확장단부판(extended end-plate) 접합부는 보-기둥 모멘트 접합부의 한 형태로 접합부를 구성하는 단부판(end-plate)의 두께 및 길이, 고장력볼트의 개수 및 직경, 고장력볼트의 게이지 거리, 용접부의 치수 및 길이 등에 따라서 상이한 거동특성과 에너지소산능력을 발현한다. 이러한 확장단부판(extended end-plate)는 미국 및 유럽 등지에서는 다양한 기하학적 형상으로 기둥-보 접합부에 적용되고 있다. 그러나 현재 우리나라에서는 강구조 보-기둥 접합부에 적극적으로 적용되고 있지 못한 상황이다. 이렇게 적용성이 높지 않은 이유로는 기하학적 형상변화에 따른 설계강도식 제안, 에너지소산능력 평가 및 시공지침의 제공이 적절하게 이루어지지 못하고 있기 때문이다. 따라서 이 연구에서는 단부판(end-plate) 두께가 상대적으로 얇은 기하학적 형상을 갖는 비보강 확장단부판(unstiffened extended end-plate) 접합부의 에너지소산능력을 평가하여 에너지소산능력 예측모델을 제안하기 위한 기초자료를 제공하기 위하여 진행하였다. 이를 위하여 비보강 확장단부판(unstiffened extended end-plate) 접합부에 대한 3차원 비선형 유한요소해석을 단부판(end-plate)의 두께를 변수로 하여 수행하였다.
확장단부판(extended end-plate) 접합부는 보-기둥 모멘트 접합부의 한 형태로 접합부를 구성하는 단부판(end-plate)의 두께 및 길이, 고장력볼트의 개수 및 직경, 고장력볼트의 게이지 거리, 용접부의 치수 및 길이 등에 따라서 상이한 거동특성과 에너지소산능력을 발현한다. 이러한 확장단부판(extended end-plate)는 미국 및 유럽 등지에서는 다양한 기하학적 형상으로 기둥-보 접합부에 적용되고 있다. 그러나 현재 우리나라에서는 강구조 보-기둥 접합부에 적극적으로 적용되고 있지 못한 상황이다. 이렇게 적용성이 높지 않은 이유로는 기하학적 형상변화에 따른 설계강도식 제안, 에너지소산능력 평가 및 시공지침의 제공이 적절하게 이루어지지 못하고 있기 때문이다. 따라서 이 연구에서는 단부판(end-plate) 두께가 상대적으로 얇은 기하학적 형상을 갖는 비보강 확장단부판(unstiffened extended end-plate) 접합부의 에너지소산능력을 평가하여 에너지소산능력 예측모델을 제안하기 위한 기초자료를 제공하기 위하여 진행하였다. 이를 위하여 비보강 확장단부판(unstiffened extended end-plate) 접합부에 대한 3차원 비선형 유한요소해석을 단부판(end-plate)의 두께를 변수로 하여 수행하였다.
An extended end-plate connection displays different behavioral properties and energy dissipation capacity based on the thickness and length of the end-plate comprising the connection in the form of a beam-to-column moment connection, the number and diameter of the high strength bolt, the gauge dista...
An extended end-plate connection displays different behavioral properties and energy dissipation capacity based on the thickness and length of the end-plate comprising the connection in the form of a beam-to-column moment connection, the number and diameter of the high strength bolt, the gauge distance of the high strength bolt, and the size and length of the welds. Such extended end-plate is applied to beam-to-column connections in various geometric forms in the US and European regions. Currently in Korea, however, the extended end-plate beam-to-column connection is not actively applied due to the lack of proper design formulas, the evaluation of the energy dissipation capacity, and the provision of construction guidelines. Accordingly, this study was conducted to provide the basic data for the proposal of a prediction model of energy dissipation capacity by evaluating the energy dissipation capacity of unstiffened extended end-plate connections with relatively thin end plate thicknesses. To achieve this, a three-dimensional nonlinear finite element analysis has been conducted on unstiffened extended end-plate connections, with the thickness of the end plate as the set variable.
An extended end-plate connection displays different behavioral properties and energy dissipation capacity based on the thickness and length of the end-plate comprising the connection in the form of a beam-to-column moment connection, the number and diameter of the high strength bolt, the gauge distance of the high strength bolt, and the size and length of the welds. Such extended end-plate is applied to beam-to-column connections in various geometric forms in the US and European regions. Currently in Korea, however, the extended end-plate beam-to-column connection is not actively applied due to the lack of proper design formulas, the evaluation of the energy dissipation capacity, and the provision of construction guidelines. Accordingly, this study was conducted to provide the basic data for the proposal of a prediction model of energy dissipation capacity by evaluating the energy dissipation capacity of unstiffened extended end-plate connections with relatively thin end plate thicknesses. To achieve this, a three-dimensional nonlinear finite element analysis has been conducted on unstiffened extended end-plate connections, with the thickness of the end plate as the set variable.
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문제 정의
이 연구는 비보강 확장단부판(unstiffened extended end-plate) 접합부의 거동특성과 에너지소산능력을 파악하기 위하여 3차원 비선형 유한요소 해석을 수행하였다. 이 연구를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다.
제안 방법
그러므로 이 연구에서는 응력집중 현상의 영향으로 인한 인장측 고장력볼트와 만나는 상부 단부판의 휨항복 후 소성변형과 고장력볼트의 인장파단을 중점적으로 파악하였다.
단부판 접합부는 충분한 에너지소산능력을 발현하기 위하여 보 항복 형태 혹은 단부판 항복 형태로 설계한다. 이 연구는 상대적으로 단부판의 두께가 얇은 비보강 확장단부판(unstiffened extended end-plate) 접합부를 대상으로 선택하여 접합부의 에너지소산능력이 단부판의 휨항복 후 소성변형에 의하여 발현되도록 하였다. 이 연구에서는 Fig.
이 연구는 상대적으로 단부판의 두께가 얇은 비보강 확장단부판(unstiffened extended end-plate) 접합부를 대상으로 선택하여 접합부의 에너지소산능력이 단부판의 휨항복 후 소성변형에 의하여 발현되도록 하였다. 이 연구에서는 Fig.1(b)의 상부 확장단부판 접합부(TEEPC ; Top Side Extended End-plate Connection)에 대한 3차원 비선형 유한요소해석을 수행 한 후 에너지 소산능력을 평가하였다. 유한요소해석에 사용된 프로그램은 ABAQUS Ver 6.
대상 데이터
상부 보 플랜지와 인장측 고장력볼트 사이의 간격인pf,i 및 pf,o는 각각 50mm 및 70mm로 선택하였다. 또한, 고장력볼트 게이지 거리, g는 110mm, 단부판의 폭, bp는 200mm로 선택하였다. 고장력볼트는 F10T-M20을 선택하여 165kN의 축력이 발현되도록 체결하였다.
상부 보 플랜지와 인장측 고장력볼트 사이의 간격인pf,i 및 pf,o는 각각 50mm 및 70mm로 선택하였다.
(3) 단부판(end-plate)의 두께가 증가할수록 비보강 확장단부판(unstiffened extended end-plate) 접합부의 소성힌지항복선 형태는 기존의 연구에서 예측한 소성힌지항복선과는 차이가 있었다. 따라서 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
(4) 비보강 확장단부판(unstiffened extended end-plate) 접합부의 등가점성감쇠계수 값 예측식은 R2값이 0.997이므로 적절한 것으로 판단한다. 그러나 소성힌지항복선 형태 변화의 영향을 고려한 추가적인 연구가 필요하다.
11과 같다. 유한요소해석을 통하여 얻은 각 접합부 해석모델의 휨모멘트 저항능력은 설계휨강도를 초과하였고, 회전각도 각각 0.04 rad, 0.03 rad, 0.02 rad 이상 발생하였다. 따라서 각각의 비보강 확장단부판(unstiffened extended end-plate) 접합부는 적합한 휨강도 지지능력 및 회전각 변형능력을 가지는 접합부로 판단할 수 있다.
후속연구
997이므로 적절한 것으로 판단한다. 그러나 소성힌지항복선 형태 변화의 영향을 고려한 추가적인 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
단부판(end-plate) 접합부는 어디에 사용됩니까?
단부판(end-plate) 접합부는 다양한 형태의 변단면 부재로 구성된 PEB 구조시스템(Pre-engineering Building System)에 널리 적용되고 있다. 현재 미국의 경우, AISC 강구조 설계지침서(Steel Design Guide)의 4권, 16권, 25권[1],[2],[3]에 단부판(end-plate) 접합부와 단부판(end-plate)을 적용한 PEB 구조시스템에 대한 설계식, 설계절차, 시공지침 등이 제공되고 있다.
단부판 접합부의 거동특성은 무엇에 따라서 달라집니까?
1과 같이 상･하부 확장단부판(extended end-plate) 접합부, 상부 혹은 하부 확장단부판(top side extended end-plate), 비확장형 단부판(flushed end-plate) 접합부 등으로 분류된다. 이러한 단부판 접합부는 단부판의 두께, 고장력볼트의 개수 및 직경, 고장력볼트의 게이지 거리, 보와 기둥의 강성비, 단부판의 상･하부 보강의 유무 등에 따라서 상이한 거동특성을 나타낸다. 단부판 접합부의 한계상태로는 인장 측 단부판(end- plate)의 휨항복, 지레작용력의 영향에 의한 인장 측 고장력볼트의 파단, 기둥 플랜지에 체결된 고장력볼트의 전단파단, 단부판의 전단항복, 단부판의 전단파단, 보 부재의 인장플랜지-단부판 용접부 파단 등이 있다.
우니나라에서는 강구조 보-기둥 접합부에 단부판 접합부가 적극적으로 적용되고 있지 못한 상황인데 그 이유는 무엇입니까?
우리나라에서는 강구조 보-기둥 접합부에 단부판 접합부가 적극적으로 적용되고 있지 못한 상황이다. 이러한 이유로는 기하학적 형상변화에 따른 설계강도식 제안, 에너지소산능력 평가 및 시공지침의 제공이 적절하게 이루어지지 않고 있기 때문이다. 또한, 현재까지 우리나라에서 진행된 단부판 및 단부판을 적용한 PEB 구조시스템에 대한 연구도 부족한 상황이다. 우리나라에서 진행된 단부판 접합부와 PEB 구조시스템에 대한 대표적인 연구로 최성모 등[6]은 단부판 접합부에 대한 실험적 연구를 통하여 접합부의 에너지소산능력과 구조적 특성을 파악하였다.
참고문헌 (12)
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