[논문]시공성을 향상시킨 용접조립 각형 CFT 편심 장주의 P-M 관계

이성희; 최성모; 김영호

doi:10.11004/kosacs.2015.6.2.023

Abstract ▼ AI-Helper

CFST columns are structurally superior because the concrete inside the steel tubes prevents local buckling at the tubes and the tubes confine the concrete. And, the thickness of steel tube in CFST column has been thinner with development of high-strengh steel. The thinner the steel tube of a square ...

CFST columns are structurally superior because the concrete inside the steel tubes prevents local buckling at the tubes and the tubes confine the concrete. And, the thickness of steel tube in CFST column has been thinner with development of high-strengh steel. The thinner the steel tube of a square CFST column is, the more local buckling is likely to occur. For this reason, we developed welded built-up square steel tube with stiffeners which are placed at the center of the tube width acts as an anchor. In this study, we conduct experimental test for three specimens of the 4m long span welded built-up square CFT column with parameters of L/D and D/t. And, the test results were compared with the analysis results by M-${\phi}$-P Program.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 용접조립 각형 CFT 기둥의 M-φ-P 관계를 산출하기 위하여 EXCEL 및 FORTRAN 95 프로그램을 이용하여 Fig. 2과 같이 M-φ-P 관계 산출 프로그램을 개발하였다.

제안 방법

각 실험체의 하중-변위 관계를 파악하기 위해 Fig. 17과 같이 초기강성 기울기를 갖는 직선과 초기강성 기울기의 1/3인 직선을 평행이동 시켜 두 직성의 교점을 항복내력 P_y로 정하였다. 용접조립 각형 CFT기둥 실험체인 HE-1,2,3의 최대내력은 각각 4,666kN, 5,258kN, 6,059kN를 나타냈으며, 각 실험체의 하중변위 관계를 Fig.
계산시간의 절약을 위해 단위면적(dA)의 도심 및면적은 Fig. 6와 같이 10㎜간격의 스트립(Strip)의 도심 및 면적을 재산정하여 계산에 이용하였다.
따라서 본 연구에서는 Fortran 95 프로그램을 이용하여 M-φ-P 산출 프로그램을 완성하고, 강관의 길이대 폭비(L/D) 및 폭두께비(D/t)를 변수로 실대형 장주 용접조립 각형 CFT기둥 3개를 제작하여 편심(e=0.1D)가력으로 구조해석을 수행하였으며, 실험 결과를 M-φ-P 산출 프로그램을 이용한 이론해석결과와 비교함으로써 용접조립 각형 CFT기둥의 거동및 내력을 평가하였다.
또한, 편심하중을 재하를 위해 기둥의 중심은 가력중심과 0.1×D만큼 떨어진 위치로 하였으며, 강관과 단부 엔드플레이트가 만나는 위치의 국부좌굴방지를 위해 길이 20cm의 스티프너를 설치하였다.
본 연구에서는 콘크리트 충전강관기둥의 시공성을 향상시킨 용접조립 각형CFT 장주기둥의 구조성능을 평가하기 위해 Fortran 95 프로그램을 이용한 M-φ -P 산출 프로그램을 완성하였으며, 강관의 길이대 폭비(L/D) 및 폭두께비(D/t)를 변수로 제작된 실대형 장주 용접조립 각형 CFT기둥 3개를 제작하여 구조실험결과와 비교하여 아래의 결론을 얻었다.
하중가력은 10,000kN급 만능시험기(U.T.M)을 사용하여 기둥의 중심에서 0.1×D의 편심 축하중을 0.05(㎜/s)의 가력속도로 가력하였으며, 최대내력 이후 최대내력의 90%까지 내력이 떨어지는 경우 실험을 종료하였다.

대상 데이터

실험체 제작에 사용된 SM490 강재는 Table 3에 나타낸 바와 같이 항복강도와 인장강도가 각각 414MPa와 521MPa로 나타났으며, 콘크리트강도는 30MPa로 계획하였으나 동해를 입어 10.55Mpa의 압축강도를 나타내었다.
실험체는 Table 2 및 Fig. 14와 같이 강종: SM490 두께(t): 6㎜의 강판을 이용하여 강관 폭이 300㎜, 350㎜, 400㎜인 용접조립 각형 CFT기둥 3개를 제작하였으며, 기둥의 길이는 4m로 하였다. 또한, 편심하중을 재하를 위해 기둥의 중심은 가력중심과 0.
용접조립 각형CFT 기둥과 일반 각형 CFT기둥의 구조내력을 비교하기 위해 Table 1 및 Fig. 11과 같이 용접조립 각형 CFT기둥 3개(H-1,2,3)와 일반 각형 CFT기둥 3개(H-4,5,6)를 해석대상으로 하여 이론 해석을 수행하였다.
편심하중의한 강관의 변위와 변형률 측정을 위하여 Fig. 15와 같이 변위계 6개와 변형률 게이지 8개를 실험체에 부착하여 실험하였다.

데이터처리

M-φ-P 산출 프로그램을 이용하여 용접조립 각형 CFT기둥의 M-φ-P 관계와 휨강성 산출하고 건축구조기준(2011)의 유효휨강성(EIeff)과 비교하여 Fig. 20 및 Table 5에 나타냈다.

이론/모형

콘크리트의 응력변형률 모델은 Fig. 7과 같이 Uy(1998)가 제안한 모델을 변형한 아래의 식(3)을 사용하였으며, 강재의 응력변형률 모델은 부재의 내력을 해석적으로 평가하는데 일반적으로 사용되는 이상적인 Bi-linear 완전 탄소성 관계를 사용하였다.

성능/효과

2. 용접조립 각형 CFT기둥은 M-φ-P 산출 프로그램으로 산출된 P-M 관계를 P/Pn - M/Mp로 무차 원화하여 실험결과와 비교한 결과, 용접조립 각형 CFT기둥의 축력 및 모멘트가 이론해석의 축력 및 모멘트 보다 높게 나타나 고층건물의 시공에 적용될 수 있을 것으로 판단된다.
20 및 Table 5에 나타냈다. 이론해석으로부터 산출된 휨강성(EI_이론해석)과 건축구조기준(2011)의 유효휨강성(EI_eff) 거의 일치하는 것으로 나타났다.
13에 나타내었다. 해석결과 모든 실험체에서 최대모멘트(M_max)는 0.3Pn에서 나타 났으며, 이는 축력(P)에 의해 발생된 강관 및 콘크리 트의 압축응력 중 휨인장측의 압축응력은 모멘트(M) 작용시 휨인장측의 인장응력을 증가시키기 때문에 나타난 현상이며, 용접조립 각형 CFT기둥에서는 강관의 내부에 설치된 스티프너가 강관의 국부좌굴을 지연시켜 강관의 압축응력이 증가하게 되므로 동일한 폭의 용접조립 각형 CFT 기둥의 축력 및 모멘트 내력이 대응되는 일반 각형 CFT기둥에 비해 우수한 것으로 판단된다.

후속연구

1. 기존 연구에서 제시된 P-M관계 산출식은 용접조립 각형 CFT기둥의 P-M관계를 산출하는데 사용할 수 없으며, 본 연구에서 개발된 M-φ-P 산출 프로그램은 용접조립 각형 CFT기둥의 P-M관계산출에 사용할 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	M-φ-P 관계 산출 과정은 어떻게 구성되는가?	M-φ-P 관계 산출 과정은 Fig. 3과 같이 단면분할, 인풋(Input)문 작성, 단면분할 프로그램 실행, 미소단 면적(1㎟)의 도심 및 단면적 출력, 10㎜ 스트립(Strip) 도심 및 단면적 출력, M-φ-P 관계 생성 프로그램 실행, 하중에 대한 최대 모멘트 추출, M-φ-P 상관도 작성의 8단계로 구성되어 있다.
	기둥의 구조성능을 평가하는 방법으로 사용할 수 있는 것은 무엇인가?	기둥의 구조성능을 평가하는 방법으로 M-φ-P 관계를 이용할 수 있으며 지금까지 제안된 각국의 설계 기준과 Hajjar(1996), Lin-Hai Han(2001) 등이 제안한 M-φ-P 관계식은 일반 각형 CFT 기둥에 관한 것으로 용접조립 각형 CFT 기둥의 M-φ-P 관계를 파악할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 용접조립 각형 CFT 기둥의 M-φ-P 관계를 산출하기 위하여 EXCEL 및 FORTRAN 95 프로그램을 이용하여 Fig.
	장스팬 및 공간의 효율적 이용을 가능하게 하는 구조 형식을 적용시킨 기둥들을 통해 얻을 수 있는 이점은 무엇인가?	최근 지어지고 있는 고층 건물은 기존의 구조적 제약 조건을 극복하고 다양한 기능을 만족시키기 위해 장스팬 및 공간의 효율적 이용을 가능하게 하는 구조 형식을 필요로 한다. 특히 각형강관 기둥은 철골 건물에서 많이 사용되고 있는 H형강 기둥이 갖는 단면의 방향성에 따른 내력감소를 줄일 수 있어 고층건물 부재로 유리하고, 더욱이 이러한 강관기둥을 콘크리트로 충전할 경우 강관은 콘크리트에 대하여 압축변형을 구속하여 콘크리트의 압축강도를 증가시키며, 콘크리 트는 강관에 대하여 압축좌굴, 국부좌굴 및 비틀림에 의한 내력의 감소를 방지하도록 구조적으로 상호 보완하므로 강관과 콘크리트가 독자적으로 이용된 경우보다 부재의 내력과 변형능력이 크게 향상되어 구조적 성능이 개선된다. 최근 강재 가격의 상승과 고강도 콘크리트의 개발로 CFT 구조에서는 각형강관의 내부의 강관 폭 중앙에 기둥의 길이방향으로 스티프너를 설치하는 연구가 수행되어 왔다(Ge and Usami 1992; Mursi and Uy 2003; Zhong Tao 2005; Ellobody 2007).

참고문헌 (13)

Kim, J. M(1991), High school math formula book, Jung-ang academic institute
Park, J. W., Rhee, D. J., Chang, S. S. and Hu, J. W. (2012) Advanced Analysis of Connections to Concrete-Filled Steel Tube Columns using the 2005 AISC Specification, J. Korean Soc. Adv. Comp. Struc., Vol.3, No.3, pp.9-21

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Seon, W. H. and Hu, J. W. (2011) Development of A Component and Advanced Model for The Smart PR-CFT Connection Structure, J. Korean Soc. Adv. Comp. Struc., Vol.2, No.4, pp.1-10.

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Ellobody, E. (2007) Nonlinear behavior of concrete-filled stainless steel stiffened slender tube columns, Thin-Walled Structures, 45, pp.259-273.

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Ge, H. and Usami, T. (1992) Strength of Concrete-Filled Thin-Walled Steel Box Columns: Experiment, Journal of Structural Engineering, 64(11), pp.3036-3054.
Hua,, H. T., Huang, C. S. and Chen, Z.-L. (2005) Finite element analysis of CFT columns subjected to an axial compressive force and bending moment in combination, Journal of Constructional Steel Research, 61, pp.1692-1712.

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Hajjar, J. F. and Gourley, B. C. (1996) Representation of concrete-filled steel tube cross-section strength, Journal of Structural Engineering, 122(11), pp.1327-1336.

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Han, L. H., Zhao, Z.-L. and Tao, Z. (2001) Tests and mechanics model for concrete-filled SHS stub columns, columns and beam-columns, Steel & Composite Structures, 1(1), pp.51-74.

상세보기
Lee, S. H., Choi, Y. H., Kim, Y. H. and Choi, S. M. (2012) Structural performance of welded built-up square CFST stub columns, Thin-Walled Structures, 52, pp.12-20.

상세보기
Mursi, M. and Uy, B. (2003) Strength of Concrete Filled Steel Box Columns Incorporating Interaction Buckling, Journal of Structural Engineering, 129(5), pp.626-639.

상세보기
Patel V. I., Liang, Q. Q. and Hadi, M. N.S. (2012) High Strength thin-walled rectangular concrete-filled steel tubular slender beam-columns, Part I: Modeling, Journal of Constructional Steel Research, 70, pp.377-384.

상세보기
Tao, Z., Han L. H., Wang, Z. B. (2005), Experimental behavior of stiffened concrete-filled thin-walled hollow steel structural (HSS) stub column, Journal of Constructional Steel Research, 61, pp.962-983.

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Uy, B. (1998) DUCTILITY, STRENGTH AND STABILITY OF CONCRETE-FILLED FABRICATED STEEL BOX COLUMNS FOR TALL BUILDINGS, Vol.7, pp.113-133.

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