[논문]해체.조립식 모듈러 철골조 기둥-보 접합부의 거동에 관한 실험적 연구

정성림; 강주원; 박성무

문제 정의

접합부를 형성한 연구는 많지 않다. 따라서 본연구에서는 각형강관 기등과 냉간성형강 보의 볼트 접합부의 실험을 통하여 접합부의 강성 및 내력을 평가하고자 한다.
이를 통하여 향후 공장 대량 생산이 가능한 해체 . 조립 모듈러 골조의 기둥-보 접합부에 대한 효율적인 설계가 가능한 기초적인 자료로 활용하고자 한다.
본 연구를 통하여 해체 . 조립형 모듈러를 구성하는 주구조체인 각형강관 기등과 냉간성형 LEB C 형강 보로 구성된 접합부를 강접합으로 라멘조를 형성하였을 경우 접합부의 내력변화와 변형성상 및 파괴 모드 등의 거동을 평가하고자 실험연구를 수행하였다. 이를 통하여 향후 공장 대량 생산이 가능한 해체 .

가설 설정

*)Kb/Kc<0.1 골조인 경우 접합부는 반강접으로분류됨.

제안 방법

LCF2W2계열의 시험체는 LEB C형강을 기등에 볼트 접합한 TYPE으로 브라켓과 LEB C형강 플랜지(Flange) 에 M-16고력볼트 2개를 사용하여 체결하였고 웨브 (Web)에는 M-16고력볼트를 2개 사용하여 체결하였다. 실험결과 LCF2W2A시험체 항복하중은 2.
단조 재하 방법을 이용한다. 가력위치 LEB C형 강이 집중하중을 받아 먼저 파괴되는 것을 방지하기 위하여 플레이트로 보강하였다. 하중 가력은 기둥-LEB C형강 보의 접합부에 항복현상이 나타나거나 기등과 보 부재의 파괴 이후 하중이 계속적으로 증가하여 실험체가 심한 국부변형으로 더 이상 가력하기에 불안정한 상태가 되었을 때 종료하였다.
실험체에서 기등의 길이는 보에 압축력을 가력했을 때 기등의 휨변형이 발생하지 않도록 하였으며, 길이는 구조실험동 모듈 치수와 일치시켰다. 또한, LEB C형강 보의 길이는 실험체 설치와 유압식 오일잭의 길이에 영향을 받지 않도록 하였으며, 비대칭 단면 보의 국부좌굴과 비틀림을 최대한 방지하기 위한 길이를 설정하여 제작하였다.
판단된다. 실험에서 접합부의 지배파괴모드가 LEB C-형강 보의 좌굴로 나타났기 때문에 Cold-Formed Steel Structures to the AISI Specification의 허용응력 설계법에 의해 LEB C-형강 보의 횡좌굴 강도를 검토하였다. 계산 절차는<그림 22>와 같다.
나타내었다. 접합부 시험체의 주요 변수로는 브라켓 플랜지 (Flange) 와 LEB C형강 플랜지 (Flange) 접합부 볼트개수 및 브라켓에 사용된 플레이트 두께로 구분하여 2가지 TYPE으로 분류하고, 브라켓 두께와 플랜지 볼트 수량이 접합부 거동에 미치는 영향을 확인하고자 LEB C형강의 단면 크기를 일정하게 제작하였다. 실험체에서 기등의 길이는 보에 압축력을 가력했을 때 기등의 휨변형이 발생하지 않도록 하였으며, 길이는 구조실험동 모듈 치수와 일치시켰다.
접합부의 하중 및 변형도 측정은에 나타낸 바와 같이 가력위치에 로드셀을 설치하여 측정하였고, 보의 처짐을 측정하기 위하여 50mm 변위계 (LVDTs)를 가력 보의 상단부에 부착하여 측정하였다.
접합부의 회전각은 보부재에 부착된 변위 측정기 이의 변위값을 기둥부재중심과 가력지점과의 거리로 나누어 계산하였다.

대상 데이터

LCF3W2계열의 시험체는 브라켓과 LEB C형강 플랜지(Flange)에 M-16고력볼트 3개를 사용하여 체결하였고 웨브(Web)에는 M-16고력볼트 2개를 사용하였다. 실험결과 LCF2W2계열과 동일하게 브라켓 두께가 큰 LCF3W2A시험체에서 항복하중이 크게 나타났다.
각형강관 기등과 냉간성형 LEB C형강 보로 볼트 접합된 접합부에 대한 실험체는 단위유닛 골조 중에서 바닥 보와 기둥과의 접합부 및 천장 보와 기둥과의 접합부를 실험 대상으로 설정하였으며 사용된 부재 사이즈는과 같다.
나타났다. 파괴모드는 LEB C형강의 좌굴파괴로 나타났다.
나타났다. 파괴모드는 LEB C형강의 좌굴파괴로 나타났다.
파괴모드는 LEB C형강의 좌굴파괴와 접합부 근처에서 국부좌굴 파괴로 나타났다.

성능/효과

1) 주요 접합형상인 브라켓형은 접합부의 파괴 없이 LEB C-형강보의 국부좌굴로 인한 비틀림 좌굴에 의해 강도가 지배되는 것으로 파악되었다. 2) 접합부 형상에 따른 비교 결과, 용접형에 비해 볼트 접합형이 내력측면이나 강성 측면에서 비슷하게 나타났으며 이는 용접형이 접합부에 서브 라켓형보다 강성이 작아서 나타난 것으로 판단된다.
파악되었다. 2) 접합부 형상에 따른 비교 결과, 용접형에 비해 볼트 접합형이 내력측면이나 강성 측면에서 비슷하게 나타났으며 이는 용접형이 접합부에 서브 라켓형보다 강성이 작아서 나타난 것으로 판단된다.
3) 실험값과 AISI에 의한 LEB C형강 보의 횡 좌굴 강도 값의 비는 0.83~0.95로 실험값이 적게 나왔는데 이는 비틀림좌굴 때문에 발생한 것으로 판단되며 내력면에서 충분한 것으로 판단된다. 4) 실험결과 브라켓 두께 8T에 플랜지 볼트개수 2개를 사용하는 것이 내력이나 강성면에서 접합부 사용에 적절할 것으로 판단된다.
95로 실험값이 적게 나왔는데 이는 비틀림좌굴 때문에 발생한 것으로 판단되며 내력면에서 충분한 것으로 판단된다. 4) 실험결과 브라켓 두께 8T에 플랜지 볼트개수 2개를 사용하는 것이 내력이나 강성면에서 접합부 사용에 적절할 것으로 판단된다.
5) Eurocode 3의 강성에 의한 접합부 분류 방법 에의하여 볼트접합으로 70% 정도의 강접 성질을 가지는 것을 알 수 있으며 모듈러 빌딩에 적용 시 이를 고려한 접합부 설계가 되어야 한다.
시험체의 허용처짐 발생 시 작용하중은 항복 하중의 30%~40%정도에 불과하여 항복할 때까지의 여력이 상당히 남아 있는 것으로 나타났다<;표 4>. 실험체의 하중-변위 관계 곡선에서 보는 바와 같이 접합부에서 초기변형이 발생한 이후 기둥-보 접합부의 파괴 없이 LEB C-형강 보의 국부좌굴로 인하여 내력이 결정되었다.
체결하였다. 실험결과 LCF2W2A시험체 항복하중은 2.502ton으로 LCF2W2 시험체의 항복하중 2.323ton보다 크게 나타났다. 파괴모드는 LEB C 형강의 좌굴파괴로 나타났다.
실험결과 LCF2W2계열과 동일하게 브라켓 두께가 큰 LCF3W2A시험체에서 항복하중이 크게 나타났다. 파괴모드는 LEB C형강의 좌굴파괴와 접합부 근처에서 국부좌굴 파괴<그림 16>로 나타났다.
실험체의 하중-변위 관계 곡선에서 보는 바와 같이 접합부에서 초기변형이 발생한 이후 기둥-보 접합부의 파괴 없이 LEB C-형강 보의 국부좌굴로 인하여 내력이 결정되었다. 실험과 같이 LEB C-형강 보의 비틀림좌굴에 의해 강도가 지배되는 것으로 파악되었으며, 브라켓 두께 8T에 플랜지 부분에 볼트 2개를 사용하는 것이 내력이나 강성면에서 접합부 사용에 적절할 것으로 판단된다.<그림 16~17> 에는 실험 중에 관찰된 기둥-보 접합부의 주요 파괴 형태인 비틀림좌굴 변형 형상을 나타내었다.

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