선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 그러므로 각형강관 기둥을 절단하지 않아 시공성이 뛰어나고 강관에 콘크리트를 충전할 경우 다이아프램 사이의 공극발생에 대한 우려가 없는 구조적인 신뢰성을 보유한 접합방법에 대해 평가하고자 한다. 각형강관에 적합한 다양한 보-기둥 접합부에 대하여 실험적 연구를 토대로 성능평가를 수행하고자 한다. 본 연구에서는 각형강관 접합부에서 가장 일반적인 접합 방법인 관통형 다이아프램 형식의 실험체와 5개의 접합 디테일에 대하여 각 디테일의 이론값과 실험값을 비교하고, 관통형 다이아프램 형식의 실험체에 대하여 5개의 실험체들을 비교하였다.
- 따라서 지금까지 미국과 일본 등을 중심으로 연직 스티프너와 헌치를 적용한 외부 다이아프램 형식 등를 여러 가지 형태의 각형강관 접합부가 연구 개발 되어 왔으나(Kyung-Jae Shin 등, 2008; 정진안 등, 2004; Sean Wilkinson 등, 2006) 각 형식마다 장점에 못지않게 단점을 가지고 있어 적극적인 사용이 이루어지지 않고 있다. 그러므로 각형강관 기둥을 절단하지 않아 시공성이 뛰어나고 강관에 콘크리트를 충전할 경우 다이아프램 사이의 공극발생에 대한 우려가 없는 구조적인 신뢰성을 보유한 접합방법에 대해 평가하고자 한다. 각형강관에 적합한 다양한 보-기둥 접합부에 대하여 실험적 연구를 토대로 성능평가를 수행하고자 한다.
제안 방법
- 그림 2와 같이 반력벽에 고정된 힌지와 기둥단부의 플레이트를 볼트로 체결하여 양단이 힌지인 기둥을 구성하고 보의 가력점에 2000kN급 액츄에이터(Actuator)를 볼트로 연결하였다. 가력시 보의 횡좌굴 방지를 위하여 횡지지대를 설치하고 횡지지대와 보 플랜지의 마찰을 최소화하기 위해 보와 횡지지대가 맞닿는 부위는 마찰계수가 작은 합성수지를 삽입하였다. 하중이력은 그림 3에서 보는 바와 같이 Seismic design manual S6.
- WEP-S과 WVS-S 실험체는는 각각 WEP와 WVS 실험체에 대하여 보강한 실험체이다. 기둥 플랜지를 보강하기 위해 기둥의 두께를 15mm로 증가시키고, 측면에도 엔드플레이트를 추가함으로 단면 증가와 패널존 보강을 유도하여 기둥의 변형을 최소화하였다.
- 모든 실험체는 SN강재를 적용한 SPAP의 냉간 프레스 성형 방법에 의해서 제작하였고, TD와 WEP, WVS, WEV는 실험체는 H-420✕200✕8✕11 보와 □-300✕300✕11 각 형강관 기둥을 WEP-S와 WVS-S 실험체는 H-400✕200✕8✕11 보와 □-300✕300✕15 각형강관 기둥을 사용하였다. 다음에 오는 표 1과 그림 1은 실험체의 일람과 접합부 상세이다.
- 하중은 층간 변위각에 의해 조절된다. 보 끝단의 변위는 층간 변위각에 따라 보 단부의 가력중심에서 각형강관 기둥 중심까지의 거리를 이용하여 정하였으며, 액츄에이터의 변위제어로 하중가력을 실시하였다. 하중가력방식은 층간변위각이 0.
- 본 연구에서 기존 각형강관 기둥 접합부 형식의 대안으로 공정이 간편하고, 경제적인 접합 디테일을 제안하여 내진성능에 대한 실험적 연구를 토대로 성능평가를 수행한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 각형강관에 적합한 다양한 보-기둥 접합부에 대하여 실험적 연구를 토대로 성능평가를 수행하고자 한다. 본 연구에서는 각형강관 접합부에서 가장 일반적인 접합 방법인 관통형 다이아프램 형식의 실험체와 5개의 접합 디테일에 대하여 각 디테일의 이론값과 실험값을 비교하고, 관통형 다이아프램 형식의 실험체에 대하여 5개의 실험체들을 비교하였다.
대상 데이터
- 헌치를 사용한 WVS실험체는 ±0.015(52.5mm)라디안에서 기둥 플랜지에 좌굴이 발생하였고, 보와 용접된 기둥 플랜지에서 균열이 발생하였다.
이론/모형
- 실험은 Seismic design manual APPENDIX S.(AISC, 2006)에 의한 보-기둥 접합부의 반복재하 인증실험에 의거하여 실험을 수행하였다. 그림 2와 같이 반력벽에 고정된 힌지와 기둥단부의 플레이트를 볼트로 체결하여 양단이 힌지인 기둥을 구성하고 보의 가력점에 2000kN급 액츄에이터(Actuator)를 볼트로 연결하였다.
성능/효과
- (1) 엔드플레이트와 헌치를 단독으로 사용한 WEP와 WVS 실험체를 제외한 다른 실험체들은 보의 전소성 내력 이상의 내력을 발휘하였다. 내력상승률은 WEP-S 실험체가 가장 크게 나타났고, 관통형 다이아프램 형식 TD 실험체가 가장 낮게 나타났다.
- (2) 엔드플레이트와 헌치를 함께 사용한 WEV 실험체는 관통형 다이아프램 형식 TD 실험체에 대해 16% 높은 내력을 발휘하였고, 에너지 흡수 능력이 57% 상승하였다. 또한 AISC code에서도 높은 내진성능을 나타냈다.
- (3) 엔드플레이트 접합과 헌치 접합 각각에 대해 기둥플랜지와 패널존을 보강한 WEP-S와 WVS-S 실험체는 보강하지 않은 각각의 실험체보다 34%, 100% 상승된 내력을 보였고, 에너지 흡수 능력 또한 각각 89%, 90% 상승되었다. 관통형 다이아프램 형식 TD 실험체에 비교하여 각각의 내력 이론값에 대해 WEP-S와 WVS-S 실험체는 2%, 4% 높은 비율을 보이고, AISC code(2005)에서 요구하는 특수모멘트골조의 성능도 모두 TD 실험체보다 상회하면서 만족시키고 있다.
- (4) 실험을 통해 기존의 관통형 다이어프램 형식 보다 엔드 플레이트와 헌치를 적용한 실험체와 엔드플레이트와 헌치에 각각에 대해 보강한 실험체들이 시공성과 구조적 성능 측면에서 향상된 성과를 보였음을 알 수 있었다.
- 그래프의 실선은 최대하중의 이론값을 나타낸다. TD와 WEV, WEP-S, WVS-S 실험체가 최대하중의 이론값보다 약 16〜35% 높은 값을 상회하고, WVS 실험체는 이론값보다 약 40%, WEP 실험체는 약 10% 정도 낮은 값을 보이고 있다. 각각의 내력 이론값에 대해 WEP-S와 WVS-S 실험체는 보강하지 않은 WEP와 WVS실험체보다 34%, 100% 상승된 내력을 보였고, TD 실험체와 비교하여 각각 2%, 4%만큼 높은 내력을 보유하고 있는 것으로 나타났다.
- WEP 실험체를 보강한 WEP-S 실험체는 ±0.03(105mm)라디안에서 보 플랜지의 국부좌굴이 발생되었고, ±0.04(140mm)라디안 재하 단계의 마지막 사이클에서 최대내력을 보이며, 균열 부위가 찢어지기 시작하였다.
- WEP 와 WVS 실험체는 8단계(±0.04 라디안)까지 관통형 TD 실험체 보다 낮은 능력을 발휘했지만, WVS 실험체는 이후 10단계(±0.06 라디안)까지 진행되어 소산 능력이 28% 상승하는 것을 알 수 있다.
- WEV 실험체는 각 단계별로 관통형 TD 실험체보다 비교적 큰 소산 능력을 발휘하였고 최종적으로는 더 큰 에너지 흡수 능력을 발휘하고 있다. WEP-S 실험체는 WEP 실험체보다 89% 상승된 능력을 보였고, WVS-S 실험체는 WVS보다 90%로 상승되어 높은 에너지 소산 능력을 갖는 것을 알 수 있다. WEP실험체는 8단계(±0.
- WEP실험체는 8단계(±0.04 라디안)까지, WEP-S 실험체는 8단계(±0.05 라디안)까지 능력을 발휘하여 기둥 패널존 보강이 에너지 소산 능력에 도움을 주는 것을 알 수 있었고, 반면에 WVS와 WVS-S 실험체는 10단계(±0.06 라디안)까지 진행되어 또한 헌치의 적용으로 인해 누적에너지소산량이 더 커지는 것을 알 수 있다.
- 표 4는 실험체의 code에 대한 비교 결과를 나타낸 것으로 거의 대부분의 실험체가 AISC code에서 요구하는 기준을 만족시키고 있다. WVS 실험체만이 0.04 라디안에서의 모멘트가 이론값을 적용할 경우 약 25% 낮은 내력을 발현하였지만, WVS-S 실험체 실험체에서 WVS 실험체에 기둥 패널존을 보강함으로써 내력이 상승되어 이론값을 적용한 경우 약 50% 상회하는 것을 알 수 있다. 총 회전각(층간변위각)과 소성회전각(비탄성회전각)은 모든 실험체가 기준보다 각각 평균 26%, 38% 높게 만족시키고 있다.
- TD와 WEV, WEP-S, WVS-S 실험체가 최대하중의 이론값보다 약 16〜35% 높은 값을 상회하고, WVS 실험체는 이론값보다 약 40%, WEP 실험체는 약 10% 정도 낮은 값을 보이고 있다. 각각의 내력 이론값에 대해 WEP-S와 WVS-S 실험체는 보강하지 않은 WEP와 WVS실험체보다 34%, 100% 상승된 내력을 보였고, TD 실험체와 비교하여 각각 2%, 4%만큼 높은 내력을 보유하고 있는 것으로 나타났다.
- (3) 엔드플레이트 접합과 헌치 접합 각각에 대해 기둥플랜지와 패널존을 보강한 WEP-S와 WVS-S 실험체는 보강하지 않은 각각의 실험체보다 34%, 100% 상승된 내력을 보였고, 에너지 흡수 능력 또한 각각 89%, 90% 상승되었다. 관통형 다이아프램 형식 TD 실험체에 비교하여 각각의 내력 이론값에 대해 WEP-S와 WVS-S 실험체는 2%, 4% 높은 비율을 보이고, AISC code(2005)에서 요구하는 특수모멘트골조의 성능도 모두 TD 실험체보다 상회하면서 만족시키고 있다.
- (1) 엔드플레이트와 헌치를 단독으로 사용한 WEP와 WVS 실험체를 제외한 다른 실험체들은 보의 전소성 내력 이상의 내력을 발휘하였다. 내력상승률은 WEP-S 실험체가 가장 크게 나타났고, 관통형 다이아프램 형식 TD 실험체가 가장 낮게 나타났다.
- (2) 엔드플레이트와 헌치를 함께 사용한 WEV 실험체는 관통형 다이아프램 형식 TD 실험체에 대해 16% 높은 내력을 발휘하였고, 에너지 흡수 능력이 57% 상승하였다. 또한 AISC code에서도 높은 내진성능을 나타냈다.
- 항복강도에 의해 각 실험체별 내력 상승률을 평가한 결과, 내력상승률은 WEP-S 실험체가 가장 크게 나타났다. 엔드플레이트를 사용한 실험체의 경우 WEP 실험체가 WEP-S 실험체보다 내력상승률이 18% 크게 나타났으나 수직 스티프너인 헌치를 사용한 실험체의 경우 WVS 실험체가 WVS-S 실험체보다 내력상승률이 10% 작게 나타났다. 하지만, 다른 모든 실험체가 TD 실험체보다 5〜30% 크게 나타났다.
- WEP-S과 WVS-S 실험체는 WEP와 WVS 보다 높은 강성 값을 갖고 있고, 특히 WVS-S 실험체는 약 60% 이상 큰 폭으로 상승한 것을 알 수 있다. 이는 기둥 단면 증가와 엔드플레이트에 의한 패널존 보강이 높은 강성을 발휘하는데 영향을 주는 것임을 나타내고, 강성 저하율 또한 각각 보강 전의 실험체 보다 보강 후의 실험체가 낮은 것으로 나타났다.
- 04 라디안에서의 모멘트가 이론값을 적용할 경우 약 25% 낮은 내력을 발현하였지만, WVS-S 실험체 실험체에서 WVS 실험체에 기둥 패널존을 보강함으로써 내력이 상승되어 이론값을 적용한 경우 약 50% 상회하는 것을 알 수 있다. 총 회전각(층간변위각)과 소성회전각(비탄성회전각)은 모든 실험체가 기준보다 각각 평균 26%, 38% 높게 만족시키고 있다.
- 항복강도에 의해 각 실험체별 내력 상승률을 평가한 결과, 내력상승률은 WEP-S 실험체가 가장 크게 나타났다. 엔드플레이트를 사용한 실험체의 경우 WEP 실험체가 WEP-S 실험체보다 내력상승률이 18% 크게 나타났으나 수직 스티프너인 헌치를 사용한 실험체의 경우 WVS 실험체가 WVS-S 실험체보다 내력상승률이 10% 작게 나타났다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.