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PSRC 합성기둥의 반복가력 실험

Cyclic Loading Tests for Prefabricated Composite Columns Using Steel Angle and Reinforcing Bar

韓國鋼構造學會 論文集 = Journal of Korean Society of Steel Construction, v.25 no.6 = no.127, 2013년, pp.635 - 647  

황현종 (서울대학교, 건축학과) ,  엄태성 (단국대학교, 건축공학과) ,  박홍근 (서울대학교, 건축학과) ,  이창남 ((주)센구조연구소) ,  김형섭 ((주)센구조연구소)

초록
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PSRC 기둥은 앵글을 콘크리트에 매입시킨 기둥으로, 단면의 외곽 코너에 배치되는 앵글이 기둥의 휨-압축에 저항한다. 본 연구에서는 KBC 2009에 따라 압축력을 가한 기둥에 대하여 횡방향 반복가력 실험을 통하여 내진성능을 검증하였다. 기둥 종류, 연속후프근 적용, 앵글에 스터드 적용을 실험 변수로 고려하였으며, 2/3 스케일을 갖는 한 개의 SRC 합성기둥과 세 개의 PSRC 합성기둥을 실험하였다. 실험결과, KBC 2009로 예측한 PSRC 합성기둥의 하중재하능력은 실험결과와 잘 일치하였으며, 변형능력과 에너지 소산에 있어서 우수한 성능을 보여주었다. PSRC 합성기둥은 반복하중으로 인한 콘크리트 피복 탈락 이후, 앵글 및 주철근의 좌굴에 의해 실험체의 하중재하능력이 감소하였다. 특히, 연속후프근을 적용한 PSRC 합성기둥은 앵글의 조기 국부좌굴이 억제되어 기존 PSRC 합성기둥에 비해 연성능력이 향상되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

PSRC composite column is a concrete encased steel angle column. In the PSRC composite column, the steel angles placed at the corner of the cross-section resists bending moment and compression load. In the present study, using the performance criteria in KBC 2009, cyclic lateral loading test was perf...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 PSRC 합성기둥의 내진성능을 검증하기 위하여, 2/3 스케일을 갖는 세 개의 PSRC 합성기둥과 한 개의 기존 SRC 합성기둥 대조실험체에 대하여 압축력 재하 후 횡방향으로 반복가력 실험을 수행하였다. 이를 통하여 PSRC 합성기둥의 하중재하능력, 변형능력, 에너지 소산능력, 파괴특성 등 내진성능을 검증하였다.
  • 본 연구에서는 기둥 단면의 네 모서리에 앵글을 배치하여 단면의 휨저항성능을 극대화한 선행연구의 기존 PSRC 합성 기둥 상세(실험체 S2)와 부착성능 및 시공성을 개선한 새로운 PSRC 합성기둥 상세(실험체 S3 및 S4)에 대하여 내진성능을 평가하였다. 본 장의 분석 결과를 바탕으로 다음과 같은 PSRC 합성기둥의 구조설계 권고사항을 제안하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
내진구조에 사용에 사용하기 위해선 PSRC 합성기둥에 어떠한 추가 검증이 필요한 것은? 황현종[6], 엄태성[7] 등의 실험연구를 따르면, PSRC 합성 기둥의 압축 및 휨 저항성능이 현행 설계기준[10],[11]을 만족하지만, 비탄성 변형이 증가할 경우 앵글을 둘러싸는 피복 콘크리트의 조기 파괴, 앵글과 콘크리트 사이의 부착 파괴, 앵글-타이철근 용접부에서의 앵글 인장파단 등에 취약할 수 있다. 따라서 PSRC 합성기둥을 중간 및 특수모멘트골조 등과 같은 내진구조에 사용하기 위해서는, 반복하중을 경험하는 PSRC 합성기둥에 대하여 변형능력, 에너지소산능력 등 내진성능에 대한 추가 검증이 필요하다.
PSRC 합성기둥이 기존 SRC 합성기둥에 비해 휨에 대한 강성 및 강도가 높은 까닭은? PSRC 합성기둥은 앵글을 직사각형 단면의 네 코너에 배치하고, 각 앵글은 직각방향의 철근타이(tie bar), 강판(tie plate), 연속후프(continuous hoop)[9] 등으로 용접하여 자립시킨다. 구조적 으로 PSRC 합성기둥은 앵글을 기둥 단면 네 코너에 배치하기 때문에 H형강을 단면 중심에 배치하는 기존 SRC 합성기둥에 비해서 강재량이 동일하더라도 휨에 대한 강성 및 강도가 더 높다[7]. 또한, 철구공장에서 앵글과 철근을 조립하여 일체화하기 때문에 현장에서 철근 작업이 생략되며, RC보와 접합시 접합부에서 보 철근이 PSRC 합성기둥을 관통할 수 있기 때문에 접합부의 일체화가 가능하다.
앵글을 사용하는 PSRC 합성기둥을 배치하는 방법은? 1은 H형강 대신 앵글을 사용하는 PSRC 합성기둥(Prefabricated Steel- Reinforced Concrete column)[6],[7]의 두 가지 상세를 보여준다. PSRC 합성기둥은 앵글을 직사각형 단면의 네 코너에 배치하고, 각 앵글은 직각방향의 철근타이(tie bar), 강판(tie plate), 연속후프(continuous hoop)[9] 등으로 용접하여 자립시킨다. 구조적 으로 PSRC 합성기둥은 앵글을 기둥 단면 네 코너에 배치하기 때문에 H형강을 단면 중심에 배치하는 기존 SRC 합성기둥에 비해서 강재량이 동일하더라도 휨에 대한 강성 및 강도가 더 높다[7].
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참고문헌 (13)

  1. Morino, S. (1997) Recent Developments in Hybrid Structures in Japan-Research, Design and Construction Engineering Structures, Elsevier, Vol. 20, No. 4, pp.336-346. 

  2. 김형근, 김명한, 조남규, 김상섭, 김상대(2009) yLRC 합성기둥의 압축강도에 관한 실험 연구, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제21권, 제5호, pp.545-552. Kim, H.G., Kim, M.H., Cho, N.G., Kim, S.S., and Kim, S.D. (2009) Experimental Study on the Compressive Strength of yLRC Composite Columns, Journal of Korean Society of Steel Construction, KSSC, Vol. 21, No. 5, pp.545-552 (in Korean). 

  3. 김보람, 강성덕, 김형근, 김명한, 김상대(2008) 강재 영구거푸집을 사용한 yLRC 합성기둥의 내화성능 연구, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제20권, 제3호, pp. 365-375. Kim, B.R., Kang, S.D., Kim, H.G., Kim, M.H., and Kim, S.D. (2008) A Study on the Fire Resistance of yLRC Composite Columns with Steel Sheet Forms and Angles, Journal of Korean Society of Steel Construction, KSSC, Vol. 20, No. 3, pp.365-375 (in Korean). 

  4. Campione, G. (2010) R/C Columns Strengthend by Means of Steel Angles and Battens: Testing, Modeling and Design, Studies and Researches, Politecnico di Milano, Vol. 30, pp.42-72. 

  5. Monturi, R., and Piluso, V. (2009) Reinforced Concrete Columns Strengthened with Angles and Battens Subjected to Eccentric Load, Engineering Structures, Elsevier, Vol. 31, No. 2, pp.539-550. 

  6. 황현종, 엄태성, 박홍근, 이창남, 김형섭(2012) 고강도 앵글을 적용한 선조립 합성기둥의 압축 실험, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제24권, 제4호, pp.361-369. Hwang, H.J., Eom, T.S., Park, H.G., Lee, C.N., and Kim, H.S. (2012) Compression Test for Prefabricated Composite Columns Using High-Strength Steel Angles, Journal of Korean Society of Steel Construction, KSSC, Vol. 24, No.4, pp.361-369 (in Korean). 

  7. 엄태성, 황현종, 박홍근, 이창남, 김형섭(2012) 앵글과 철근을 조립한 PSRC 합성기둥의 휨 실험, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제24권, 제5호, pp.535-547. Eom, T.S., Hwang, H.J., Park, H.G., Lee, C.N., and Kim, H.S. (2012) Flexural Test for Prefabricated Composite Columns Using Steel Angle and Reinforcing Bar, Journal of Korean Society of Steel Construction, KSSC, Vol. 24, No.5, pp.535-547 (in Korean). 

  8. 김창수, 박홍근, 이호준, 최인락(2013) 800MPa 강재 및 100MPa 콘크리트를 적용한 ㄱ형 강재매입형 합성기둥의 편십압축실험, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제25권, 제2호, pp.209-222. Kim, C.S., Park, H.G., Lee, H.J., and Choi, I.R. (2013) Eccentric Axial Loading Test for Concrete-Encased L-section Columns using 800MPa Steel and 100MPa Concrete, Journal of Korean Society of Steel Construction, KSSC, Vol. 25, No. 2, pp.209-222 (in Korean). 

  9. 엄태성, 최태우, 박홍근, 강수민, 진종민(2013) 연속후프로 보강된 철근콘크리트 기둥의 내진실험, 대한건축학회논문집, 대한건축학회, 제29권, 제2호, pp.29-37. Eom, T.S., Choi, T.W., Park, H.G., Kang, S.M., and Jin, J.M. (2013) Seismic Tests on Reinforced Concrete Columns Confined with Continuous Hoops, Journal of Architectural Institute of Korea, AIK, Vol. 29, No. 2, pp.29-37 (in Korean). 

  10. 대한건축학회(2009) 건축구조설계기준 및 해설(KBC 2009) 기문당. AIK (2009) Korea building code and commentary-structural, Architectural Institute of Korea (in Korean). 

  11. AISC 360 (2010) Specification for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction, USA. 

  12. Park, R. (1988) State-of-the-Art Report on Ductility Evaluation from Laboratory and Analytical Testing, Proceedings of 9th World Conference on Earthquake Engineering, Tokyo-Kyoto, Japan, Vol. 8, pp.605-616. 

  13. Hoshikuma, J., Kawashima, K., Nagaya, K., and Taylor, A.W. (1997) Stress-Strain Model for Confined Reinforced Concrete in Bridge Piers, Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 123, No. 5, pp.624-633. 

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