상 하부 T-stub 접합부는 보와 기둥의 강성비, T-stub의 기하학적 형상변화, 긴결재의 개수, 패널존 효과 등의 영향에 따라서 보통모멘트골조 및 특수모멘트골조에 적합한 거동특성을 나타내는 완전강도 부분강접 접합부(full strength partial restrained connection)이다. 이러한 상 하부 T-stub 접합부가 구조적으로 안전하게 거동하기 위해서는 충분한 강도, 강성, 연성능력을 나타내어야 한다. 이 연구는 T-stub의 기하학적 형상변화가 상 하부 T-stub 접합부의 모멘트-회전각 관계에 미치는 영향을 파악하고, 이에 따른 상 하부 T-stub 접합부의 초기회전강성을 평가하기 위해 진행하였다. 이를 위하여 T-stub의 기하학적 형상변수 ${\alpha}^{\prime}$값을 변화시킨 2개의 상 하부 T-stub 접합부 실험체를 제작하여 접합부 실험을 수행하였고, 3차원 비선형 유한요소해석도 수행하였다.
상 하부 T-stub 접합부는 보와 기둥의 강성비, T-stub의 기하학적 형상변화, 긴결재의 개수, 패널존 효과 등의 영향에 따라서 보통모멘트골조 및 특수모멘트골조에 적합한 거동특성을 나타내는 완전강도 부분강접 접합부(full strength partial restrained connection)이다. 이러한 상 하부 T-stub 접합부가 구조적으로 안전하게 거동하기 위해서는 충분한 강도, 강성, 연성능력을 나타내어야 한다. 이 연구는 T-stub의 기하학적 형상변화가 상 하부 T-stub 접합부의 모멘트-회전각 관계에 미치는 영향을 파악하고, 이에 따른 상 하부 T-stub 접합부의 초기회전강성을 평가하기 위해 진행하였다. 이를 위하여 T-stub의 기하학적 형상변수 ${\alpha}^{\prime}$값을 변화시킨 2개의 상 하부 T-stub 접합부 실험체를 제작하여 접합부 실험을 수행하였고, 3차원 비선형 유한요소해석도 수행하였다.
Double split tee connection is a full strength-partial restrained connection that suitable for ordinary moment frame and special moment frame which demonstrates behavior characteristics depending on the stiffness ratio of columns and beams, changes in the geometric shape of the T-stub, number of fas...
Double split tee connection is a full strength-partial restrained connection that suitable for ordinary moment frame and special moment frame which demonstrates behavior characteristics depending on the stiffness ratio of columns and beams, changes in the geometric shape of the T-stub, number of fasteners and effect of panel zone. For the double split tee connection to ensure structurally safe behavior, it needs to exhibit sufficient strength, stiffness and ductile capacity. This study sought to investigate the effects of the moment-rotation angle relationship of the double split tee connection and to evaluate the initial rotational stiffness of the double split tee connection depending on changes in the geometric shape of the T-stub. To this end, two different double split tee connection specimens are experimented which designed to change geometric parameter values (${\alpha}^{\prime}$) of the T-stub, and a three-dimensional finite element analysis was performed.
Double split tee connection is a full strength-partial restrained connection that suitable for ordinary moment frame and special moment frame which demonstrates behavior characteristics depending on the stiffness ratio of columns and beams, changes in the geometric shape of the T-stub, number of fasteners and effect of panel zone. For the double split tee connection to ensure structurally safe behavior, it needs to exhibit sufficient strength, stiffness and ductile capacity. This study sought to investigate the effects of the moment-rotation angle relationship of the double split tee connection and to evaluate the initial rotational stiffness of the double split tee connection depending on changes in the geometric shape of the T-stub. To this end, two different double split tee connection specimens are experimented which designed to change geometric parameter values (${\alpha}^{\prime}$) of the T-stub, and a three-dimensional finite element analysis was performed.
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문제 정의
따라서 본 연구는 T-stub의 기하학적 형상변화가 상･하부 T-stub 접합부의 휨모멘트-회전각 관계에 미치는 영향을 파악하고, 이에 따른 상･하부 T-stub 접합부의 초기회전강성을 평가하는 것을 목표로 진행하였다.
이 연구는 T-stub의 기하학적 형상변화가 상･하부 T-stub 접합부의 모멘트-회전각 관계에 미치는 영향을 파악하고, 이에 따른 상･하부 T-stub 접합부의 초기회전강성을 평가하기 위해 진행하였다. 이 연구를 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
이를 위하여 상･하부 T-stub 접합부는 T-stub의 기하학적 형상변화가 주요 원인이 되어 파괴되도록 실험체 및 해석모델을 계획하였다. 즉, 상･하부 T-stub 접합부는 T-stub 이외에 기둥 패널존(panel zone)의 전단항복 및 기둥 플랜지의 국부좌굴 등의 한계상태에 의하여 파괴가 발생하지 않도록 패널존에 복플레이트(doubler plate) 및 연속플레이트(continuity plate)로 보강하였다.
즉, 상･하부 T-stub 접합부는 T-stub 이외에 기둥 패널존(panel zone)의 전단항복 및 기둥 플랜지의 국부좌굴 등의 한계상태에 의하여 파괴가 발생하지 않도록 패널존에 복플레이트(doubler plate) 및 연속플레이트(continuity plate)로 보강하였다. 또한, 상･하부 T-stub 접합부와 연결된 보 플랜지 순단면 파단 및 보 플랜지 블록전단파단 등의 한계상태에 의하여 파괴가 발생하지 않도록 하기 위해 보 단면의 산정시 보 플랜지의 두께가 상대적으로 큰 부재를 선택하였다.
이때 T/S볼트는 pintail이 떨어져 나갈 때 체결이 완료된 것으로 간주하였다. 실험결과 분석 및 3차원 비선형 유한요소해석을 수행하기 위하여 T-stub 시험체의 강재 인장강도시험을 수행하였고 실험결과 재료적 물성값은 Table 2와 같이 정리하였다.
접합부 실험은 접합부가 파단이 될 때까지 실험을 진행하였다. 접합부 실험에 있어서 하중작용에 따른 각 실험체에 발생하는 변위 및 변형도는 Fig. 3과 같이 LVDT 설치와 스트레인게이지 부착을 통하여 측정하였다.
접합부 모델링에 있어서 각 부재 사이의 접촉 및 지압현상, T/S 볼트의 장력도입 등도 고려하였다. 와셔의 접촉면들은 동일한 거동양상을 나타내도록 CONSTRAINT 명령의 TIE 옵션을 적용하여 모사하였다.
접합부 모델링에 있어서 각 부재 사이의 접촉 및 지압현상, T/S 볼트의 장력도입 등도 고려하였다. 와셔의 접촉면들은 동일한 거동양상을 나타내도록 CONSTRAINT 명령의 TIE 옵션을 적용하여 모사하였다. T-stub 접촉면과 기둥-T/S 볼트, 보-T/S 볼트 접촉면들은 CONTACT 명령의 FINITE SLIDING 옵션을 적용하여 모사하였다.
와셔의 접촉면들은 동일한 거동양상을 나타내도록 CONSTRAINT 명령의 TIE 옵션을 적용하여 모사하였다. T-stub 접촉면과 기둥-T/S 볼트, 보-T/S 볼트 접촉면들은 CONTACT 명령의 FINITE SLIDING 옵션을 적용하여 모사하였다.
또한, 하중 작용에 따른 접촉면 사이의 이격을 예상하여 ALLOW SEPARATION AFTER CONTACT 옵션을 추가하여 모사하였다. T/S 볼트와 너트의 접촉면은 다른 접촉면 사이에 미끄러짐이 거의 발생하지 않으므로 CONTACT 명령의 SMALL SLIDING 옵션을 적용하여 모사하였다.
또한, 하중 작용에 따른 접촉면 사이의 이격을 예상하여 ALLOW SEPARATION AFTER CONTACT 옵션을 추가하여 모사하였다. T/S 볼트와 너트의 접촉면은 다른 접촉면 사이에 미끄러짐이 거의 발생하지 않으므로 CONTACT 명령의 SMALL SLIDING 옵션을 적용하여 모사하였다. 두부재 사이의 관입을 방지하기 위하여 CONTACT 명령의 ADJUST ONLY TO REMOVE OVER CLOSURE 옵션을 적용하여 모사하였다.
T/S 볼트와 너트의 접촉면은 다른 접촉면 사이에 미끄러짐이 거의 발생하지 않으므로 CONTACT 명령의 SMALL SLIDING 옵션을 적용하여 모사하였다. 두부재 사이의 관입을 방지하기 위하여 CONTACT 명령의 ADJUST ONLY TO REMOVE OVER CLOSURE 옵션을 적용하여 모사하였다. 각 부재 사이의 미끄럼계수는 0.
대상 데이터
73인 T-stub을 선택하였다. 상･하부 T-stub 접합부의 기하학적 형상은 Fig. 2 및 Table 1에 정리한 것과 같으며[18] 사용된 강종은 SS400이다. 기둥 및 보 부재는 서론에서 설명한 바와 같이 T-stub의 거동에 초점을 맞춘 실험 조건을 만족시키기 위해H-406x403x16x24 (강종 : SS400)형강을 선택하였다.
2 및 Table 1에 정리한 것과 같으며[18] 사용된 강종은 SS400이다. 기둥 및 보 부재는 서론에서 설명한 바와 같이 T-stub의 거동에 초점을 맞춘 실험 조건을 만족시키기 위해H-406x403x16x24 (강종 : SS400)형강을 선택하였다.
이론/모형
3차원 비선형 유한요소해석 및 접합부 실험을 통하여 얻은 상･하부 T-stub 접합부의 휨모멘트-회전각 관계 곡선은 식 (7)과 같이 정의되는 Richard 해석모델[19],[20]을 적용하여 회귀분석을 수행하였다. Fig.
상･하부 T-stub 접합부는 상용프로그램인 ABAQUS(ver. 6.10.1) 부재요소 중 C3D8R(eight-node brick element with reduced integration)를 적용하여 모델링하였다.
또한, 예측한 것과 같이 각 휨 모멘트-회전각 관계 곡선의 초기 기울기는 α′값이 증가할때 감소하였다. 접합부 실험과 유한요소해석을 통하여 얻은 휨모멘트-회전각 관계 곡선은 식 (7)의 Richard 해석모델을 적용하여 회귀분석을 수행하여 Table 4에 정리하였다.
각각의 접합부가 충분한 휨모멘트강도를 발현하는 가는 FEMA350[1] 및 FEMA 355D[2]에서 제시한 아래의 식 (8)과식 (11)의 휨모멘트 설계강도식을 적용하여 판단하였다.
성능/효과
또한, 예측한 것과 같이 각 휨 모멘트-회전각 관계 곡선의 초기 기울기는 α′값이 증가할때 감소하였다.
Table 4에 나타난 것과 같이 유한요소해석을 통하여 얻은 초기회전강성값은 접합부 실험을 통하여 얻은 초기회전 강성 값과 최대 4.23%의 오차만을 나타내고 있고, 결정계수의 값이 0.99이므로 회귀분석 결과도 적합한 것으로 판단할 수 있다.
(3) 예측한 것과 같이 상･하부 T-stub 접합부의 초기회전 강성 값은 T-stub의 기하학적 형상변수 α′값이 감소할때 증가하였다.
(1) 상･하부 T-stub 접합부는 T-stub 플랜지의 휨항복 후소성변형의 영향으로 최종적으로 파괴하였다. 이때 각 접합부에 체결된 T/S 볼트는 응력집중에 따른 나사부의 전단파단 양상 및 지압파단 양상은 나타내지는 않았다.
(2) FEMA 설계식에 기초한 모멘트저항성능평가 결과 FEMA 설계식의 모멘트저항성능(Mfail,1)보다 실험치 최대모멘트(Mfail,EXP)가 더 높은 휨모멘트강도를 갖고 있는 것으로 보아 접합부는 충분한 휨강도를 발현하는 것으로 판단된다.
(4) 제안한 3차원 비선형 유한요소해석모델은 수행한 접합부 실험결과와 매우 유사한 접합부 거동특성과 회귀분석 값을 제공하므로 이를 활용하여 접합부 예비설계에 적용하는 것은 적절하다고 판단한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
상･하부 T-stub 접합부의 거동은 무엇으로 좌우되는가?
상･하부 T-stub 접합부는 접합부를 구성하는 보와 기둥의 강성비, T-stub의 기하학적 형상, 긴결재의 개수, 패널존 효과 등에 따라서 거동이 좌우된다. 선행된 연구에 따르면 이러한 상･하부 T-stub 접합부의 한계상태는 보의 휨 항복, T-stub 플랜지 혹은 스템의 휨항복, 기둥 패널존의 전단항복, 보 플랜지 혹은 T-stub 스템의 순단면 인장파단, T-stub 플랜지 혹은 스템에 체결된 고장력볼트의 인장파단 혹은 전단파단 등이다[1],[2],[3],[4],[5],[6],[7].
상 하부 T-stub 접합부는 무엇인가?
상 하부 T-stub 접합부는 보와 기둥의 강성비, T-stub의 기하학적 형상변화, 긴결재의 개수, 패널존 효과 등의 영향에 따라서 보통모멘트골조 및 특수모멘트골조에 적합한 거동특성을 나타내는 완전강도 부분강접 접합부(full strength partial restrained connection)이다. 이러한 상 하부 T-stub 접합부가 구조적으로 안전하게 거동하기 위해서는 충분한 강도, 강성, 연성능력을 나타내어야 한다.
참고문헌 (28)
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