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학위논문
저자정보

주정수 (서울시립대학교, 서울시립대학교 대학원)

지도교수
최성모
발행연도
2017
저작권
서울시립대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

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기존에 연구 개발 된 충전강관기둥(ACT1)은 공장제작의 한계로 크기 제한(최대:618×618)이 있어 대형 기둥에 적용하기 어려운 부분이 있으며 좁은 내부공간으로 인해 구조적 보강부재 설치 위치는 기둥의 외부에 처리해야만 하는 한계가 있다. 따라서 기존 단면구성에 성형판 대신 후판을 사용하여 모멘트 접합의 유리함과 하중전달을 원활하게 할 뿐만 아니라 기둥의 타설압을 지지하는 내부 구속효과만으로 내력을 증대시키는 연구를 하고자 한다. 연구수행 내용으로는 합성메가기둥의 단면 형상을 구성하고 내부구속효과를 나타내는 바인딩프레임의 형상을 제안하였다. 제안된 기둥 단면과 바인딩프레임형상으로 타설압에 따른 변형검토를 위해 수압실험 및 유한요소해석을 수행하였다. 충전된 기둥의 거동을 파악하고자 콘크리트 충전 유무, 바인딩프레임의 면적, 간격과 편심을 변수로 총 15개 실험체 중 중심압축실험체 6개, 편심압축실험체 9개를 수행하였다. 연구수행결과를 통해 얻은 내용을 분석하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.

(1) 대형기둥에 적용하기 위하여 합성메가기둥의 단면구성은 절곡된 앵글부재(리브)와 중앙부에 두꺼운 후판을 설치하여 판폭두께비 완화와 하중전달을 원활하게 시켰다. 구조적 안전을 위한 바인딩프레임 설치로 내부구속효과를 구현하였다.

(2) 중앙부 후판에는 연결된 보에 의해 전달되는 부재력(인장력과 모멘트)를 가지고 있기에 이를 지지하기 위한 연결 매체인 바인딩프레임(L형강으로 구성된 8각형태)을 도출 하였다. 제안된 형상은 콘크리트 측압과 보 플랜지의 단순 인장력에 지지 할 수 있는 L형강으로 후판의 가장자리에 설치할수록 기둥 내력증가 효과를 가져 온다.

(3) 합성메가기둥 내부에 바인딩프레임을 보강한 단면 검토를 위해 유한요소해석 및 수압실험을 수행하였다. 수행 결과 바인딩프레임 효과는 초기강성 2.1배 증가와 10m 타설압의 변형검토 제한 2.5mm를 만족 하였다. 제안된 단면과 형상은 매우 효과적인 결과를 얻는 것으로 판단된다.

(4) 바인딩프레임으로 구속 된 합성메가기둥의 중심압축실험 결과 KBC-2016 합성기둥 설계내력을 만족시켰다. 무충전 실험체는 제시된 기둥강관의 내력을 평가하기 위함이며 설계 내력의 58% 내력을 확보하였다. 바인딩프레임 보강 시 설계내력 대비 편심 0.25, 0.5D 각각 2, 14% 내력 증가를 보였으며 보강간격과 보강단면적에 대해 각각 20, 18% 내력 증가를 보였다. 이는 바인딩프레임과 콘크리트 간의 합성효과로 강성 및 내력 증가에 영향을 주는 것으로 판단된다.

(5) 합성메가기둥의 콘크리트 충전 유무에 따른 변형성능은 무충전 대비 20∼185%의 변형성능을 보였다. 편심 0.5D가 0.25D에 비해 변형성능이 좋은 것으로 확인되며 변형성능에 대해 바인딩 효과는 무충전시 18%, 충전 시 182% 증가로 합성메가기둥의 연성적인 거동을 보이는 것으로 판단 된다.

(6) 합성메가기둥의 편심 효과에서 바인딩프레임 보강의 유무는 편심비 0.25D에 강성 13% 증가, 내력 2%증가를 보였으며, 편심비 0.5D에서 강성 약 8%감소, 내력 5% 증가를 보였다. 바인딩프레임의 보강 변수로 보강단면적 2배는 기본보강면적 대비 강성 6% 감소, 내력 최대 4% 증가 하였고, 보강간격에 대해 강성 5%감소, 내력은 8% 증가를 보였다.

(7) 제안된 합성메가기둥의 유효 휨 강성과 실험값으로 산출된 결과, 절곡된 모서리 강재의 리브만으로는 KBC-2016에서 제시된 유효 휨강성을 만족하지 못하기에, 내부구속 효과를 발휘하기 위해서는 바인딩프레임 보강이 요구된다.

목차

제1장 서론 1
제1절 연구 배경 및 목적 3
1. 연구배경 3
2. 연구목적 5
제2절 선행연구 분석 6
제3절 연구내용 및 범위 9
제2장 합성메가기둥의 단면구성과 바인딩프레임 11
제1절 합성메가기둥의 형상 13
제2절 합성메가기둥의 단면구성 15
1. 판폭두께비 15
2. 용접의 개선 15
3. 바인딩프레임 16
제3절 바인딩프레임 형상 제안 18
1. 개요 18
2. 유한요소해석 18
3. 분석 및 고찰 20
제4절 콘크리트 타설압에 의한 바인딩프레임 영향 검토 22
1. 콘크리트 타설압 산정 22
2. 콘크리트 타설높이 검토 23
3. 유한요소해석 25
4. 실험계획 31
5. 실험결과 35
6. 분석 및 고찰 38
제5절 합성기둥의 설계식 42
1. KBCS-2016 및 AISC-LRFC(2005) 42
2. 일본(AIJ-강관콘크리트 구조계산 규준 43
3. Eurocode 4 44
제6절 소결 45
제3장 합성메가기둥의 중심압축실험 47
제1절 개요 49
제2절 실험계획 49
1. 실험체 49
2. 실험체 세팅 51
3. 가력방법 54
제3절 실험결과 55
1. 재료시험 55
2. 구조실험 55
3. 실험체 파괴형상 62
제4절 분석 및 고찰 64
1. 초기강성 64
2. 최대내력 65
3. 국내외 설계식과 실험결과 비교 67
제5절 소결 68
제4장 합성메가기둥의 편심압축실험 69
제1절 개요 71
제2절 실험계획 75
1. 실험체 75
2. 실험체 세팅 76
3. 가력방법 79
제3절 실험결과 80
1. 재료시험 80
2. 구조실험 80
3. 실험체 파괴형상 85
제4절 분석 및 고찰 89
1. 실험식과 실험결과 비교 89
2. 초기강성 91
3. 최대내력 91
4. 실험체 M-φ 관계 93
제5절 소결 98
제5장 결론 99
참고문헌 103
부 록 105
ABSTRACT 113
감사의 글 118

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