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내부앵커형 콘크리트 충전 기둥의 내력 및 변형능력에 관한 연구
A Study on the Load Carrying Capacity and Deformation Capacity of the Internal Anchors Welded Cold Formed Concrete Filled Columns 원문보기

韓國鋼構造學會 論文集 = Journal of Korean Society of Steel Construction, v.25 no.4 = no.125, 2013년, pp.347 - 357  

김선희 (서울시립대학교, 건축공학부) ,  염경수 ((주)하모니구조엔지니어링) ,  최성모 (서울시립대학교, 건축공학부)

초록
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최근, 콘크리트 충전강관 기둥(CFT)은 우수한 구조성능을 인정받아 현장적용이 활발하게 이뤄지고 있다. 한편 강재개발과 가격 상승으로 인해 단면을 효율적으로 사용하고자 하는 연구가 지속적으로 진행되고 있다. 본 연구실에서는 단면의 효율을 극대화 하기 위해 얇은 L형 플레이트 4개를 각형강관으로 형성한 단면을 제안한다. 이로 인해 강관 내부에 형성된 리브는 폭 중앙에 위치하고 있어 콘크리트와의 앵커역할이 가능하다. 또한 동일한 단면적을 갖는 일반 CFT기둥에 비해 우수한 좌굴내력과 변형성능이 발휘됨을 실험으로 평가되었다. 본 연구에서는 활용범위를 넓히고자 얇은 강판으로 조립된 신형상 기둥을 제안하며 구조적 성능을 재평가 하고자 한다. 실험 주요변수 폭두께비(b/t: 78,96,107) 이다. 실험결과 규준에서 제시하고 있는 폭두께비를 초과했음에도 내부에 설치된 리브의 앵커역할로 인해 충분한 내력을 발휘하며, 변형성능 향상에 유리한 것으로 분석되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, In recognition of outstanding structural performance the use of Concrete Filled steel Tube(CFT) columns has been increased. Research is ongoing that effective use of cross-sectional because steel strength development and rising prices. In this Lab, suggests new shape by Thin steel plates b...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 내부에 리브로 인한 합성효과를 내력으로 무차원하여 비교하고자 한다. Fig.
  • 절곡된 리브에 대한 효율을 평가하기 위해 일반 각형CFT, ACT I, ACTII 단면을 갖는 기둥부재의 축 내력 비교 및 변형성능 분석이 요구된다. 따라서, 본 연구에서는 합성 기둥부재로 효율성을 극대화방안으로 용접조립각형 강관기둥의 내력 및 변형성능을 구조실험을 통해 고찰해 보고자 한다.
  • 8%의 면적율을 갖고 있다. 리브의 효과를 분석하기 위해 리브로 부터 발휘될 수 있는 인장력을 검토하고자 한다. 이 때 콘크리트 파괴영역은 Fig.
  • 신형상 용접조립각형 CFT기둥의 구조적 성능과 거동분석을 목적으로 총 10개의 단주실험을 수행하였으며 다음의 결과를 도출하게 되었다.
  • 일련의 연구로 앞서 수행된 ACTI(Advanced Construction Technology Column I : 이하 ACT I) 기둥의 활용범위를 넓히고 얇은강판으로 조립된 기둥의 구조적 성능을 내부 리브에서 해결가능한지를 정량적으로 재평가하고자 ACT II기둥 단면을 제안하며 이를 중점적으로 고찰해 보고자 한다. 절곡된 리브로 인해 일반 CFT기둥에 비해 우수한 콘크리트와의 합성효과를 기대할 수 있으며 강관의 좌굴모드를 Fig.

가설 설정

  • 8과 같다. 모든 실험은 동일 경계조건으로 갖는 것으로 설정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
콘크리트 충전강관 기둥은 무엇을 인정받아 현장적용이 이뤄지고 있는가? 최근, 콘크리트 충전강관 기둥(CFT)은 우수한 구조성능을 인정받아 현장적용이 활발하게 이뤄지고 있다. 한편 강재개발과 가격 상승으로 인해 단면을 효율적으로 사용하고자 하는 연구가 지속적으로 진행되고 있다.
콘크리트 충전강관 기둥은 무엇인가? 강관 내부에 콘크리트를 충전하여 이질 된 건설재료가 하나의 구조체로서 작용한 콘크리트 충전강관 기둥(Concrete Filled Steel Tube : 이하 CFT)은 90년대 후반부터 지속적인 연구가 이어져 오고 있다. 기존 CFT구조는 강관의 두께에 따라 용접부위가 Fig.
신형상 용접조립각형 CFT기둥의 구조적 성능과 거동분석을 목적으로 총 10개의 단주실험을 수행한 결과는? (1) 신형상 용접조립 각형 CFT기둥은 실험체는 규준에서 제시하고 있는 폭두께비를 초과하고 있음에도 내부에 설치된 리브의 앵커역할로 인해 충분한 내력을 발휘하며 최대내력 이후에도 완만한 거동을 보이고 있어 구조적 안정성을 실험적으로 평가되었다. (2) 실험결과를 기준으로 단면강도에 단순적용하여 비교한 결과, 내력저감율이 미비했으며, ACT I, ACT II 기둥의 경우 오히려 실험결과가 상위한 것으로 나타났다. 이는 폭두께비 한계치를 초과했음에도 국부좌굴에 의한 내력손실 없이 내력발휘가 가능한 것으로 리브의 앵커역할에 의한 내력 증대효과에 기인한 것으로 판단된다. (3) 일반 CFT기둥과 ACTI, II 기둥을 폭두께비(b/t 78, 96, 107) 타입별로 비교한 결과, 내부에 리브가 있을 때 약 10% 이상의 내력이 향상되어 평가 되었다. 이는 강관의 좌굴 영역구간이 일반 CFT기둥에 비해 ACT 기둥은 리브지점이 구속되어 좌굴내력향상에 영향을 미친 것으로 판단된다. 즉 압축부재로써 내부 앵커형 조립각형강관은 효과적인 단면구성이라 평가된다. (4) ACT I, II의 리브는 전체 면적에 2∼3%의 면적율을 갖고 있으며 리브의 효과를 분석하기 위해 앵커로부터 발휘되는 인장력을 좌굴내력과 비교한 결과 리브의 최대 인장력이 좌굴내력을 충분히 상회하는 것으로 나타났다. (5) 실험체의 크기는 실험장비의 한계를 고려하여 Scale Down해서 산정되었음에도 기대 이상의 내력향상 결과를 보여주고 있다. 실제 구조물에 적용되어 사용되는 경우 본 실험결과 이상의 충분한 앵커력 발휘가 가능할 것으로 판단된다.
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참고문헌 (15)

  1. 김창수, 박홍근, 최인락, 정경수, 김진호 (2010) 800강재 및 100MPa 콘크리트를 적용한 매입형 합성기둥의 구조성능, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제22권, 제 5호, pp.497-509. Kim, C.S., Park, H.K., Choi, I.R., Chung, K.S., and Kim, J.H. (2010) Strength performance on concrete-encased steel column using 800MPa steel and 100MPa concrete, Journal of Korean Society of Steel Construction, KSSC, Vol. 22, No. 5, pp. 497-509 (in Korean). 

  2. 최익락, 정경수 김진호 홍건호 (2012) 이종강종을 사용한 고강도 CFT합성부재의 구조성능, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제24권, 제6호, pp.711-723. Choi, I.R., Chung, K.S., Kim, J.H., and Hong, G.H. (2012) Strength performance of high-strength concrete filled steel tube steel columns using different strength steels. Journal of Korean Society of Steel Construction, KSSC, Vol. 24, No. 6, pp.711-723 (in Korean). 

  3. 김선희, 최영환 최성모 (2012) HSB600원형 강관기둥의 거동에 대한 실험적 연구, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제24권, 제6호 pp.743-751. Kim, S.H., Choi, Y.H., and Choi, S.M. (2012) Experimental study on the behavior of circular steel tube columns using HSB600 steel, Journal of Korean Society of Steel Construction, KSSC, Vol. 24, No. 6, pp.743-751 (in Korean). 

  4. O'Shea, M.D. and Bridge, R.Q. (1997) Behaviour of thin-walled box sections with lateral restraint. Department of Civil Engineering Research Report No. R739, The University of Sydney, Sydney, Australia. 

  5. Ge, H. and Usami, T. (1992) Strength of Concrete- Filled Thin-Walled Steel Box Columns : Experiment, Journal of Structural Engineering, Vol. 118, No. 11, pp.3036-3053. 

  6. Huang, C.S., Cheung, L.L., Yeh, Y.-K., Yeh, C.K., Lu, L.Y., and Liu, G.-Y. (1998) Review of researches on concrete-filled steel tubes. Rep. of National Center for Research on Earthquake Engineering, No.NCREE-98-012, Taipei, Taiwan (in Chinese). 

  7. Zhong, T., Lin, H.H., and Zhibin, W. (2005), Experimental Behaviour of stiffened concrete filled thin walled hollow steel structural (HSS) stub Columns, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 61, No 7, pp.962-983. 

  8. Cai, J. and He, Z.Q. (2006) Axial load behavior of square CFT stub column with binding bars. Journal of Constructional Steel Research, Vol. 62, pp.472-483. 

  9. Mursi, M. and B. Uy. (2003) Strength of concrete filled steel box columns incorporating interaction buckling, Vol. 129, No. 5, pp.626-639. 

  10. Bahrami, A, Badaruzzaman, W.H.W., and Osman, S.A. (2011) Nonlinear analysis of concrete-filled steel composite columns subjected to axial loading, Structural Engineering and mechanics, Vol. 39, No. 3, pp.383-398. 

  11. Lee, S.H., Kim, S.H., Kim, Y.H., Zhong, T., and Choi, S.M. (2011) Water pressure test and analysis for concrete steel square columns, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 67, No. 7, pp.1065 -1077. 

  12. 대한건축학회 (2009) 건축구조 설계 기준(KBC-2009). AIK (2009) Korea Building Code and Commentary (KBC-2009), Architectural Institute of Korea, Korea (in Korean). 

  13. AISC (2005) Steel Construction Manual, American Institute of Steel Construction Ins. 

  14. European 4 (1992) Design of Composite Structures, Part1.1: General Rules of Building, ENV 1994 -1-1, CEN, Brussel. 

  15. KS B 0801 (2005) 금속재료 인장시험편, 산업자원부 기술표준원. KS B 0801 (2007) Test Pieces for Tensile test for Metallic Materials, Korea Agency for Technology and Standards (in Korean). 

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