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수치해석을 통한 이중 베이스플레이트 연결부의 리브 구조 상세에 대한 연구
Study on Rib's Structural Details of Double Baseplate Connection Through Numerical Analysis 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.17 no.2, 2013년, pp.45 - 53  

황원섭 (인하대학교 토목공학과) ,  김희주 (인하대학교 토목공학과) ,  함준수 (인하대학교 토목공학과) ,  황승현 (인하대학교 토목공학과)

초록
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현재 강재 교각-기초 연결부에 대한 국내의 설계기준이 명확히 제시되어 있지 않아 연결부의 합리적이고 경제적인 설계가 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 이중 베이스플레이트간의 보강재 역할을 하는 리브의 구조상세 개선을 목적으로 리브의 설계변수에 따른 거동특성을 수치해석적으로 검토하였다. 이를 위해 상용유한요소 해석프로그램을 사용하여 수치해석을 수행하였으며, 앵커볼트와 내부철근은 BEAM 요소와 Embeded 기능을 사용하여 구현하였다. 이러한 해석기법의 타당성을 검증하기 위하여 선행연구의 실험결과와 해석결과를 비교하였고, 검증된 해석기법을 이용하여 리브의 다양한 설계변수 (리브의 개수에 따른 간격, 리브의 높이, 리브의 두께)에 따른 강재 교각의 하중-변위 관계를 도출하여 각 설계변수가 전체 구조물에 미치는 영향을 비교 분석한 후 리브의 합리적인 설계 범위를 제안하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, steel-pier's structural behavior by design variables of ribs were analyzed in order to improve structural details of ribs supporting double base plates. A numerical analysis was conducted using commercial FE analysis program. Anchor bolts and reinforced bars were made of BEAM element,...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 이중 베이스플레이트를 갖는 강재 교각-기초부의 합리적인 리브 설계를 위하여 수치해석을 통하여 리브 구조 상세에 따른 구조물의 거동특성을 비교⋅분석하였다.
  • 본 연구에서는 휨모멘트와 전단력을 동시에 받는 강재 교각-기초 연결부에서 보강재 역할을 하는 리브의 전체 거동 특성을 파악하기 위해서 수치해석적인 방법을 통해 리브의 설계변수 (리브의 개수, 리브의 높이, 리브의 두께)에 대한 영향을 비교⋅분석하였다.

가설 설정

  • 각 요소의 접합면에 대한 영향을 고려하기 위하여 강관과 구속콘크리트, 베이스플레이트와 기초 콘크리트의 접합면에 각각 마찰계수를 적용하였다. 그리고 베이스플레이트와 리브, 강관의 용접 부분은 완전부착으로 가정하여 해석하였으며, 해석의 오차를 최소화하기 위하여 각 요소 간의 절점을 공유하였다
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
교량이 대형화, 장대화되는 추세에 따라 어떤 현상이 일어나는가? 교량이 대형화, 장대화되는 추세에 따라 교량의 하부구조가 부담하는 하중이 증가하게 되고, 구조물의 안전한 지지를 위해서는 교각의 면적이 늘어나게 된다. 하지만 기존의 RC 구조물에서는 단면의 크기에 한계가 있기 때문에, 콘크리트와 강재 두 가지 재료의 장점을 활용한 콘크리트 충전 강관 기둥이 건설 분야에서 폭넓게 활용되고 있다.
앵커볼트와 내부철근은 무엇을 사용하여 구현하였는가? 따라서 본 연구에서는 이중 베이스플레이트간의 보강재 역할을 하는 리브의 구조상세 개선을 목적으로 리브의 설계변수에 따른 거동특성을 수치해석적으로 검토하였다. 이를 위해 상용유한요소 해석프로그램을 사용하여 수치해석을 수행하였으며, 앵커볼트와 내부철근은 BEAM 요소와 Embeded 기능을 사용하여 구현하였다. 이러한 해석기법의 타당성을 검증하기 위하여 선행연구의 실험결과와 해석결과를 비교하였고, 검증된 해석기법을 이용하여 리브의 다양한 설계변수 (리브의 개수에 따른 간격, 리브의 높이, 리브의 두께)에 따른 강재 교각의 하중-변위 관계를 도출하여 각 설계변수가 전체 구조물에 미치는 영향을 비교 분석한 후 리브의 합리적인 설계 범위를 제안하였다.
교각의 면적이 늘어남에 따라 무엇이 폭넓게 활용되고 있는가? 교량이 대형화, 장대화되는 추세에 따라 교량의 하부구조가 부담하는 하중이 증가하게 되고, 구조물의 안전한 지지를 위해서는 교각의 면적이 늘어나게 된다. 하지만 기존의 RC 구조물에서는 단면의 크기에 한계가 있기 때문에, 콘크리트와 강재 두 가지 재료의 장점을 활용한 콘크리트 충전 강관 기둥이 건설 분야에서 폭넓게 활용되고 있다. 이러한 형식의 구조물은 큰 압축력과 풍하중 및 지진하중에 의해 발생하는 횡하중의 하중 조합에 대한 충분한 강도를 가지도록 설계되어야 한다.
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참고문헌 (13)

  1. Byun, W. J., Lee, D. S., Lee, J. H., Lee, S. C., "An Experimental Study on the Behavior of Steel Column Base Plate Connections under Cyclic Loading", Korean Society of Civil Engineers Annual Conference, 2002, pp.177-180. (in Korean) 

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  5. Kim, H. J., Ham, J. S., Yang, S. D., Hwang, W. S., "An Experiment Study For Improvement of Joint Detail of Steel Pier-Foundation", Journal of Korean Society of Steel Construction, vol. 24, No. 5, 2012, pp.491-501. (in Korean) 

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  10. RIST, Design Manual of Steel Framed Pier, 1998, Chapter II, pp.106-123. (in Korean) 

  11. Riyadh, H., Wesley, T., "Experimental behavior of circular concrete columns under reversed cyclic loading", Construction and Building Materials 22, 2008, pp.684-693. 

  12. Yoo, S. J., "Nonlinear Analysis of Steel Column Base Plate Connections Considering Bond-Slip Effect", Master's Thesis, Korea Advanced Institute of Science and Technology, 2003, pp.1-65. (in Korean) 

  13. Zhu, M., Liu, J., Wang, Q., Feng, X., "Experimental research on square steel tubular columns filled with steel-reinforced self-consolidating high-strength concrete under axial load", Engineering Structures 32, 2010, pp.2278-2286. 

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