확장단부판 접합부는 강구조물의 보-기둥 접합부 혹은 변단면 부재로 구성된 PEB 구조시스템에 적용되는 접합부의 한 형태이다. 확장단부판 접합부는 접합부를 구성하는 단부판의 두께, 고장력볼트의 게이지 거리, 고장력볼트 축부의 직경, 고장력볼트의 개수 등의 영향으로 상이한 거동특성을 나타낸다. 확장단부판 접합부는 미국 및 유럽 등지에서는 다양한 형태로 강구조물의 기둥-보 접합부에 적용되고 있으나 우리나라에서는 널리 적용되고 있지 않다. 이러한 이유로는 확장단부판 접합부에 대한 설계강도식 제안, 접합부상세 제안, 내진성능 평가, 제작 및 시공지침서 개발 등이 적절히 이루어지지 못하고 있기 때문이다. 따라서 이 연구는 비보강 확장단부판 접합부의 국내 적용을 위한 기초자료를 제공하기 위하여 진행하였다. 이를 위하여 두께 12mm의 비보강 확장단부판에 대한 비선형 유한요소해석 및 실험을 수행하였다.
확장단부판 접합부는 강구조물의 보-기둥 접합부 혹은 변단면 부재로 구성된 PEB 구조시스템에 적용되는 접합부의 한 형태이다. 확장단부판 접합부는 접합부를 구성하는 단부판의 두께, 고장력볼트의 게이지 거리, 고장력볼트 축부의 직경, 고장력볼트의 개수 등의 영향으로 상이한 거동특성을 나타낸다. 확장단부판 접합부는 미국 및 유럽 등지에서는 다양한 형태로 강구조물의 기둥-보 접합부에 적용되고 있으나 우리나라에서는 널리 적용되고 있지 않다. 이러한 이유로는 확장단부판 접합부에 대한 설계강도식 제안, 접합부상세 제안, 내진성능 평가, 제작 및 시공지침서 개발 등이 적절히 이루어지지 못하고 있기 때문이다. 따라서 이 연구는 비보강 확장단부판 접합부의 국내 적용을 위한 기초자료를 제공하기 위하여 진행하였다. 이를 위하여 두께 12mm의 비보강 확장단부판에 대한 비선형 유한요소해석 및 실험을 수행하였다.
Extended end-plate connections(EEPC) are a type of connection applied in Pre-Engineered Building structures comprising beam-column connections of steel structures or tapered members. Extended end-plate connections(EEPC) show different behavioral characteristics owing to the influence of plate thickn...
Extended end-plate connections(EEPC) are a type of connection applied in Pre-Engineered Building structures comprising beam-column connections of steel structures or tapered members. Extended end-plate connections(EEPC) show different behavioral characteristics owing to the influence of plate thickness, gauge distance of high strength bolt, diameter of high strength bolt frame, and the number of high strength bolts. In the USA and Europe, extended end-plate connections(EEPC) are applied in beam-column connections of steel structures in various forms; however, these are not widely applied in structures in Korea.This can be attributed to the fact that the proposal of design strength types for extended end-plate connections(EEPC), proposal of connection specifications, evaluation of seismic performance, and are not being performed appropriately. Therefore, the purpose of this study is to provide basic data for the domestic application of Unstiffened extended endplate connections. To realize this, nonlinear finite element analysis was conducted on a 12-mm thick Unstiffened extended endplate connections.
Extended end-plate connections(EEPC) are a type of connection applied in Pre-Engineered Building structures comprising beam-column connections of steel structures or tapered members. Extended end-plate connections(EEPC) show different behavioral characteristics owing to the influence of plate thickness, gauge distance of high strength bolt, diameter of high strength bolt frame, and the number of high strength bolts. In the USA and Europe, extended end-plate connections(EEPC) are applied in beam-column connections of steel structures in various forms; however, these are not widely applied in structures in Korea.This can be attributed to the fact that the proposal of design strength types for extended end-plate connections(EEPC), proposal of connection specifications, evaluation of seismic performance, and are not being performed appropriately. Therefore, the purpose of this study is to provide basic data for the domestic application of Unstiffened extended endplate connections. To realize this, nonlinear finite element analysis was conducted on a 12-mm thick Unstiffened extended endplate connections.
따라서 확장단부판 접합부의 국내 적용을 위해서는 설계강도식, 접합부상세, 설계 및 시공 지침서 등의 제안이 절실히 필요한 상황이다. 그러므로 이 연구는 비보강 확장단부판 접합부 설계에 필수적인 기초자료를 제공하기 위하여 진행하였다. 이를 위하여 단부판 휨항복 타입인 두께 12mm의 확장단부판의 유한요소 해석모델과 실제 실험 모델의 비교로 연구를 수행하였다.
제안 방법
그러므로 이 연구는 비보강 확장단부판 접합부 설계에 필수적인 기초자료를 제공하기 위하여 진행하였다. 이를 위하여 단부판 휨항복 타입인 두께 12mm의 확장단부판의 유한요소 해석모델과 실제 실험 모델의 비교로 연구를 수행하였다.
대상 데이터
비보강 확장단부판 접합부는 SS400의 강재를 사용한 확장단부판과 SM490 강재를 사용한 보 부재 및 기둥 부재로각각 2set씩 제작하여 실험을 진행하였다. 확장단부판은 Fig.
데이터처리
7의 모멘트-회전각 이력곡선을 보면, 하중이 작용하기 시작하면 모멘트-회전각 관계는 선형적으로 증가하며, 하중이 참조모멘트에 상응하는 참조하중에 이르면 변형률 값은 급속하게 증가하고 모멘트-회전각 관계는 급격히 감소한다. 비보강 확장형 단부판의 회전강성은 모멘트-회전각 관계 이력곡선 각 싸이클의 최대 모멘트-회전각 이력곡선에 해당하는 포락선에 대한 회귀분석을 수행하여 얻었다. 회귀분석은 식 (2)로 정의되는 Richard 해석 모델을 적용하였다.
이론/모형
고장력볼트로 체결된 비보강 확장단부판 접합부의 3차원 비선형 유한요소해석은 상용프로그램인 ABAQUS(Ver. 6.14)을사용하여 해석하였다. 비보강 확장단부판 접합부 해석모델은 ABAQUS 부재요소 중 C3D8R 부재 요소를 적용하여 실험과 동일하게 SS400 강재의 단부판, SM490 강재의 H-600×200×11×17보 부재 및 H-400×408×21×21 기둥 부재,F10T-M20 고장력볼트 세트 등을 모델링하였다.
비보강 확장형 단부판의 회전강성은 모멘트-회전각 관계 이력곡선 각 싸이클의 최대 모멘트-회전각 이력곡선에 해당하는 포락선에 대한 회귀분석을 수행하여 얻었다. 회귀분석은 식 (2)로 정의되는 Richard 해석 모델을 적용하였다. 회귀분석을 통하여 얻은 새로운 포락선은 점선의 형태로 Fig.
성능/효과
(1) 실험과 해석결과, 모두 하중이 증가함에 따라서 비보강확장단부판 접합부의 인장측 고장력볼트와 단부판이 만나는 부분은 응력집중 현상이 심화되었고, 최종적으로비보강 단부판 접합부는 휨항복 후 소성변형에 의해 파괴되었다.
(2) 실험과 해석의 최대 휨모멘트값은 16kN ‧ m정도의(약4%) 오차를 보였으며, 비보강 확장단부판의 설계 휨강도의 계산에 따라 충분한 휨강도 지지능력을 갖고 있다고 판단할 수 있었다.
(3) 유한요소해석값에 비해 실험에서의 초기회전강성값이 크게 나왔다. 이는 실험체 제작 시 용접에 의한 것으로 추측된다.
(4) 실험에서의 에너지 총소산면적과 유한요소 해석의 에너지 총소산면적 계산 값이 약 1.3%의 오차로 큰 차이를 보이지 않았다.
(5) 실험과 해석에서의 두께가 얇은 본 연구의 12mm 확장단부판은 기존에 제시된 소성힌지선과 상당부분 일치하나, 두께가 두꺼워진 단부판의 경우 그 형상이 상이할 것으로 판단된다. 이에 대한 추가적 연구가 필요할 것이다.
후속연구
단부판의 두께가 두꺼워지게 되면 에너지 소산 능력이 줄어들고 지레작용력 효과 또한 줄어들어 소성이 되는 부분의 위치가 변하므로 내측 볼트 부분 등의 소성힌지선이 일치하지 않을 것으로 추측되어 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다[18].
이는 실험체 제작 시 용접에 의한 것으로 추측된다. 두께 및 게이지거리에 따른 실험체에 대한 추가 연구가 필요하다.
동일하게 제작된 두 실험체 모두 비슷하게 높은 초기강성을 나타냈으며 이와 같은 결과는 다른 두께의 단부판 접합부 실험 결과와 비교하였을 때[15],[16], 실험체제작 오차(용접) 의한 것으로 추측된다. 이를 증명하기 위해추후 단부판의 두께와 볼트게이지거리 등을 변수로 하는 실험체를 통한 심화 연구가 필요할 것으로 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
확장단부판 접합부가 상이한 거동특성을 나타내는 이유는?
확장단부판 접합부는 강구조물의 보-기둥 접합부 혹은 변단면 부재로 구성된 PEB 구조시스템에 적용되는 접합부의 한 형태이다. 확장단부판 접합부는 접합부를 구성하는 단부판의 두께, 고장력볼트의 게이지 거리, 고장력볼트 축부의 직경, 고장력볼트의 개수 등의 영향으로 상이한 거동특성을 나타낸다. 확장단부판 접합부는 미국 및 유럽 등지에서는 다양한 형태로 강구조물의 기둥-보 접합부에 적용되고 있으나 우리나라에서는 널리 적용되고 있지 않다.
확장단부판 접합부란?
확장단부판 접합부는 강구조물의 보-기둥 접합부 혹은 변단면 부재로 구성된 PEB 구조시스템에 적용되는 접합부의 한 형태이다. 확장단부판 접합부는 접합부를 구성하는 단부판의 두께, 고장력볼트의 게이지 거리, 고장력볼트 축부의 직경, 고장력볼트의 개수 등의 영향으로 상이한 거동특성을 나타낸다.
우리나라에서 확장단부판 접합부가 강구조물의 기둥-보 접합부에 널리 적용되지 못하는 이유는?
확장단부판 접합부는 미국 및 유럽 등지에서는 다양한 형태로 강구조물의 기둥-보 접합부에 적용되고 있으나 우리나라에서는 널리 적용되고 있지 않다. 이러한 이유로는 확장단부판 접합부에 대한 설계강도식 제안, 접합부상세 제안, 내진성능 평가, 제작 및 시공지침서 개발 등이 적절히 이루어지지 못하고 있기 때문이다. 따라서 이 연구는 비보강 확장단부판 접합부의 국내 적용을 위한 기초자료를 제공하기 위하여 진행하였다.
참고문헌 (18)
Kaehler, R.C., White, D.W., and Kim, Y.D. (2011) Frame Design Using Web-Tapered Members AISC Design Guide 25, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL.
Murray, T.M. (1990) Extended End-Plate Moment Connections AISC Design Guide 4, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL.
Thomas Murray and Lee Shoemaker (2010) Flush and Extended Multiple-Row Moment End-Plate Connections, Steel Design Guide 16., American Institute of Steel Construction, Chicago, IL.
ECCS CECM EKS (1992) Design of Composite Joints for Buildings 109, ECCS.
The British Constructional Steelwork Association and The Steel Construction Institute (1995) Joints in Steel Construction, Moment Connections. BCSA/SCI Publication P207. London, Ascot, SCI.
대한건축학회(2009) 건축구조기준(KBC 2009), 제7장 강구조, 기문당. Architectural Institute of Korea (2009) Korea Building Codes, AIK (in Korean).
AISC (2010) Load and Resistance Factor Design Specification for Structural Steel Buildings, 14th Ed., American Institute of Steel Construction, Chicago, IL.
Srouji, R., Kukreti, A.R., and Murray, T.M. (1983) Yield-Line Analysis of End-Plate Connections with Bolt Force Predictions, Research Report FSEL/MBMA 83-05, Fears Structural Engineering Laboratory, University of Oklahoma, Norman, OK.
Kennedy, N.A., Vinnakota, S., and Sherbourne, A.N. (1981) The Split-Tee Analogy in Bolted Splices and Beam-Column Connections, Proceedings of the International Conference on Joints in Structural Steelwork, pp.2138-2157.
FEMA (2000) Recommended Seismic Design Criteria for New Steel Moment-Frame Buildings, Program to Reduce the Earathquake Hazards of Steel Moment Frame Structures, FEMA 350, Fedral Emergency Management Agency, Washington, D.C.
Murray, T.M. and Shoemaker, W.L. (2002) Flush and Extended Multiple-Row Moment End-Plate Connections, AISC Design Guide No.16, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL.
Mazzolani, F.M. and Piluso, V. (1996) Theory and Design of Seismic Resistant Steel Frames, E&FN SPON, pp.254-260.
Richard et al. (1988) Derived moment-rotation curve for double-framing angles, Comput & Struct, Elsevier Science Ltd., Vol.30, No.3, pp.485-494.
김희동, 양재근, 이재윤, 이형동(2014) 상.하부 T-stub 접합부의 초기회전강성 평가, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제26권, 제2호, pp.133-142. Kim, H.D., Yang, J.G., Lee, J.Y., and Lee, H.D. (2014) Evaluation of the Initial Rotational Stiffness of a Double Split Tee Connection, Journal of Korean Society of Steel Construction, KSSC, Vol.26, No.2, pp.133-142 (in Korean).
Hendrick, D., Kukreti, A.R., and Murray, T.M. (1984) Analytical and Experimental Investigation of Stiffened Flush End-Plate Connections with Four Bolts at the Tension Flange. University of Oklahoma, Norman.
Meng, Ronald L. (2006) Design of Moment End-Plate Connections for Seismic Loading, Virginia Tech.
양재근, 백민창, 이재윤, 이형동(2014) SMA 강봉으로 체결된 T-stub의 에너지 소산능력, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제26권, 제3호, pp.231-240. Yang, J.G., Baek, M.C., Lee, J.Y., and Lee, H.D. (2012) Energy Dissipation Capacity of the T-stub Fastened by SMA bars, Journal of Korean Society of Steel Construction, KSSC, Vol.26, No.3, pp.231-240 (in Korean).
양재근, 백민창(2013) 고력볼트로 체결된 T-stub의 지레작용력 및 부재 접촉력 예측모델, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제25권, 제4호, pp.409-419. Yang, J.G. and Baek, M.C. (2013) Prediction Models for the Prying Action Force and Contact Force of a T-stub Fastened by High-Strength Bolts, Journal of Korean Society of Steel Construction, KSSC, Vol.25, No.4, pp.409-419 (in Korean).
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.