플랜지와 웨브에 서로 강도가 다른 이종강재를 사용한 CFT 합성구조의 거동특성을 파악하기 위하여, 플랜지는 건축용 800MPa급 강재인 HSA800, 웨브에는 일반강도 강재인 SM490 강재를 사용하여 실험연구를 수행하였다. 주요실험 변수는 강관의 강도 조합, 충전된 콘크리트의 강도, 콘크리트 충전효과이다. 이종강재간의 용접접합부는 낮은강도 강재에 적합한 용접부를 사용하여 접합부 성능을 검증하였다. 실험체의 거동특성을 평가하기 위해 편심압축 실험을 수행하였으며, 현행 설계기준들에 따른 예측결과와 비교하였다. 플랜지에 고강도 강재를 적용함에 따라 단면의 축강도 및 휨모멘트강도가 증가하였으며, 부재 강도를 충분히 발현한 이후 용접부에서 파괴가 일어났다. 실험결과 현행 설계기준을 적용하여 합성단면의 축력-모멘트 상관관계 및 유효휨강성을 안전측으로 예측 가능하였다.
플랜지와 웨브에 서로 강도가 다른 이종강재를 사용한 CFT 합성구조의 거동특성을 파악하기 위하여, 플랜지는 건축용 800MPa급 강재인 HSA800, 웨브에는 일반강도 강재인 SM490 강재를 사용하여 실험연구를 수행하였다. 주요실험 변수는 강관의 강도 조합, 충전된 콘크리트의 강도, 콘크리트 충전효과이다. 이종강재간의 용접접합부는 낮은강도 강재에 적합한 용접부를 사용하여 접합부 성능을 검증하였다. 실험체의 거동특성을 평가하기 위해 편심압축 실험을 수행하였으며, 현행 설계기준들에 따른 예측결과와 비교하였다. 플랜지에 고강도 강재를 적용함에 따라 단면의 축강도 및 휨모멘트강도가 증가하였으며, 부재 강도를 충분히 발현한 이후 용접부에서 파괴가 일어났다. 실험결과 현행 설계기준을 적용하여 합성단면의 축력-모멘트 상관관계 및 유효휨강성을 안전측으로 예측 가능하였다.
Structural tests were performed to investigate the structural performance of concrete-filled steel tube column using different strength steels in their flange and web with high-strength steel HSA800 and mild steel SM490, respectively. The test parameters included the strength of column flange and in...
Structural tests were performed to investigate the structural performance of concrete-filled steel tube column using different strength steels in their flange and web with high-strength steel HSA800 and mild steel SM490, respectively. The test parameters included the strength of column flange and infill concrete, and effect of concrete infill. Connection between different grade steels were welded using the electrode appropriate for mild steel and verified its performance. To evaluate the behavior of test specimens, eccentric loading tests were performed and the results were compared with the prediction by current design codes. Axial load and moment carrying capacity of test specimens increased with the yield strength of compression flange and weld fracture occurred after the specimen shows full strength. The prediction result for axial load-bending moment relationship and effective flexural stiffness gave good agreement with the test result.
Structural tests were performed to investigate the structural performance of concrete-filled steel tube column using different strength steels in their flange and web with high-strength steel HSA800 and mild steel SM490, respectively. The test parameters included the strength of column flange and infill concrete, and effect of concrete infill. Connection between different grade steels were welded using the electrode appropriate for mild steel and verified its performance. To evaluate the behavior of test specimens, eccentric loading tests were performed and the results were compared with the prediction by current design codes. Axial load and moment carrying capacity of test specimens increased with the yield strength of compression flange and weld fracture occurred after the specimen shows full strength. The prediction result for axial load-bending moment relationship and effective flexural stiffness gave good agreement with the test result.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 인장강도 800MPa급 고강도강재와 490MPa급 일반강재를 사용한 직사각형 형태의 CFT 구조의 거동특성을 파악하기 위하여 실험연구를 실시하였다. 이종강재의 용접접합부 성능을 검증하기 위하여 용접부 성능평가를 수행하였으며, 합성부재의 구조 성능을 평가하기 위한 편심압축 실험을 수행하였다.
가설 설정
기둥 중앙부 양쪽 강재플랜지에 3개씩 설치한 스트레인게이지로부터 측정된 변형률을 이용하여 기둥 중앙부에서의 곡률 φm을 계산하였다. 여기서, 단면의 평면유지와 선형의 변형률 분포를 가정하였다. 단면의 휨모멘트는 축력과 편심거리의 곱으로 산정하였으며, 이때 기둥 중앙부 편심거리는 식 (1)과 같이 초기편심거리 e와 부재 중앙부에서 발생한 횡변형 ∆m의 합으로 계산하였다.
제안 방법
5)로 정하였으며, 가력은 변위제어방식으로 진행되었다. 10,000kN급 UTM을 이용하여 0.6mm/min의 속도로 단조압축가력하였으며, 하중-축변위 관계에서 기둥의 내력이 최대강도의 70%로 떨어질 때 까지 실험을 수행하였다.
′ 는 각각 평균 62MPa와 100MPa로 공칭압축강도인 60MPa, 100MPa에 근접한 결과를 나타냈다. 60MPa 콘크리트를 타설한 실험체는 28일 재령에 실험을 수행하였으며, 100MPa 콘크리트를 타설한 실험체는 43일 재령에서 실험을 수행하였다. 실험 당일의 100MPa 콘크리트의 평균압축강도는 103MPa로 28일 강도와 큰 차이가 없었다.
800MPa급 고강도 강재인 HSA800[11][KS D 5994 (2011)]과 일반강도 강재인 SM490을 사용한 용접부 성능을 검증하기 위하여 AWS D1.1M(2010)[12]에 따라 25mm 두께의 HSA800 판재와 SM490 판재를 맞댐용접(Groove welding)하여 시험편을 제작하였고 인장시험, 굽힘시험, 충격시험을 수행하였다.
주요변수는 강관의 강도 조합, 충전된 콘크리트의 강도, 콘크리트 충전효과이다. HSA800과 SM490의 용접접합부 성능을 검증하기 위하여 용접부 성능평가를 수행하였으며, 구조부재의 거동특성을 평가하기 위한 편심압축 실험을 수행하였다. 합성단면의 구조성능에 대한 현행 설계기준들의 적용성을 판단하기 위하여 실험결과와 비교하였다.
소재 인장시험편은 KS B 0802에 따라 SM490 8mm, 25mm 강재는 1A호 시험편으로 제작하였고, HSA800 25mm 강재는 봉 모양의 4호 시험편으로 제작하였다. 강재 종류별 3개의 시편에 대해 인장시험을 수행하였다. 25mm로 동일한 두께의 HSA800 강재와 SM490 강재의 응력-변형률 관계를 Fig.
공시체는 φ100×200mm 크기로 제작하였으며, 실험체와 동일한 양생조건을 유지하기 위하여 공시체 몰드를 탈형하지 않고 비닐 캡을 씌워 28일간 양생하였다.
1M에 따라 용접방향의 직각방향으로 폭 10mm, 길이 150mm의 축소단면시험편 4개를 제작했다. 굽힘 유형은 Transverse Side Bend Test로 두께방향으로 180도 굽힘 시험을 수행하였다. Fig.
기둥 중앙부 양쪽 강재플랜지에 3개씩 설치한 스트레인게이지로부터 측정된 변형률을 이용하여 기둥 중앙부에서의 곡률 φm을 계산하였다.
플랜지에는 강도 변화에 따른 부재의 거동특성과 파괴 메커니즘을 분석하기 위하여 25mm 두께를 갖는 HSA800 강재(RHE specimens)와 SM490 강재(RNE specimen)를 사용하였다. 또한, 강관 내부의 콘크리트 충전 효과에 따른 합성구조의 거동특성을 파악하기 위하여 콘크리트를 충전하지 않은 RHE-0를 비교 실험체로 구성하였다.
이종강재의 용접접합부 성능을 검증하기 위하여 용접부 성능평가를 수행하였으며, 합성부재의 구조 성능을 평가하기 위한 편심압축 실험을 수행하였다. 또한, 현행 설계기준에 대한 적용여부를 검토하기 위하여 실험결과와 비교하였다.
모재 및 용착금속의 강도를 평가하기 위하여 인장시험을 수행하였다. 모재 인장시편은 KS B 0802「금속재료 인장시험 방법」[14]에 따라 환봉형태의 4호 시험편으로 제작하였으며, 용착금속 인장시편은 AWS D1.
실험이 진행되는 동안 실험체의 축변위, 횡변형, 비틀림 등을 측정하기 위하여 접촉식 변위측정 센서인 LVDT 10개를 실험체 주위에 설치하였으며, 파괴가 예상되는 실험체 중앙에서의 변형률을 측정하기 위하여 5mm 일축 스트레인게이지 16개를 각 실험체마다 설치하였다. 실험체에 가해지는 축력은 UTM 내의 로드셀에서 직접 측정하였다.
실험이 진행되는 동안 실험체의 축변위, 횡변형, 비틀림 등을 측정하기 위하여 접촉식 변위측정 센서인 LVDT 10개를 실험체 주위에 설치하였으며, 파괴가 예상되는 실험체 중앙에서의 변형률을 측정하기 위하여 5mm 일축 스트레인게이지 16개를 각 실험체마다 설치하였다. 실험체에 가해지는 축력은 UTM 내의 로드셀에서 직접 측정하였다. LVDT 및 스트레인게이지의 설치위치는 Fig.
여기서, ∆m은 부재 양단부와 중앙에 설치한 LVDT에서 측정된 값으로부터 부재 중앙에서의 상대적인 횡변형을 계산하였다.
용접부에서의 파괴를 방지하기 위하여 30° 개선용접을 하였다.
용접부의 충격인성을 평가하기 위하여 샤르피 충격시험을 수행하였다. 충격시험편은 파괴가 예상되는 용접재료와 SM90 강재가 접합되는 용접열영향부에서 시험편을 채취하여 총 9개의 시험편을 제작하였다.
본 연구에서는 인장강도 800MPa급 고강도강재와 490MPa급 일반강재를 사용한 직사각형 형태의 CFT 구조의 거동특성을 파악하기 위하여 실험연구를 실시하였다. 이종강재의 용접접합부 성능을 검증하기 위하여 용접부 성능평가를 수행하였으며, 합성부재의 구조 성능을 평가하기 위한 편심압축 실험을 수행하였다. 또한, 현행 설계기준에 대한 적용여부를 검토하기 위하여 실험결과와 비교하였다.
강관과 엔드플레이트는 30° 개선용접을 했다. 접합판은 양단 힌지조건을 유지하면서 실험체에 축력과 모멘트를 전달하는 나이프엣지(Knife-edge)와 볼트접합으로 연결하였다.
=490~610MPa) 강재를 사용하여 실험연구를 수행하였다. 주요변수는 강관의 강도 조합, 충전된 콘크리트의 강도, 콘크리트 충전효과이다. HSA800과 SM490의 용접접합부 성능을 검증하기 위하여 용접부 성능평가를 수행하였으며, 구조부재의 거동특성을 평가하기 위한 편심압축 실험을 수행하였다.
콘크리트의 탄성계수는 압축응력-변형률 곡선에서 원점과 0.45fc′ 를 잇는 직선의 기울기로 계산하였다.
대상 데이터
강관에 충전된 콘크리트는 목표압축강도 60MPa와 100MPa의 고강도콘크리트를 사용하였다. 사용된 고강도콘크리트의 배합과 물성은 Table 8에 나타냈다.
4와 같이 높이(H)×폭(B)×웨브두께(tw)×플랜지두께(tf)=200×380×8×25mm의 직사각형 단면으로 구성하였다. 모든 실험체에 대하여 웨브는 8mm 두께의 SM490 강재를 사용하였다. 플랜지에는 강도 변화에 따른 부재의 거동특성과 파괴 메커니즘을 분석하기 위하여 25mm 두께를 갖는 HSA800 강재(RHE specimens)와 SM490 강재(RNE specimen)를 사용하였다.
모재 및 용착금속의 강도를 평가하기 위하여 인장시험을 수행하였다. 모재 인장시편은 KS B 0802「금속재료 인장시험 방법」[14]에 따라 환봉형태의 4호 시험편으로 제작하였으며, 용착금속 인장시편은 AWS D1.1M에 따라 직경 12.5mm, 표점거리 62.5mm의 환봉형태로 제작하였다.(Fig.
소재 인장시험편은 KS B 0802에 따라 SM490 8mm, 25mm 강재는 1A호 시험편으로 제작하였고, HSA800 25mm 강재는 봉 모양의 4호 시험편으로 제작하였다. 강재 종류별 3개의 시편에 대해 인장시험을 수행하였다.
충격시험편은 파괴가 예상되는 용접재료와 SM90 강재가 접합되는 용접열영향부에서 시험편을 채취하여 총 9개의 시험편을 제작하였다. 시험편에서 노치의 위치는 AWS D1.1M에 따라 용접부, Fusion line+1mm, Fusion line+5mm에 위치하도록 제작했다. Table 5는 영하 5℃에서 샤르피 충격시험을 수행 한 결과를 나타낸다.
실험체는 Fig. 4와 같이 높이(H)×폭(B)×웨브두께(tw)×플랜지두께(tf)=200×380×8×25mm의 직사각형 단면으로 구성하였다.
용접방향의 직각방향으로 2개의 축소단면 인장시험편을 제작하였다. 인장시험편은 AWS D1.
4에 나타낸 것과 같이 4면을 용접하여 제작하였다. 용접봉은 2절의 용접부 성능검증에 사용한 K71T를 사용하였다. 용접부에서의 파괴를 방지하기 위하여 30° 개선용접을 하였다.
용접봉은 강구조공사 표준시방서(2012)[13]에 제시된 바와 같이 낮은 강도의 강재인 SM490에 적합한 용접재료(K-71T, AWS E71T-1)를 사용하였다. Table 1의 화학성분 조성표에서 HSA800의 탄소당량(Ceq)은 0.
용접부 굽힘성능을 평가하기 위하여 AWS D1.1M에 따라 용접방향의 직각방향으로 폭 10mm, 길이 150mm의 축소단면시험편 4개를 제작했다. 굽힘 유형은 Transverse Side Bend Test로 두께방향으로 180도 굽힘 시험을 수행하였다.
용접방향의 직각방향으로 2개의 축소단면 인장시험편을 제작하였다. 인장시험편은 AWS D1.1M에 따라 두께 25mm, 폭 20mm, 표점거리 100mm로 제작하여 인장시험을 수행하였다. 용접부 인장시험 결과 항복강도가 낮은 SM490 모재부분에서 파단이 일어났으며 연성파괴 유형을 보였다.
용접부의 충격인성을 평가하기 위하여 샤르피 충격시험을 수행하였다. 충격시험편은 파괴가 예상되는 용접재료와 SM90 강재가 접합되는 용접열영향부에서 시험편을 채취하여 총 9개의 시험편을 제작하였다. 시험편에서 노치의 위치는 AWS D1.
모든 실험체에 대하여 웨브는 8mm 두께의 SM490 강재를 사용하였다. 플랜지에는 강도 변화에 따른 부재의 거동특성과 파괴 메커니즘을 분석하기 위하여 25mm 두께를 갖는 HSA800 강재(RHE specimens)와 SM490 강재(RNE specimen)를 사용하였다. 또한, 강관 내부의 콘크리트 충전 효과에 따른 합성구조의 거동특성을 파악하기 위하여 콘크리트를 충전하지 않은 RHE-0를 비교 실험체로 구성하였다.
플랜지와 웨브에 서로 강도가 다른 이종강재를 사용한 CFT 합성구조의 거동특성을 파악하기 위하여, 건축용 800MPa급 강재 HSA800(Fy=650~770MPa, Fu=800~950MPa)과 SM490(Fy=325MPa, Fu=490~610MPa) 강재를 사용하여 실험연구를 수행하였다. 주요변수는 강관의 강도 조합, 충전된 콘크리트의 강도, 콘크리트 충전효과이다.
데이터처리
HSA800과 SM490의 용접접합부 성능을 검증하기 위하여 용접부 성능평가를 수행하였으며, 구조부재의 거동특성을 평가하기 위한 편심압축 실험을 수행하였다. 합성단면의 구조성능에 대한 현행 설계기준들의 적용성을 판단하기 위하여 실험결과와 비교하였다. 주요 실험 및 분석결과로 부터 얻은 주요 결론은 다음과 같다.
이론/모형
5에 나타내었다. HSA800 강재는 전형적인 고강도 강재의 응력-변형률 관계를 보였으며, SM490 강재와 달리 항복점이 뚜렷하게 나타나지 않아 0.2% 영구변형률법(Offset method)을 통해 항복점을 계산하였다. 측정된 강재의 항복강도 fy, 최대인장강도 fu, 탄성계수 Es, 항복비(fy/fu)를 정리하여 Table 7에 정리하였다.
KS F 2405「콘크리트의 압축강도시험 방법」[16]에 따라 28일 재령에서 콘크리트 압축강도 실험을 수행하였다. 사용된 고강도콘크리트는 최대압축강도까지 탄성적으로 강도가 상승하였으며 극한상태에서 취성적으로 파괴되었다.
65(fck≥55MPa)를 사용하여 계산하였다. 콘크리트를 충전하지 않은 강관의 축력-모멘트 상관관계는 KBC(2009)의 강구조 설계기준과 AISC(2010)에서 제시하고 있는 (3) 이선형의 축력-모멘트 상관관계식과, EC3(2005) [21] 의 (4) 각형단면의 상관관계식[식 (2)]을 사용하여 비교하였다.
11). 합성단면의 축력-모멘트 상관관계는 (1) 강재와 콘크리트의 완전소성응력을 기반으로 단면성능을 계산하는 소성응력분포법(Plastic stress distribution method)과 (2) 단면에 걸쳐 변형률이 선형적으로 분포한다고 가정하여 변형률에 따른 강재와 콘크리트의 응력을 계산하는 변형률적합법(Strain compatibility method), 그리고 (3) 강재단면에서와 같이 단면의 최대축하중과 휨모멘트를 연결하는 2선형의 축력-모멘트 상관식을 이용하는 방법(Interaction equation method)이 사용된다. KBC(2009)의 강구조설계기준과 AISC(2010)에서는 기본적으로 위의 3가지 방법을 모두 사용할 수 있도록 제시하고 있으며, EC4(2004)에서는 소성응력분포법을, ACI318(2008)에서는 콘크리트의 극한압축변형률을 0.
성능/효과
(1) 인장강도 800MPa급 고강도 강재와 490MPa급 일반 강재를 용접할 경우, 용접봉은 일반강재에 적합한 용접봉을 사용할 수 있으며 용접조건은 고강도 강재의 용접 조건에 맞추어 사용할 수 있다.
(3) 동일 단면에서 HSA800 강재를 플랜지에 적용한 경우 SM490 강재를 적용한 경우에 비해 강재 항복강도가 2배 증가함에 따라 항복하중(Py) 및 최대하중(Pmax)도 각각 2.5배 및 2.0배 증가하였다. 그러나 플랜지의 항복강도 변화가 탄성강성(Kc)에 미치는 영향은 크지 않았다.
(4) 강관 내부에 콘크리트를 충전함에 따라 압축플랜지의 좌굴 발생이 지연되어 압축플랜지가 항복한 이후에 좌굴이 발생하였으며, 콘크리트 충전효과에 의해 최대하중(Pmax)이 25%, 탄성강성(Kc)은 15% 증가했다.
(5) 이종강재를 사용한 강관(RHE-0)의 경우 최종적으로 용접부 파괴는 발생하지 않았으며, 콘크리트를 충전한 RHE-100과 RHE-60은 파괴점(0.8Pmax) 도달 이후에 용접면이 파괴되었다.
(6) 축력-모멘트 상관곡선에서 이종강재를 사용한 CFT구조의 경우 현행 KBC, EC4, ACI318, AISC 설계기준을 적용하여 충분히 보수적으로 설계할 수 있다. 다만 단면의 완전소성강도를 사용하는 EC4를 준용할 경우 유의할 필요가 있다.
(7) 강재비가 높은 합성단면의 유효휨강성은 현행 설계기준(KBC, EC4, ACI318, AISC)에 따른 차이는 크지 않았으며, EC4의 경우 가장 안전측으로 예측하는 것으로 나타났다.
측정된 강재의 항복강도 fy, 최대인장강도 fu, 탄성계수 Es, 항복비(fy/fu)를 정리하여 Table 7에 정리하였다. HSA800 강재의 경우 KS D 5994에서 정의한 항복강도(650~770MPa), 인장강도(800~950MPa), 연신율(16% 이상) 및 항복비(0.85 이하) 규정을 만족하는 것으로 나타났다.
6에 나타난 것과 같이 플랜지의 항복강도 변화가 탄성강성(Ke)에 미치는 영향은 크지 않았다. 또한, 강관 내부의 콘크리트 충전 효과에 의해 RHE-60은 강관 실험체인 RHE-0에 비해 최대하중(Pmax)이 25% 증가하였으며 탄성 강성(Ke)은 15% 증가했다. 그러나 예상과 달리 RHE-100은 RHE-60에 비해 최대강도 및 탄성강성의 증가는 크지 않았는데, 이는 콘크리트의 충전성 차이에서 비롯된 것으로 판단된다.
SG 3는 웨브에 위치한 스트레인게이지 값을 나타낸다. 모든 실험체에서 압축플랜지와 웨브가 항복한 후 변형률 값이 증가하면서 연성적으로 거동하였다. 이는 강재단면의 폭두께비가 플랜지와 웨브에서 각각 15와 19로 상대적으로 두꺼운 강재를 사용하였기 때문이다.
콘크리트를 충전하지 않은 RHE-0의 휨강성은 강재의 휨강성 EsIs 계산값과 일치하는 결과를 나타냈다. 부재의 초기영구변형(Initial imperfection)을 고려하여 강재의 휨강성을 저감시킨 EC4의 경우 가장 낮은 예측값을 나타냈으며, AISC의 경우 휨강성을 가장 고평가했다. 그러나 현행 설계기준은 실험체의 유효휨강성을 비교적 정확하게 예측하고 있다.
비교된 설계기준들 중에서 재료의 소성응력분포를 가정하는 EC4가 다른 기준들에 비해 가장 큰 예측값을 나타냈으며, ACI318과 AISC는 유사한 결과를 나타냈다. 하지만 강관에 HSA800 강재를 사용한 경우 ACI318의 변형률적합방법은 축압축성능을 가장 낮게 예측했는데, 이는 콘크리트의 극한압축변형률을 ∊cu=0.
에 따라 28일 재령에서 콘크리트 압축강도 실험을 수행하였다. 사용된 고강도콘크리트는 최대압축강도까지 탄성적으로 강도가 상승하였으며 극한상태에서 취성적으로 파괴되었다. 재료실험을 통해 측정된 최대압축강도 fc′, 최대강도시 변형률 ecu, 탄성계수 Ec를 Table 9에 나타내었다.
실험결과 동일한 단면에 HSA800 강재를 플랜지에 사용한 RHE-60은 SM490 강재를 사용한 RNE-60에 비해 기둥 플랜지의 항복강도가 2배 증가함에 따라 항복하중(Py) 및 최대하중(Pmax)도 각각 2.5배 및 2.0배 증가하였다. 그러나 Fig.
실험결과는 HSA800 강재와 SM490강재를 사용한 CFT 합성구조의 경우 현행 설계기준을 사용하여 충분히 보수적으로 설계가 가능함을 보여주었다. 다만, RNE-60의 실험결과와 같이 EC4의 소성응력분포법을 사용할 경우에는 부재의 성능을 과대평가할 수 있어 적용에 유의할 필요가 있다.
1M에 따라 두께 25mm, 폭 20mm, 표점거리 100mm로 제작하여 인장시험을 수행하였다. 용접부 인장시험 결과 항복강도가 낮은 SM490 모재부분에서 파단이 일어났으며 연성파괴 유형을 보였다. 용접부인장시험 결과는 Table 4와 같다.
1 참조) 모재와 용착금속 인장시험 결과는 Table 3에 나타내었다. 용착금속인장시험결과는 AWS A5.29M (2010)[15]에서 정의하는 E71T-1 용접재료 성능규격을 만족하였으며, 모재인 SM490 강재보다 높은 값을 나타냈다.
이후 부재의 축변형률이 증가하면서, (3) 압축플랜지가 좌굴하였고 이후 하중이 급격히 저하되었다. 이에 반해 콘크리트를 충전한 실험체는 최외측에 위치한 플랜지의 항복강도와 내부의 콘크리트 극한변형률(∊cu)에 따라 RNE-60은 (1) 압축플랜지가 항복한 이후, (2) 최외측 콘크리트가 극한변형률(∊cu=0.0024)에 도달하였고, RHE-100과 RHE-60은 (1) 최외측 콘크리트가 극한변형률(RHE-100 : ∊cu=0.0032, RHE-60 : ∊cu=0.0024)에 도달한 이후, (2) 압축플랜지가 항복하였다. 이후에는 내력 증가가 서서히 둔화되면서, (3) 최대하중(○ 표시)에 도달하였다.
003으로 가정하고 있어 강재가 탄성 상태에 머무르기 때문이다. 전반적으로 실험체들의 강재비가 높고 단면에서 강재 기여도가 크기 때문에 AISC의 단순화된 축력-모멘트 상관식을 사용할 경우에도 실험결과를 비교적 정확히 예측할 수 있었다.
4로 가장 낮은 값을 나타냈다. 즉, 이종강재를 사용한 CFT 합성구조에서 콘크리트 충전에 의해 연성도는 RHE-60 및 RHE-100에서 각각 60%, 49% 증가했다.
실험 당일의 100MPa 콘크리트의 평균압축강도는 103MPa로 28일 강도와 큰 차이가 없었다. 최대강도시 변형률 ∊cu는 60MPa 콘크리트는 평균 0.0024였으며, 100MPa 콘크리트는 평균 0.0032로 증가했다. 측정된 콘크리트 탄성계수 Ec는 60MPa 콘크리트와 100MPa 콘크리트에서 각각 평균 36GPa과 37GPa로 큰 차이는 없었으며 현행 설계기준에서 제시하고 있는 예측값[#(MPa), 여기서 fcu = 28일 평균압축강도, KBC 2009]과 유사한 결과를 나타냈다.
콘크리트를 충전하지 않은 RHE-0의 휨강성은 강재의 휨강성 EsIs 계산값과 일치하는 결과를 나타냈다.
플랜지에 SM490 강재를 사용한 RNE-60은 HSA800을 사용한 다른 실험체들에 비해 플랜지 항복강도가 낮고 재료의 응력-변형률곡선 상에 항복구간이 존재하기 때문에 압축플랜지가 항복한 이후에 변형률이 급격히 증가하는 모습을 보였으며, 플랜지에 국부좌굴이 발생하지 않았다. 플랜지에 HSA800 강재를 사용한 RHE-60과 RHE-100은 유사한 하중-축변형률 관계를 보였으며, 두 실험체 모두 0.2% 영구변형률법(Offset method)에 의한 항복변형률(0.005, Fig. 5 참조) 이후에 변형률이 급격히 증가하였으다. 최종적으로 축변형률 0.
플랜지에 SM490 강재를 사용한 RNE-60은 HSA800을 사용한 다른 실험체들에 비해 플랜지 항복강도가 낮고 재료의 응력-변형률곡선 상에 항복구간이 존재하기 때문에 압축플랜지가 항복한 이후에 변형률이 급격히 증가하는 모습을 보였으며, 플랜지에 국부좌굴이 발생하지 않았다. 플랜지에 HSA800 강재를 사용한 RHE-60과 RHE-100은 유사한 하중-축변형률 관계를 보였으며, 두 실험체 모두 0.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고강도 재료를 적용한 합성구조로 주로 무엇이 사용되는가?
이러한 대형 부재의 단면적을 줄이고 사용면적을 확보하기 위하여 고강도 강재와 고강도 콘크리트의 사용하는 방안과 이 두 재료의 합성작용을 통해 재료의 성능을 극대화 할 수 있는 방안으로 합성구조의 적용이 증가하고 있다. 이러한 고강도 재료를 적용한 합성구조로 철골철근콘크리트(SRC: Steel and Reinforced Concrete) 기둥과 콘크리트충전강관 기둥(CFT: Concrete-Filled Steel Tube Column)이 주로 사용되고 있다. 이중 콘크리트 충전강관(CFT) 구조는 외부 강관에 의한 구속효과로 콘크리트의 극한압축변형률을 증가시키고, 충전 콘크리트로 인해 강관의 좌굴강도가 증가하기 때문에 600MPa 이상의 고강도 강재를 사용하는 경우에도 강재의 강도를 충분히 활용 가능하여 우수한 구조성능을 나타낼 수 있다[1].
콘크리트충전강관 기둥의 특징은 무엇인가?
이러한 고강도 재료를 적용한 합성구조로 철골철근콘크리트(SRC: Steel and Reinforced Concrete) 기둥과 콘크리트충전강관 기둥(CFT: Concrete-Filled Steel Tube Column)이 주로 사용되고 있다. 이중 콘크리트 충전강관(CFT) 구조는 외부 강관에 의한 구속효과로 콘크리트의 극한압축변형률을 증가시키고, 충전 콘크리트로 인해 강관의 좌굴강도가 증가하기 때문에 600MPa 이상의 고강도 강재를 사용하는 경우에도 강재의 강도를 충분히 활용 가능하여 우수한 구조성능을 나타낼 수 있다[1].
대형 부재의 단면적을 줄이고 사용면적을 확보하기 위한 방법으로 어떤 것이 있는가?
최근 건축물의 초고층화 · 대형화 추세에 따라 주요 기둥부재와 대각 가새부재 그리고 부가적인 횡력저항 시스템인 아웃리거와 벨트트러스 부재에 과도한 응력발생 및 변위제어의 목적으로 대형 단면이 사용되고 있다. 이러한 대형 부재의 단면적을 줄이고 사용면적을 확보하기 위하여 고강도 강재와 고강도 콘크리트의 사용하는 방안과 이 두 재료의 합성작용을 통해 재료의 성능을 극대화 할 수 있는 방안으로 합성구조의 적용이 증가하고 있다. 이러한 고강도 재료를 적용한 합성구조로 철골철근콘크리트(SRC: Steel and Reinforced Concrete) 기둥과 콘크리트충전강관 기둥(CFT: Concrete-Filled Steel Tube Column)이 주로 사용되고 있다.
참고문헌 (21)
김창수, 박홍근, 최인락, 정경수, 김진호(2010) 800MPa 강재 및 100MPa 콘크리트를 적용한 매입형 합성기둥의 구조성능, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제22권, 제 5호, pp.497-509. Kim, C.S., Park, H.G., Choi, I.R., Chung, K.S., and Kim, J.H. (2010) Structural perfor- mance of concrete-encased steel columns using 800MPa steel and 100MPa concrete, Journal of Korean Society of Steel Construction, KSSC, Vol. 22, No. 5, pp.497-509 (in Korean).
Uy, B. (2001) Strength of short concrete filled high strength steel box columns, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 57, pp.113-134.
Mursi, M. and Uy, B. (2004) Strength of slender concrete filled high strength steel box columns, Journal of constructional Steel Research, Vol. 60, No. 12, pp.1825-1848
Fujimoto, T., Mukai, A., Nishiyama, I., and Sakino, K. (2004) Behavior of eccentrically loaded concretefilled steel tubular columns, Journal of Structural Engineering, Vol. 130, No. 2, pp.203-212
Inai, E., Mukai, A., Kai, M., Tokinoya, H., Fukumoto, T., and Mori, K. (2004) Behavior of concrete-filled steel tube beam columns, Journal of Structural Engineering, Vol. 130, No. 2, pp.189-202.
정경수, 이세정, 김우재, 김진호(2010) 고강도 콘크리트 충전 각형강관 부재의 휨성능에 관한 실험적 연구, 대한건축학회논문집(구조계), 대한건축학회, Vol. 26, No. 8, pp.55-62. Chung, K.S., Lee, S.J., Kim, W.J., and Kim, J.H. (2010) Experimental study on the structural behavior of high strength concrete-filled square steel tube subjected to flexural loading, Journal of Architectural Institute of Korea, AIK, Vol. 26, No. 8, pp.55-62 (in Korean).
Chung, K.S, Kim, J.H., and Yoo, J.H. (2012) Prediction of hysteretic behavior of high-strength square concrete-filled steel tubular columns subjected to eccentric loading, International Journal of Steel Structures. Vol. 12, No. 2, pp.243-252.
Lu, X., Zou, Y., Lu, W., and Zhao, B. (2007) Shaking table model test on Shanghai World Financial Center Tower, Earthquake Engineering & Structural Dynamics, Vol. 36, No. 4, pp.439-457
한국표준협회(2011) 건축구조용 고성능 압연강재, KS D 5994. Korean Agency for Technology and Standards (2011) High-performance rolled steel for building structures, KS D 5994 (in Korean).
American Welding Society (AWS) (2010) Structural welding code-Steel, AWS D1.1/D1.1M-2010, Miami
한국강구조학회(2012) 강구조공사 표준시방서, 구미서관. Korean Society of Steel Construction (KSCE) (2012) Standard specification for steel construction, Goomi book (in Korean).
한국표준협회(2003) 금속재료인장시험방법, KS B 0802. Korean Agency for Technology and Standards (2003) Method of tensile test for metallic materials, KS B 0802 (in Korean).
American Welding Society (AWS) (2010) Specification for low-alloy steel electrodes for flux cored arc welding, AWS A5.29/A5.29M-2010, Miami
한국표준협회 (2010) 콘크리트 압축 강도 시험방법, KS F 2405. Korean Agency for Technology and Standards (2011) Standard test method for compressive strength of concrete, KS F 2405 (in Korean).
대한건축학회(2009) 건축구조 설계기준 및 해설(KBC 2009), 기문당. AIK (2009) Korea building code and commentary - structural, Architectural Institute of Korea (in Korean).
American Institute of Steel Construction (AISC) (2010) Specification for Structural Steel Buildings, ANSI/AISC 360-10, Chicago.
American Concrete Institute (ACI) (2007) Building code requirements for structural concrete (ACI 318M-08) and Commentary, ACI Committee 318, Farmington Hills. Mich
European Committee for Standardization (CEN) (2004) Design of composite steel and concrete structures-part 1-1 : General rules and rules for buildings, BS EN 1994-1-1:2004, CEN, Brussels, Belgium
European Committee for Standardization (CEN) (2005) Design of steel structures-part 1-1: General structural rules, BS EN 1993-1-1:2001, CEN, Brussels, Belgium.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.