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RBS 약축 용접모멘트접합부의 내진성능 평가
Cyclic Seismic Performance of RBS Weak-Axis Welded Moment Connections 원문보기

韓國鋼構造學會 論文集 = Journal of Korean Society of Steel Construction, v.27 no.6, 2015년, pp.513 - 523  

이철호 (서울대학교, 건축학과) ,  정종현 (경남대학교, 건축학부) ,  김성용 (서울대학교, 건축학과)

초록
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H형강 철골 모멘트 골조에서는 기둥의 강축 방향 용접 모멘트접합부를 활용하는 것이 구조적으로 가장 이상적이다. 하지만, 모멘트 골조가 직교하는 경우, 기둥의 약축 방향으로도 용접 모멘트접합부를 사용해야 한다. 국내에서는 특히 강축 및 약축 방향 모두를 용접 모멘트접합부를 자주 사용하는 관행이 있다. 대표적인 연성내진상세인 RBS(reduced beam section, 보단면감소)접합부의 경우 국내외적으로 강축접합 위주로 실험연구가 진행되어 약축 RBS 용접모멘트접합부에 대한 실험자료가 매우 희소하다. 본 연구에서는 RBS를 도입한 약축 용접 모멘트접합부의 내진성능을 실험적으로 고찰하였다. Gilton-Uang (2002)의 선행연구를 참고하여 보 플랜지는 연속판과 맞댐용접하고 웨브는 전단이음판과 C-형 필릿용접부로 설계하여 실험을 수행하였다. 보에 사용된 강재가 내진용 강재가 아닌 일반 SS400 강재임에도 불구하고 3% 이상의 소성회전각을 발휘하였다. 제한된 결과이긴 하지만, 전단이음판과 보 웨브 사이의 C-형 필릿용접부 설계에서 보 웨브에 작용하는 휨모멘트와 전단력의 편심의 영향을 구체적으로 고찰할 필요가 있는 것으로 판단된다. 본 실험결과를 토대로 전단이음판 부근의 보 웨브 파단을 방지할 수 있는 C-형 필릿용접 형상 및 설계방안을 제안하였다. 보 플랜지와 연속판의 완전용입 용접부는 맞댄이음(butt joint) 형식이 되어 국부좌굴에 취약하고 이로 인해 피로파괴가 발생하는 경향이 있으므로 용접작업에 지장이 없는 범위에서 용접접근공(스켈럽)의 크기를 최소화할 필요가 있다. RBS형상, 스틱아웃, 트림, 연속판 두께 증가 등과 같이 이미 검증된 약축 모멘트 용접접합부의 내진상세들은 따르는 것이 바람직하다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In steel moment frames constructed of H-shapes, strong-axis moment connections should be used for maximum structural efficiency if possible. And most of cyclic seismic testing, domestic and international, has been conducted for strong-axis moment connections and cyclic test data for weak-axis connec...

주제어

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문제 정의

  • 이에 본 연구에서는 Gilton과 Uang의 연구를 바탕으로 RBS를 도입한 약축 용접 모멘트접합부의 내진성능에 대한 실물대 구조실험을 실시하여 실험결과를 축적하는 한편, 약축 모멘트접합부의 특성을 반영한 상세와 설계법 개선사항을 제시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
보 플랜지에 RBS를 도입하는 방안은 무엇인가? 1994년 미국 노스리지 및 1995년 일본 고베 지진 당시 철골 용접 모멘트접합부의 광범위한 취성파괴가 발생한 이래로 철골 용접 모멘트접합부의 내진성능을 평가하고 개선하기 위한 연구들이 다각적으로 수행되어 왔다. 이 중 보 플랜지에 RBS(reduced beam section, 보단면감소)를 도입하는 방안은 접합부 부근의 보를 일부 “약화”시켜 소성힌지의 발생위치를 취성파괴 가능성이 큰 기둥 외주면에서 보의 내부로 유도함으로써, 보 플랜지 맞댐용접부의 취성파괴 문제를 해결할 수 있는 매우 유용한 내진성능 개선 방안 중 하나이다.
SS강의 특징은? 본 연구에서는 보에 SS400 강재를 사용하였다. SS강은내진성이 뛰어난 SN 및 SHN강보다 화학적 성분 차이에 따라 용접성과 인성 등에서는 불리하다. 따라서, 항복비가 적절하고 강한 기둥-약한 보 조건을 만족하는 조건에서, 보에 SS강을 사용한 약축 용접 모멘트접합부가 특수모멘트골조의 요구조건을 만족시킨다면 SN 및 SHN강을 사용한 경우에도 충분히 특수모멘트골조 요구조건을 만족시킬 것으로 생각된다.
국내 철골 모멘트골조의 경우 강축뿐 아니라 약축 방향에도 모멘트접합부를 적용하는 관행이 있는데 이로인해 고려해야 하는 점은 무엇인가? 한편, 국내 철골 모멘트골조의 경우 강축뿐 아니라 약축 방향에도 모멘트접합부를 적용하는 관행이 있다. 약축 모멘트접합부는 강축 모멘트접합부와 그 형상이 상이하기 때문에 응력 전달경로나 응력이 집중되는 위치 역시 큰 차이가 있다. 따라서 철골 모멘트골조 전체의 내진성능을 합리적으로 확보하기 위해서는 약축 용접 모멘트접합부에 대해서도 강축 용접 모멘트접합부와는 다른 역학적 특성을 반영한 내진 성능의 평가와 개선이 이루어져야 한다.
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참고문헌 (11)

  1. Rentschler, G.P., Driscoll, G.C., and Chen, W.F. (1980) Tests of Beam-to-Column Web Moment Connections, J. Struct. Div., American Society of Civil Engineering (ASCE), Vol.106, No.5, pp.1005-1022. 

  2. Driscoll, G.C. and Beedle, L.S. (1982) Suggestions for Avoiding Beam-to-Column Web Connection Failure, Eng. J., American Institute of Steel Construction (AISC), Vol.19, No.1, pp.16-19. 

  3. Popov, E.P. and Tsai, K.C. (1989) Performance of Large Seismic Steel Moment Connections under Cyclic Loads, Eng. J., Vol.26, No.2, pp.51-60. 

  4. Gilton, C. and Uang, C.-M. (2002) Cyclic Response and Design Recommendations of Weak-Axis Reduced Beam Section Moment Connections, J. Struct. Eng., Vol.122, No.11, pp.1292-1299. 

  5. 박종원, 강승민, 오용준(2007) 약축 보-기둥 접합부의 경제성에 관한 연구, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제19권, 제6호, pp.663-670. Park, J.W., Kang, S.M., and Oh, Y.J. (2007) A Study on the Economy of Weak-axis Beam-to-Column Connections, Journal of Korean Society of Steel Construction, Korean Society of Steel Construction (KSSC), Vol.19, No.6, pp.663-670 (in Korean). 

  6. 이강민, 정희택, 윤석용, 이은모, 오경환(2008) 브라켓 및 WUF-B 형식 철골모멘트골조 약축접합부 내진성능평가, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제20권, 제4호, pp.483-491. Lee, K.M., Jeong, H.T., Yoon, S.R., Lee, E.M., and Oh, K.H. (2008) Cyclic Testing of Bracket and WUF-B Type Weak-Axis Steel Moment Connections, Journal of Korean Society of Steel Construction, KSSC, Vol.20, No.4, pp.483-491 (in Korean). 

  7. 김성배, 조한솔, 이태규, 김상섭(2014) 실물대 실험을 통한 H형강 기둥의 신형상 약축접합부 성능평가에 관한 연구, 대한건축학회논문집 구조계, 대한건축학회, 제30권, 제9 호, pp.19-29. Kim, S.B., Cho, H.S., Lee, T.G., and Kim, S.S. (2014) A Study on the Performance Evaluation for New Shape Weak-Axis Connection of H-Shape Beam-to-Column in Full-scale Test, Journal of Architectural Institute of Korea Structure & Construction, Architectural Institute of Korea (AIK), Vol.30, No.9, pp.19-29 (in Korean). 

  8. AISC (2010a) Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications, ANSI/AISC 358-10, American Institute of Steel Construction, Chicago. 

  9. 이철호, 전상우, 김진호(2002) RBS 철골모멘트접합부의 내진거동평가를 위한 반복재하 실물대(實物大) 실험, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제14권, 제4호, pp. 557-566. Lee, C.H., Jeon, S.W., and Kim, J.H. (2002) Cyclic Seismic Testing of Full-Scale RBS Steel Moment Connections, Journal of Korean Society of Steel Construction, KSSC, Vol.14, No.4, pp.557-566 (in Korean). 

  10. 대한건축학회(2009) 건축구조설계기준 및 해설(KBC 2009), 기문당. AIK (2009) Korean Building Code and Commentary - Structural, AIK (in Korean). 

  11. AISC (2010b) Specification for Structural Steel Buildings, ANSI/AISC 360-10, American Institute of Steel Construction, Chicago. 

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