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문제 정의
- 실험을 통해 스터드와 타이바가 설치된 강판콘크리트벽체의 표면강판 좌굴강도를 평가하였다. 스터드와 타이바를 교대 설치가 표면강판의 좌굴강도에 미치는 영향을 파악하는 것이 실험의 목적이었다. 이를 위해 스터드/타이바 간격대 표면강판 두께 비(세장비)를 주요 변수로 채택하여 실험하였다.
- 이 연구에서는 실험을 통해 스터드와 타이바를 달리 설치한 SC 벽체가 압축력을 받을 때 표면강판의 좌굴강도를 파악하고자 하였다. 이를 위해, 스터드와 타이바 혼용 설치여부 및 세장비(스터드/타이바 간격(B) 대 표면강판 두께비(tp))를 달리하여 실험을 수행하였다.
제안 방법
- 2와 같이 단조 가력 하였다. 가력방법은 변위제어로 하였다. 실험체에 편심 발생을 최소화하기 위하여 사전에 예상최대압축강도의 10% 정도 이하의 탄성범위 내에서 예비가력을 실시하였다.
- 각 종류별로 세장비(B/tp)를 달리한 실험체들을 제작하였다. Table 2는 세장비에 따라 분류된 실험체를 보여준다.
- 다음으로 표면강판좌굴강도의 이론값을 파악하였다. 표면강판이 항복하기 전에 좌굴이 발생하지 않는다면 강판의 최대강도는 항복강도로 간주할 수 있다.
- 좌우끝단 및 상하끝단 거리는 이 위치에서 좌굴이 발생하지 않도록 작게 설계한 것이다. 또한, 이 실험의 목적인 표면강판좌굴강도를 측정하기 위하여, 표면 강판에만 압축력이 작용할 수 있도록 강판이 콘크리트보다 높이방향 위아래로 20mm 길게 설계하였다. 즉, 실험체 가력용 상하강판과 벽체 표면강판이 용접되고, 상하 강판과 콘크리트와는 이격되게 하였다.
- 이를 위해, 스터드와 타이바 혼용 설치여부 및 세장비(스터드/타이바 간격(B) 대 표면강판 두께비(tp))를 달리하여 실험을 수행하였다. 스터드 및/또는 타이바의 설치가 좌굴 강도에 미치는 영향을 분석하였다.
- 실험을 통해 스터드와 타이바가 설치된 강판콘크리트벽체의 표면강판 좌굴강도를 평가하였다. 스터드와 타이바를 교대 설치가 표면강판의 좌굴강도에 미치는 영향을 파악하는 것이 실험의 목적이었다.
- 1과 같다. 실험체 벽체 두께는 700mm로 일치시켰고, 벽체 폭방향 길이와 벽체 높이는 각각 스터드/타이바 간격(B)의 2.6배와 4배로 설계하였다(Table 2). 즉, 폭방향 길이는 스터드/타이바 3행간의 간격 2B와 표면강판 좌우끝단에서 스터드/타이바까지의 거리 0.
- 가력방법은 변위제어로 하였다. 실험체에 편심 발생을 최소화하기 위하여 사전에 예상최대압축강도의 10% 정도 이하의 탄성범위 내에서 예비가력을 실시하였다. 이 때 실험체에 편심이 발생하는 것을 체크하기 위하여 Fig.
- 전단실험결과의 강성값들을 사용하였다. 이 기존연구에서는 연결재별로(즉, ST, SS, TT) 두 개씩의 실험을 수행하고, 두 개의 평균으로 스터드/타이바 하부 콘크리트의 저항강성을 제시하였다. 이를 Table 5에 정리하였다.
- 실험체에 편심 발생을 최소화하기 위하여 사전에 예상최대압축강도의 10% 정도 이하의 탄성범위 내에서 예비가력을 실시하였다. 이 때 실험체에 편심이 발생하는 것을 체크하기 위하여 Fig. 2와 같이 상하강판 모서리에 LVDT(Linear Variable Differential Transfomer)를 4개 설치 하였고, LVDT의 변위차이가 1mm이상 발생하였을 때 보정 후 실제 실험을 수행하였다[4].
- 스터드와 타이바를 교대 설치가 표면강판의 좌굴강도에 미치는 영향을 파악하는 것이 실험의 목적이었다. 이를 위해 스터드/타이바 간격대 표면강판 두께 비(세장비)를 주요 변수로 채택하여 실험하였다. 실험결과는 다음과 같다.
- 이 연구에서는 실험을 통해 스터드와 타이바를 달리 설치한 SC 벽체가 압축력을 받을 때 표면강판의 좌굴강도를 파악하고자 하였다. 이를 위해, 스터드와 타이바 혼용 설치여부 및 세장비(스터드/타이바 간격(B) 대 표면강판 두께비(tp))를 달리하여 실험을 수행하였다. 스터드 및/또는 타이바의 설치가 좌굴 강도에 미치는 영향을 분석하였다.
- 첫째, 판좌굴이론(Plate Buckling Theory)으로 정의된 식 (4)의 판좌굴응력 σcr에 표면강판 2개의 단면적을 곱하여 좌굴강도를 산정하였다.
- 표면강판의 1-2-3행 또는 5-6-7행 좌굴영역의 스트레인게이지 값들을 행별로 평균을 내어 평균변형률을 산정하였다. Fig.
대상 데이터
- 스터드/타이바 하부 콘크리트의 저항강성(KST,a) 은 기존연구[7] 전단실험결과의 강성값들을 사용하였다. 이 기존연구에서는 연결재별로(즉, ST, SS, TT) 두 개씩의 실험을 수행하고, 두 개의 평균으로 스터드/타이바 하부 콘크리트의 저항강성을 제시하였다.
- 실험체 상부강판에 10,000kN UTM(Universal Test Machine)을 사용하여서 Fig. 2와 같이 단조 가력 하였다. 가력방법은 변위제어로 하였다.
- 실험체는 전단연결재인 스터드 및/또는 타이바의 설치 형태에 따라 세 종류의 실험체로 분류하였다(Table 1).
- 실험체의 표면강판과 상하강판은 HSB600 강재를 사용하였고, 타이바는 SD400W 강재, 스터드는 SS400 강재를 사용하였다. 강재의 시험(시험방법 KS B 0802: 2003) 결과는 아래 Table 3과 같다.
- 전단연결재로서 길이가 200mm인 ∅25 스터드를 사용하였고, D25 이형철근을 기본 타이바로 사용하였다.
- 타이바의 강성 효과를 알아보기 위한 STA-1.0R 실험체에는 ∅14 원형철근을 타이바로 사용하였다.
성능/효과
- (4) SS-0.5, ST-0.5의 경우, 실험 최대하중이 항복강도를 크게 초과하고 소성거동을 보였다. 따라서 항복강도를 공칭강도로 설계에 적용할 수 있다.
- (5) 좌굴이 발생한 실험체의 경우, 스터드/타이바 하부 콘크리트에 작용하는 하중을 제외한, 표면강판에만 작용한 최대하중값이 좌굴길이계수를 0.5로 적용한 LRFD 압축재휨좌굴강도 이론값(기둥이론)과 매우 유사하였다.
- 5의 압축재휨좌굴강도 이론값 둘 다 실험기반 최대강판하중과 1~9%의 오차로 매우 일치한다. ST-1.0, STA-1.0R, TT-1.0의 경우, 실험기반 최대강판하중은 항복강도에 약간 못 미치는 것으로 나타났고, Kp = 0.5의 압축재휨좌굴강도 이론값을 5~11% 오차로 약간 상회하는 것으로 나타났다.
- 이 값들을 Table 6에 정리하였다. 결과적으로, PPL,a은 표면강판에 작용한 실험기반 최대강판하중이라 할 수 있다.
- 모든 실험체에서 좌굴발생 시점까지 표면강판과 스터드 또는 타이바의 용접부에서 예상대로 파단이 발생하지 않았다. 표면강판의 좌굴에 따른 스터드/타이바에 작용하는 인장력이 항복강도보다 훨씬 작기 때문에 스터드/타이바 용접성능 및 축력 저항성능에 따른 고정 정도에 크게 영향을 주지 않음을 확인하였다.
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