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문제 정의
- yLRC 합성기등의 실용화를 위한 첫 번째 단계로서 최대압축강도에 대한 합리적인 이론식이 개발되어야 하며, 이 연구에서는 실험결과를 바탕으로 단주에 대한 실용적인 압축강도 이론식을 제안하고자 한다.
- 이 연구에서는 y형강판과 L형강으로 기등의 외부를 구성하고 내부에 콘크리트를 타설하여 완성하는 yLRC 합성 기등의 실용화를 위한 기초적인 실험을 수행하였다. L형강의 국부좌굴이 압축강도에 미치는 영향을 분석하기 위해서 L형강의 폭 -두께비를 실험변수로 하는 6개의 실험체 (축소모델 3개 및실대모델 3개)를 제작하고, 이 실험체에 대하여 중심축 하중실험이 수행되었다.
제안 방법
- 실험결과 (표 6)에서 나타난 최대하중의 변화는 L형강의 면적과 폭-두께비의 영향이 동시에 작용한 결과이므로, 이로부터 폭-두께비의 영향을 직접 분석할 수는 없다. 5 장에서 강재의 유효면적에 대한 수치적인 분석을 통해서 압축강도에 미치는 폭-두께비의 영향을 고찰하였다.
- 계수이다. ANSI/AISC 360-05의 예측식을 근간으로 yLRC 합성기둥에 대한 압축강도 예측식의 형태를 다음과 같이 제안한다.
- 다음 단계에서는 실제 구조물에 적용이 가능한 크기의 실대모델 3개에 대한 실험을 수행하여 결과를 분석하고, 이전에 분석된내용들을 검증하였다.
- L형강의 국부좌굴이 압축강도에 미치는 영향을 분석하기 위해서 L형강의 폭 -두께비를 실험변수로 하는 6개의 실험체 (축소모델 3개 및실대모델 3개)를 제작하고, 이 실험체에 대하여 중심축 하중실험이 수행되었다. 실험결과를 바탕으로 yLRC 합성 기등의 압축 거동 및 압축강도에 대한 역학적인 특성을 분석하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 축하중 실험을 수행하였다. 실험결과를 바탕으로 yLRC 합성기둥의 압축강도 및 압축거동에 대한 역학적인 특성을 분석하였다.
- 축소실험체의 단면크기는 20cm x20cm 이며, 실대실험체의 단면크기는 50cmx50cm 이다. 실험변수는 L형강의 폭-두께비(b/t)로 설정하였으며, L형강의 국부좌굴이 yLRC 합성기등의 압축강도 및 압축거동에 미치는영향을 분석하기 위한 것이다.
- 이 연구는 두 단계의 실험을 바탕으로 진행되었는데, 먼저 축소모델 3개에 대한 실험을 수행하여 yLRC 합성기등의 압축강도 및 압축거동에 대한 역학적인 특성을 분석하였다. 다음 단계에서는 실제 구조물에 적용이 가능한 크기의 실대모델 3개에 대한 실험을 수행하여 결과를 분석하고, 이전에 분석된내용들을 검증하였다.
- 이 연구에서는 y형강판과 L형강으로 기등의 외부를 구성하고 내부에 콘크리트를 타설하는 yLRC (Reinforced Concrete with y-shape steel sheets and L-shape steel angles) 합성기둥 (그림 1(d))에 대한 기초적인 실험연구를 수행하였다. yLRC 합성기등은 강재와 콘크리트의 합성작용으로 단면성능이 우수하고, 거푸집 공사와 배근공사를 생략할 수 있으므로 공기단축과 시공성 향상에 우수한 효과를 나타낼 것으로 예상된다.
대상 데이터
- 위한 기초적인 실험을 수행하였다. L형강의 국부좌굴이 압축강도에 미치는 영향을 분석하기 위해서 L형강의 폭 -두께비를 실험변수로 하는 6개의 실험체 (축소모델 3개 및실대모델 3개)를 제작하고, 이 실험체에 대하여 중심축 하중실험이 수행되었다. 실험결과를 바탕으로 yLRC 합성 기등의 압축 거동 및 압축강도에 대한 역학적인 특성을 분석하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- yLRC 합성기등의 실용화를 위한 기초적인 연구로서 L형강의 폭-두께비를 실험변수로 하는 6개의 실험체 (축소 실험체 3개 및 실대 실험체 3개)를 제작하고, 이 실험체에 대하여중심 축하중 실험을 수행하였다. 실험결과를 바탕으로 yLRC 합성기둥의 압축강도 및 압축거동에 대한 역학적인 특성을 분석하였다.
- y형 강판의 재질은 용융 아연도금 강판 SGC이이며, 두께는 0.5mm (축소실험체) 와 1mm (실대실험체) 이다. 표 1에 6 개 실험체 전체의 상세를 나타내었다.
- y형강판의 재질은 용융 아연도금 강판 SGC이이며, 인강강도 시험결과는 표 4와 같다. 그러나 yLRC 합성기등의 구조적인 거동을 고려해 볼 때, y형강판의 인장강도는 큰 의미가 없다.
- 실대실험체에서 L형강은 SS400 강재의 L-90x90x7 (b/t = 12.9), L-130x130x12 (b/t = 10.85) 및 L-100X100 x10 (b/t = 10.0)이 적용되었다. 실험체의 길이는 모두 300cm 로서, SSRC의 단주조건 중의 하나 (단면 춤의 3~5 배) 를 약간 초과하지만, 기등의 상단부와 하단부 전체둘레가 강성이 큰 강판으로 보강되므로, 단주거동에 크게 벗어나지 않을 것으로 생각된다.
- 0)이 적용되었다. 실험체의 길이는 모두 300cm 로서, SSRC의 단주조건 중의 하나 (단면 춤의 3~5 배) 를 약간 초과하지만, 기등의 상단부와 하단부 전체둘레가 강성이 큰 강판으로 보강되므로, 단주거동에 크게 벗어나지 않을 것으로 생각된다.
- 축소실험체에서 L형강은 SS400 강재의 L-40x40x3 (b/t = 13.3), L-50x50x4 (b/t = 12.5) 및 L-45x45x4 (b/t = 11.2) 이 적용되었다. 실험체의 길이는 모두 100cm로서, SSRC (1998)의 단주조건 (기등의 길이는 단면 춤의 3~5 배 및 약축 단면 2차반경의 20배 이하)을 만족한다.
- 대한 것이다. 축소실험체의 단면크기는 20cm x20cm 이며, 실대실험체의 단면크기는 50cmx50cm 이다. 실험변수는 L형강의 폭-두께비(b/t)로 설정하였으며, L형강의 국부좌굴이 yLRC 합성기등의 압축강도 및 압축거동에 미치는영향을 분석하기 위한 것이다.
데이터처리
- 제안한 이론식을 이용하여 실험체의 감소계수와 압축강도를 예측한 결과 (apred, R, pred)를 표 7에 나타내었으며, 압축강도 실험결과 (P°, exp) 및 이에 근거하여 계산된 감소계수 (a exp)를 비교하였다. Mp는 식(8)을 이용하여 산정하였으며, 1.
성능/효과
- (1) y형강판에 의한 횡보강 강도는 y형강판-L형강 접합부의 용접강도에 의해서 결정되며, 용접강도 실험결과에근거하여 산정된 횡보강 유효간격은 RC기등의 띠철근간격에 대한 최소규정을 만족한다.
- (3) 최대하중에서의 변형율은 콘크리트 공시체의 최대하중변형율을 초과하였다. 이로부터 y형강판-L형강에 의한 콘크리트 구속효과를 확인할 수 있었다.
- (4) 합성단면의 효율성은 최대하중에서의 변형율이 클수록 증가한다고 볼 수 있으며, 최대하중 변형율과 L형 강폭-두께비의 반비례 관계를 확인할 수 있었다.
- (5) ANSI/AISC 360-05의 합성기등에 대한 압축강도식을 근간으로 yLRC 합성기등의 압축강도식을 제안하였으며, 제안식은 실험결과에 매우 근접한 값을 나타내었다.
- (6) 제안식에는 L형강의 국부좌굴로 인한 강재 유효단면적의 감소를 고려하는 계수가 도입되었으며, 제안식에 의한 값은 실험결과와 비교적 잘 일치하였다.
- 이러한 합성단면의 효율성은 최대하중에서의 변형율로 판단할 수 있으며, 이 값은 L형강의 폭-두께비와 밀접한 관계가있을 것으로 예측할 수 있다. A-02를 제외한 축소실험체에서 최대하중 변형율 0.00235 (A-01, b/t=13.3)와 0.00242 (A-03, b/t=11.2)를 통해서 이러한 관계를 확인할 수 있으며, 실대실험체에서도 최대하중 변형율 0.00233 (B-01, b/t = 12.9), 0.00250 (B-02, b/t=10.8) 및 0.00254 (B-03, b/t=10.0)를 비교함으로서 최대하중 변형율과 L형강 폭-두께비의 반비례 관계를 확인할 수 있다. 본 연구의 축소시험체 및 실대실험체에 적용한 L형강의 폭-두께비가 비교적 좁은 범위에 분포되어 있지만, 최대하중 변형율과의 관계를 입증하는 데는 큰 문제가 없는 것으로 생각되며, 그림 10 에 실험결과를 나타내었다.
- 모든 실험체에서 콘크리트의 압축파괴 및 최대하중과 L형 강의 국부좌굴이 발생하는 시점이 거의 일치하였다. 따라서 yLRC 합성기등의 최대 압축강도에 강재가 기여하는 부분은 L형강의 면적과 함께 폭-두께비의 영향을 받는 것으로 생각할 수 있다.
- 실험체의 초기강성은 전체 단면적에 대한 L형강의 면적비 (축소실험체: A-01 < A-03 < A-02, 실대실험체: B-01 < B-03 < B-02)의 영향을 받는 것으로 나타났으며, 모든 실험체에서 최대하중의 60~70%에서 초기강성의 저하가 시작되었다.
- 축소실험에서는 최대하중 이후의 변형이 충분히 발생한 다음에 실험을 종료하였으므로, 최대하중 이후의 거동을 명확하게 확인할 수 있었다. 실대실험에서는 최대하중 이후의 급격한 변위증가에 따른 위험을 방지하기 위해서 최대하중의 50%가 감소한 시점에서 실험을 종료하였으므로, 최대하중 이후의 거동을 확인하지 못하였다.
- 이고, 배합비는 표 2와 같다. 콘크리트 공 시체의 재령28일 압축강도 실험결과는 평균값으로 31.5MPa (축소 실험체) 및 23.0MPa (실대실험체) 로 나타났다.
후속연구
- 표에서 볼 수 있듯이 제안식은 실험결과에 매우 가까운 예측값을 나타내고 있으며, 실무적인 압축강도 이론식으로서의적용이 가능할 것으로 생각된다.
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