다이아그리드 노드의 지진 및 바람에 의한 반복하중에 대한 구조성능을 해석적으로 평가하는 것은 용접특성의 반영이 어려워서 한계가 있다. 이 연구에서는 횡하중을 받는 다이아그리드 노드의 구조거동을 알아보기 위해 다이아그리드의 노드부를 축소한 모형을 이용해 실험을 수행했다. 실험체는 총 5개이며 실험의 변수는 각 부분의 용접방법, 측면스티프너와 가새 웨브의 겹침길이이다. 한쪽 대각가새에는 인장력을, 다른쪽 대각가새에는 압축력을 가하는 반복가력 실험을 수행하였다. 실험 결과 주요 파괴 원인은 축력과, 방향이 상이한 두 힘의 합력으로 인한 부가적 모멘트에 의한 작용으로 나타났다. 인장력에 의해서 가새 부재의 플랜지가 파단하였고, 압축력에 의해서 가새 플랜지의 국부좌굴이 일어났다. 또한 겹침길이와 용접타입은 초기 강성, 항복 내력 및 에너지 흡수능력에 영향을 미치는 것으로 나타났다.
다이아그리드 노드의 지진 및 바람에 의한 반복하중에 대한 구조성능을 해석적으로 평가하는 것은 용접특성의 반영이 어려워서 한계가 있다. 이 연구에서는 횡하중을 받는 다이아그리드 노드의 구조거동을 알아보기 위해 다이아그리드의 노드부를 축소한 모형을 이용해 실험을 수행했다. 실험체는 총 5개이며 실험의 변수는 각 부분의 용접방법, 측면스티프너와 가새 웨브의 겹침길이이다. 한쪽 대각가새에는 인장력을, 다른쪽 대각가새에는 압축력을 가하는 반복가력 실험을 수행하였다. 실험 결과 주요 파괴 원인은 축력과, 방향이 상이한 두 힘의 합력으로 인한 부가적 모멘트에 의한 작용으로 나타났다. 인장력에 의해서 가새 부재의 플랜지가 파단하였고, 압축력에 의해서 가새 플랜지의 국부좌굴이 일어났다. 또한 겹침길이와 용접타입은 초기 강성, 항복 내력 및 에너지 흡수능력에 영향을 미치는 것으로 나타났다.
The results of the analysis of the structural behavior of diagrid nodes that were subjected to cyclic loads such as wind and earthquakes was not fully understood due to difficulties in considering the welding type. In this study, diagrid nodes were tested to determine their behavior when they are su...
The results of the analysis of the structural behavior of diagrid nodes that were subjected to cyclic loads such as wind and earthquakes was not fully understood due to difficulties in considering the welding type. In this study, diagrid nodes were tested to determine their behavior when they are subjected to seismic or wind loads. Five specimens were designed and fabricated. The corresponding test parameters were the welding type for each point and the length of the overlap of the side stiffener and the brace web. Tensile force was applied to one diagrid brace member, and compression force was applied to the other diagrid brace member. Cyclic loading was applied until the failure. The test showed that failures are due to axial stress from axial force and the additional bending moment of the two combined axial forces that have different directions. Tensile failure was observed from the tensile force, and local buckling was observed from the compressive force at the flange of the brace member. In addition, the welding type and the length overlap affected the initial stiffness, the yielding stress, and the energy absorption of the diagrid node.
The results of the analysis of the structural behavior of diagrid nodes that were subjected to cyclic loads such as wind and earthquakes was not fully understood due to difficulties in considering the welding type. In this study, diagrid nodes were tested to determine their behavior when they are subjected to seismic or wind loads. Five specimens were designed and fabricated. The corresponding test parameters were the welding type for each point and the length of the overlap of the side stiffener and the brace web. Tensile force was applied to one diagrid brace member, and compression force was applied to the other diagrid brace member. Cyclic loading was applied until the failure. The test showed that failures are due to axial stress from axial force and the additional bending moment of the two combined axial forces that have different directions. Tensile failure was observed from the tensile force, and local buckling was observed from the compressive force at the flange of the brace member. In addition, the welding type and the length overlap affected the initial stiffness, the yielding stress, and the energy absorption of the diagrid node.
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문제 정의
MA-01 실험체는 대각가새의 웨브-플랜지 용접과 측면스티프너의 용접을 부분용입용접 한 실험체이며 용접량에 따른구조적 성능의 변화를 알아보고자 하였다. 실험결과 MA-00 과 거의 같은 성능을 나타내어 용접량에 따른 성능의 차이는없는 것으로 나타났다.
MA-03. MA-04 실험체는측면 스티프너와 대각가새 웨브간의 겹침길이를 변화시킴으로써 노드부의 형상에 따른 성능의 차이를 알아보고자 했다.
본 연구에서는 H형 단면을 가새부재로 사용한 다이아그리드 노드에 대하여 다양한 제작 및 설계 변수를 고려하여 반복하중에 대한 거동을 실험적으로 평가하고자 한다. 실험변수는 부위별 용접방법(완전용입 및 부분용입용접), 가새웨브와측면스티프너의 중첩길이 등 5개를 선정하였으며 각각의 영향을 5개의 실험체를 이용하여 규명하고자 한다.
측면스티프너와 웨브와의 겹침 길이, 응력이 집중될 것으로 예상되는 주요 부분의 용접 방법을 변수로 설정하였다. 웨브로 전달되어 오던 축력이 노드부에서는 측면 스티프너로 전달되는데 웨브와 측면스티프너의 겹침길이를 조정하며 그 성능을 알아보고자 한다. 또한, 용접방법은 두 가지가 사용되었는데 완전용입용접(FP : Full Penetration welding)과 부분용입용접 (PP : Paitial Penetration welding) 으로 나뉜다.
5배로 설계했다. 웨브로 전달된 축력이 스티프너로 전이되는데 겹침길이를 조정해서 구조적 성능의 차이를 알아보고자 하였다. 이 실험체의 경우 압축측 변위가 8mm에 도달했을 때 가력기하중의 한계용량에 도달해서 다음 사이클의가력을 시작했다.
즉, 대각가새로 전달되는 축력을 측정하기 위해 대각가새 부재 방향으로 설치하였고. 웨브에서스티프너로 힘이 전달되는 부분 등 노드부의 각종 변형을 측정하고자 하였다. 대각가새가 만나는 V 접합구역 부분에 응력의 집중이 예상되어 3축게이지를 설치하여 변형도를 측정하고자 하였다.
제안 방법
2, 4. 6배로 각 사이클별 2회씩 점증 가력하였다. 가력 종료시점은 실험체가 파단하는 경우나 최대 내력의 80%까지 하중이 저감되었을 경우를 기준으로 하였다.
MA-01. MA-02 실험체는 형상은 같으나 주요 용접부위의 용접량을 변화시켜가며 용접량에 대한성능의 차이를 비교하고자 하였고. MA-03.
건물에 횡하중이 작용할 때의 대각가새 노드부의 거동을 묘사하기 위해, 대각가새의한 쪽에는 인장력, 다른 한쪽에는 압축력을 기히였디. 두 대각가새 사이의 각도는 24 ° 이고, 가력장치의 용량의 한계를 고려하여 실물 부재의 1/5 크기로 실험체를 제작하였다.
대각가새가 교차하는 노드의 중심부에도 3축게이지를 부착하여 전단변형륜을 측정했다. V접합부와 마찬가지로 노드 중심부에서도 눈에 띄는 큰 변형은 관찰되지 않았으며 하중-변형 곡선(그림 13어서 볼 수 있듯이 탄성범위 내에서 변형을 하는 것을 알 수 있다.
웨브에서스티프너로 힘이 전달되는 부분 등 노드부의 각종 변형을 측정하고자 하였다. 대각가새가 만나는 V 접합구역 부분에 응력의 집중이 예상되어 3축게이지를 설치하여 변형도를 측정하고자 하였다. 또한 이 부분의 노치를 방지하고자 라운딩의형상(r=15 mm)이 되도록 주의하여 제작하였다.
이 실험체의 경우 압축측 변위가 8mm에 도달했을 때 가력기하중의 한계용량에 도달해서 다음 사이클의가력을 시작했다. 따라서 가력기의 한계용량게 상당하는 하중 상태에서 실험체가 파괴될 때까지 반복가력을 하였다. 최대 용량으로 가력하는 중에 네 번째 가력에서 파괴 되었으며 다른 실험체와 마찬가지로 부가 모멘트에 의해 대각가새 플랜지 의외 측부터 찢어져 파단이 일어났다.
Ali와 Moon (2007)의 연구에서도 초고층건물의 다이아그리드 구조시스템에 대해서 기술하였다. 또 다이아그리드 구조시스템의 시장확대가 예상됨에 따라 구조물해석을 실시하여 대각가새 설치 각도에 따른 효율성을 평가하였고(Moon 등, 2007). 국내에서도 잠실 롯데 슈퍼 타워, 아산 배방 싸이클론타워 및 대전 퓨쳐엑스 프로젝트 등에 초대형 다이아그리드 구조의 적용이 검토되었다.
또한, 스티프너와 웨브의 겹침길이에 대한 영향을 알아보기 위해 겹침길이를 MA-00 실험체의 0.6배로 설계하였다. 8mm가 목표변위인 3번째 가력 시에 다른 실험체들과마찬가지로 대각가새 플랜지의 외측이 찢어지며 파단되었다.
반복하중을 받는 다이아그리드 노드부의 거동과 파괴 형상, 용접방법에 따른 구조적 성능을 알아보았고 그 내용을 정리하면 다음과 같다.
실험변수는 부위별 용접방법(완전용입 및 부분용입용접), 가새웨브와측면스티프너의 중첩길이 등 5개를 선정하였으며 각각의 영향을 5개의 실험체를 이용하여 규명하고자 한다.
김영학 등(2007)은 실대형 다이아그리드 노드(Mock-up)의 제작, 운반 및 설치방안을 검토하였고. 실험체 제작 시 후판의 용접에 의한 용접열 영향부의응력을 조사하였다. 전봉수 등(2008)은 풍하중 또는 지진하중을 받는 다이아그리드 노드부의 구조적 성능을 평가하기 위해서 다양한 변수의 노드를 대상으로 비선형 유한요소해석을실시하였고.
실험체가 인장 및 압축 하중을 받을 때 축방향 변위를 기준으로 가력을 하므로 축방향 변위를 측정하기 위해 다이얼 게이지를 이용하여 축방향 변위를 측정하였고, 노드 중심부의수직 및 수평 이동을 측정하기 위해 노드 중심부에 LVDT를설치하였다. 또한 실험체의 전체적인 횡좌굴 및 비틀림을 측정하기 위하여 상/하 보 부재에도 LVDT를 설치하였다.
사용하였다. 응력이 집중되어 큰 변형이 생길 것으로 예상되는 부분과 부재의 단면이 끊어지거나 각도가 변하는 부분을 중심으로 설치하였다. 즉, 대각가새로 전달되는 축력을 측정하기 위해 대각가새 부재 방향으로 설치하였고.
수평하중을 받을 경우, 축변형 이외에 층간 변형에 의한 각 노드의 상대적인 변형으로 인해 추가적인 모멘트의 발생이 예상되었다(그림 1참조). 이러한 부가적인 응력에 의한 다이아그리드 노드의 성능을 평가하기 위해 노드 실험체를 제작하였다.
응력이 집중되어 큰 변형이 생길 것으로 예상되는 부분과 부재의 단면이 끊어지거나 각도가 변하는 부분을 중심으로 설치하였다. 즉, 대각가새로 전달되는 축력을 측정하기 위해 대각가새 부재 방향으로 설치하였고. 웨브에서스티프너로 힘이 전달되는 부분 등 노드부의 각종 변형을 측정하고자 하였다.
하여. 측면스티프너와 웨브와의 겹침 길이, 응력이 집중될 것으로 예상되는 주요 부분의 용접 방법을 변수로 설정하였다. 웨브로 전달되어 오던 축력이 노드부에서는 측면 스티프너로 전달되는데 웨브와 측면스티프너의 겹침길이를 조정하며 그 성능을 알아보고자 한다.
대상 데이터
국부적인 변형을 측정하기 위하여 1축 및 3축 소성게이지를 사용하였다. 응력이 집중되어 큰 변형이 생길 것으로 예상되는 부분과 부재의 단면이 끊어지거나 각도가 변하는 부분을 중심으로 설치하였다.
단면형상이 H형강인 대각가새가 만나는 노드부의 X자모양으로 실험체를 만들었으며, 플랜지 부분은 연속된 형태이고 대각가새의 웨브 부분이 노드부에서는 측면스티프너로 힘이 전이되는 형상이다.
기히였디. 두 대각가새 사이의 각도는 24 ° 이고, 가력장치의 용량의 한계를 고려하여 실물 부재의 1/5 크기로 실험체를 제작하였다. 항복하중과 항복변위는 가새부재 단면만을 고려해서 축방향 항복하중 및 변위를 아래와 같이 간략하게 계산하였다.
본 연구에서는 이러한 웨브전이형 다이아그리드 노드를 대상으로 하여. 측면스티프너와 웨브와의 겹침 길이, 응력이 집중될 것으로 예상되는 주요 부분의 용접 방법을 변수로 설정하였다.
실험에 적용된 강재는 SM490(Fy=325MPa)가 사용되었고. KS B 0801 1A 구적에 따른 시편으로 KS B 0802에 의한 인장시험결과.
실험체는 총 5개를 계획하고 제작하였으며, 각 실험체의 상세는 그림 4에 나타내었고. 실험체 일람 및 변수는 표 1에요약하였다.
성능/효과
(1)모든 실험체는 플랜지 외측부터 찢어져 파괴 되었는데, 방향이 다른 두 힘의 조합에 의해 부가적인 휨 응력이 발생하며 인장응력데 더해져 큰 응력이 한 곳에 집중되어 대각가새 부재의 휨파괴가 일어났다. 따라서 실제 구조물의 설계시 휨파괴에 대한 고려가 필요하다.
(2) 응력이 집중 될 것으로 예상되는 부분의 용접방법을변화시켜가며 구조적 성능을 알아보고자 했지만 축력과 전단력에 의한 영향뿐만 아니라 휨에 의한 영향도지배적이었기 때문에 구조적 성능에 대한 용접방법의영향은 비교적 적었다.
(3) 노드부의 웨브와 스티프너의 겹침길이에 따라서 항복강도의 차이는 비교적 뚜렷하게 나타났고. 겹침 길이가 길수록 항복강도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
(4) 에너지홉수능력에 관해서는 용접방법과 겹침길이에 의한 영향을 동시에 받는 것으로 판단된다. 기준 실험체 MA-00을 기준으로 하여 용접방법에 따른 구조성능을비교한 결과, MA-01 실험체가 기준 실험체와 가장근접한 성능을 보여주었다.
겹침 길이가 길수록 항복강도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 스티프너와 웨브의 겹침길이는 스티프너와 웨브의 수직거리(L) 이상이 확보되어야 충분한 내력을 발휘할 수 있다.
영향을 동시에 받는 것으로 판단된다. 기준 실험체 MA-00을 기준으로 하여 용접방법에 따른 구조성능을비교한 결과, MA-01 실험체가 기준 실험체와 가장근접한 성능을 보여주었다. 따라서 웨브-플랜지 용접과 중앙스티프너 용접을 부분용입용접으로 대체할 수 있다.
MA-02 실험체보다 초기강성이 약간 크게 나왔지만 그 차이는 극히 작아서 영향은 없다고 봐도 타당할 것으로 보인다. 또한, MA-03 실험체와 MA-04 실험체를 비교해보면 웨브와 스티프너의 겹침길이에 따른 영향을 알 수 있는데 MA-03 실험체의 초기강성이 더 크게 나왔으며 겹침길이가 길수록 초기강성이 더크게 나온다는 것을 확인할 수 있었다.
성능의 변화를 알아보고자 하였다. 실험결과 MA-00 과 거의 같은 성능을 나타내어 용접량에 따른 성능의 차이는없는 것으로 나타났다. 파괴형상도 MA-00과 같이 부가모멘트에 의해 인장측 대각가새 플랜지의 외측부터 균열이 시작되었고.
용접방법을 기준으로 보면 MA-00 실험체가 MA-01, MA-02 실험체보다 에너지 흡수능력이 떨어졌으나 그 차이는 미미했다. 웨브와 스티프너간의 겹침길이에 대한 영향을 살펴보면 MA-04 실험체가 상대적으로 강도가 컸던 MA-03 실험체보다 에너지 홉수 능력이 높은 것으로 나타났다.
용접방법을 기준으로 보면 MA-00 실험체가 MA-01, MA-02 실험체보다 에너지 흡수능력이 떨어졌으나 그 차이는 미미했다. 웨브와 스티프너간의 겹침길이에 대한 영향을 살펴보면 MA-04 실험체가 상대적으로 강도가 컸던 MA-03 실험체보다 에너지 홉수 능력이 높은 것으로 나타났다.
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