic capacity, as indicated in AISC Seismic Provisions (2005).
The brittle failure where is occurred the welding position of column-beam flange of WUF-B connection that consider about a seismic detail possess a superior ductility capacity before Northridge earthquake 1994, require newly study about WUF-B connection. SAC Steel Project suggests a seismic detail to FEMA-350 by supporting of FEMA. It revise shape of weld access holes of WUF-B connection, welding processand welding material etc, In spite of these revision, AISC Seismic Provisions (2005) prescribe WUF-B connection using an only OMF. Recently in Korea, as the earthquake of about seismic intensity 5 occur, the necessity of revision for connection seismic detail comes to the front in Korea and FEMA-350 connection seismic details are going to include in KBC-2008 as it is. In this study, two column-beam connection specimens were marked by using SM490, SN490 built-up H-section, and based on WUF-B detail prescription of FEMA350. The parameters of the specimens are types of steel (SM, SN), and evaluate the capacities of structure and seismic by experiment. Finally we confirm a superior ductility capacity aboutspecimens JB-1 and JB-2, using SM490 and SN490,and these specimens had sufficient OMF and SMF seismic capacity, as indicated in AISC Seismic Provisions (2005).
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 SM490 및 SN490 조립형강을 이용하여 FEMA-350에 제시된 WUF-B 상세 규정 중 보의 춤이 작고 보플랜지두께가 제한치를 초과(40mm)하는 실험체를 제작하여 소성변형능력을 평가하였으며, 향후 철골 인증접합부 내진상세로 WUF-B 접합부가 제시될 경우 성능 제안의 기본 자료로 활용하고자 한다.
본 연구는 SM490과 SN490 강재를 이용한 조립형강 기둥 -보 WUF-B 접합부의 내진성능 검증하기 위해 강종 (SM490, SN490)을 변수로 하여 실험체를 제작하여 구조실험을 수행하였으며 도출된 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 국내에서 생산된 강재(SM490. SN490)를이용한 WUF-B 접합부 내진상세의 구조성능 및 내진 성능평가를 위하여 2개의 기둥-보 접합부 실험체를 제작하고 AISC Seismic Provisions(2005)의 반복가력 방법을 이용하여 구조실험을 수행하였다.
가설 설정
중 X축인 (11, 14.17)게이지 점과 (b)에서 25번 위치의 게이지를 일렬로 평면으로 가정하였다. 따라서 플랜지 위치 점은 상하 동일하고 웨브 소성힌지점(3곳) 총 5부분의 가력하중 50kN 마다의 변형률 분포로 단순화시켜 변형률 분포의 변화를 그림 14에 나타내었다.
제안 방법
000kN급 엑츄에이터를 설치하였다. 가력 시 보의 횡좌굴 방지를 위하여 기둥면으로부터 2, 200mm떨어진 위치에 횡지지대를 설치하고 횡지지대와 보 플랜지의 마찰을 최소화하기 위해 보와 횡지지대가 맞닿는 부위는 마찰계수가 작은 합성수지를 삽입하였다. 실험체 세팅 장면은 그림 3과 같다.
보의 춤, 보플랜지 두께. 강종(SM490, SN490)을 변수로 WUF-B 내진상세의 형식으로 제작된 두 개의 기둥-보 접합부 실험체에 대한 실험결과를 다음과 같이 분석하였다.
변위계 1은 엑츄에이터의 가력점의 연장선에 있는 실험체 하단부지점에 설치한 줄변위계이고 변위계 2는 보의 길이에 의한 탄성회전각을 배제하고 접합부의 소성회전각을 평가하기 위해 기둥 면에서 285mm 떨어진 지점에 하부플랜지 중앙점에 설치하였다. 또한 패널존의 변형성능을 평가하기 위해 패널존 촤측 모서리의 상하부에 스터드 볼트를 설치하고 변위계 2개 (③, ④)를 설치하였으며 기등의 회전각을 평가하기 위해 기둥에 420mm 간격으로 변위계 4개(⑤, ⑥, ⑦, ⑧)를 설치하였다.
보의 춤, 보플랜지 두께, 강종(SM490, SN490)을 변수로 WUF-B 내진상세의 형식으로 제작된 두 개의 기둥-보 접합부 실험체에 대한 실험을 수행하여 다음의 결과를 얻었다.
사용하도록 하고 있다. 본 연구에서는 보의 춤이 낮은 접합부의 내진성능을 평가하기 위해 JB-1과 JB-2 실험체를 계획하였다.
사용하도록 하고 있다. 본 연구에서는 보플랜지 두께가 두꺼운 경우의 연성능력을 평가하기 위해 JB-1과 JB-2 실험체를 계획하였다. JB-1, 2 실험체는 WUF-B에 제시된 사항 중 플랜지 두께(기준 : 25mm 이하)와 하부 백업바 제거 (본 연구의 실험체에서는 백업바 존치)를 제외한 용접흘, 기둥 플랜지와 거더 또는 상부 보 플랜지의 용접, 전단탭, 기둥 Continuity Plate등 모두 FEMA-350에서 제시한 방법으로 제작되었다.
변형률 게이지는 삼축게이지와 일축게이지를 사용하였다. 삼축 게이 지는 패널존 거동을 평가하기 위해 패널존에 3개를 부착하였고, 보의 소성거동을 평가하고자 보의 소성힌지가 예상되는 위치에 3개를 부착하였다. 일축게이지는 보플랜지의 상하부에 보의 길이 방향으로 각 6개씩 총 12개를 부착하였으며 기둥스티프너의 상하에 각 3개씩 6개를 부착하였다.
06ra(D에서 보가 항복하기 시작하였다. 이후 보 플랜지에 대한 하중의 불균등현상으로 횡좌굴이 발생하였으며 가력 장치의 엑츄에이터 스트로크제한으로 Step ll(0.07rad) 변위 266mm 까지 가력한 후 실험을 종료하였다. JB-2 실험체의 파괴형상을 그림 9에 나타내었으며.
대상 데이터
있으며. FEMA350 제정시 수행된 Ricles(2000)의 실험체는 보의 춤이 W36(914mm)인 실험체를 대상으로 하였다. 또한 FEMA355D는 보의 춤 W24(610mm)-W36(914mm)인 비교적 큰 보의 춤을 갖는 실험결과 만을 보고 하고 있어 OMF 성능을 갖는 WUF-B 접합상세 제정 시 보의 춤이 작은 경우에 대한 성능분석은 충분히 이루어지지 않았다.
본 연구에서는 보플랜지 두께가 두꺼운 경우의 연성능력을 평가하기 위해 JB-1과 JB-2 실험체를 계획하였다. JB-1, 2 실험체는 WUF-B에 제시된 사항 중 플랜지 두께(기준 : 25mm 이하)와 하부 백업바 제거 (본 연구의 실험체에서는 백업바 존치)를 제외한 용접흘, 기둥 플랜지와 거더 또는 상부 보 플랜지의 용접, 전단탭, 기둥 Continuity Plate등 모두 FEMA-350에서 제시한 방법으로 제작되었다.
실험체 명칭에서 J와 B는 각각 접합부(Joint -connection)와 조립형강Built-up)을 의미한다. JBT과 JB-2실험체에 대한 기둥높이는 3, 500晌이며 보의 길이는 3, 800mm로 하였다. 실험체에서 보플랜지의 두께는 FEMA-350의 기준(25剛)을 넘는 40剛로 계획하였으며, 하부 백업 바는 그대로 존치하였다.
b) 와같이 변형률 게이지 24개와 변위계 7개를 설치하였다. 변형률 게이지는 삼축게이지와 일축게이지를 사용하였다. 삼축 게이 지는 패널존 거동을 평가하기 위해 패널존에 3개를 부착하였고, 보의 소성거동을 평가하고자 보의 소성힌지가 예상되는 위치에 3개를 부착하였다.
실험체는 표 2와 같이 SM490 강재와 SN490 강재의 플레이트를 조립한 용접조립 H-형강(기둥:BH-400X4如X20X40, 보:BH-450X200X20X40)을 사용하였으며 접합부 상세는 그림 2와 같다. 실험체 명칭에서 J와 B는 각각 접합부(Joint -connection)와 조립형강Built-up)을 의미한다.
실험체에 사용된 강재의 재료실험을 위해 실험체 제작에 사용된 동일강판에서 KS D 0801의 1호 시험편의 형태로 SM 490(두께 20mm, 40mm)과 SN490(20nnn. 40mn) 강재를 각 3 개씩 12개의 인장시편을 채취하여 재료시험을 수행하였으며 재료시험 결과를 표 3 및 그림 6에 나타내었다. 표 3에서 공칭 20mm의 SM490강재시편에서 실측된 두께는 18.
실험체의 거동을 평가하기 위해 실험체에는 그림 4(a. b) 와같이 변형률 게이지 24개와 변위계 7개를 설치하였다. 변형률 게이지는 삼축게이지와 일축게이지를 사용하였다.
이론/모형
가력 장비는 포항산업과학연구원(RIST) 기흥소재 2, 000 kN용량의 엑츄에이터를 사용하였고 가력프로그램은 그림 5 와 같이 AISC Seismic Provisions(2005)의 S6.2 Loading Sequence for Beam-to-Column Moment Connections 올 사용하였다. 하중가력은 변위 제어로 가력속도를 각 사이클 마다 O.
항복하중을 결정하기 위해 그림 11와 같이 하중변위 곡선의 초기 기울기와 그 각도를 1/3로 하여 얻은 접선과 만나는 점을 항복하중으로 하는 접선법을 사용하였으며 JB-1. JB-2 실험체의 실험결과에서 하중-변위 골격곡선을 추출하여 그림 12에 나타내었다.
성능/효과
(2) SM490실험체인 JB-1은 0.06rad에서 보 플랜지가 끊어지며 전단볼트가 파괴되었으며, SN490 실험체인 JB-2 는 0.06rad의 성능을 발휘하고 0.07rad로 가는 중에 실험을 종료하였다. 따라서 SN490 강재를 이용한 JB-2실험체의 연성능력이 더 우수한 것으로 판단된다.
(3) 보 플랜지 두께가 FEMA-350의 제한값인 25mni보다두꺼운 40mm인 실험체 JB-1, JB-2의 내진성능은 AISC Seismic Provisions(2005)에서 제시하고 있는 SMF(최대내력의 80%에서 0.04rad의 회전각 성능발휘) 이상의 성능을 발휘하였다. 따라서 동일한 WUF-B 기둥-보 접합부에서 보플랜지 두께가 두꺼울 경우 OMF 접합부에 비해 우수한 연성능력을 갖는 것으로 판단된다.
(4) 보의 춤이 450mni로 낮은 실험체 JB-1, JB-2는 0.06rad 이상의 내진성능을 나타내었으며 WUF-B 기둥-보 접합부에서 보의 춤이 낮을 경우 회전각 성능이 향상되는 것으로 나타났다. 따라서 동일한 WUF-B 기둥-보 접합부에서 보의 춤이 낮을 경우 OMF 접합부에 비해 우수한 연성능력을 갖는 것으로 판단된다.
SN490의 모멘트 회전각 관계는 최대회전각은 0.07rad, 항복 모멘트는 1.349 kN-m, 소성 모멘트는 l, 831kN・m로나타나 공칭 항복모멘트(1, 283 kN-m) 및 공칭 소성모멘트 (l, 505kN・m)보다 21% 높은 것으로 나타났다.
JB-2 실험체의 실험결과에서 하중-변위 골격곡선을 추출하여 그림 12에 나타내었다. 각 실험체의 골격곡선은 실험체의 파괴 시 까지 거의 유사한 결과를 나타냈으며 초기강성과 최대내력도 거의 동일한 결과를 나타냈다.
07rad로 가는 중에 실험을 종료하였다. 따라서 SN490 강재를 이용한 JB-2실험체의 연성능력이 더 우수한 것으로 판단된다.
06rad 이상의 내진성능을 나타내었으며 WUF-B 기둥-보 접합부에서 보의 춤이 낮을 경우 회전각 성능이 향상되는 것으로 나타났다. 따라서 동일한 WUF-B 기둥-보 접합부에서 보의 춤이 낮을 경우 OMF 접합부에 비해 우수한 연성능력을 갖는 것으로 판단된다.
따라서 보 플랜지 두께가 FEMA-350의 제한값인 25mm 보다 두꺼운 40mm의 두께를 갖는 JB-1, JB-2 실험체의 내진 성능은 AISC Seismic Provisions(2005)에서 제시하고 있는 SMF 내진성능을 만족할 수 있는 것으로 판단된다.
5 mm으로 동일한 강재두께를 나타냈으며 항복강도와 인장강도는 357MPa-371MPa과 518-523MPa으로 낮은 강도 편차를 나타내었다. 또한 공칭40mm의 SM490강재시편에서 실측된 두께는 40.5mm로 모두 동일하게 나타났으며 항복강도 와인 장강 도는 321MPa-337MPa과 509MPa-517MPa으로 낮은 강도편차를 나타내었다.
98kN/mm로 나타났다. 또한 두실험체의 회전각은 0.06rad으로 SMF이상의 우수한 연성능력을 나타내었다.
후속연구
이상에서와 같이 플랜지 두께 제한치를 초과하는 경우와 보의 춤이 낮은 경우 동일한 접합상세를 갖는 기둥-보 접합부에서 우수한 내진성능을 발휘하는 것으로 나타나고 있으므로 향후 플레이트 두께와 보의 춤 변화에 따른 추가적인 해석 및 실험을 통하여 접합부 디테일 개발과 시공성 향상방안에 대한 연구가 수행되어야 할 것이다.
2004). 인천 백령도지진(진도 5.0, 2003), 전남 홍도지진(진도 4.9, 2003)과 강원 평창(진도 4.8, 2007)등 진도 5내외의 지진이 빈번하게 발생함에 따라 접합부 내진상세 제정의 필요성이 대두되었으며 향후 개정될 KBC-2008에는 9개의 FEMA-350 접합부 내진상세가 그대로 포함될 예정이다.
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