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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 한밭대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수3
이 논문의 연구 히스토리 (14)
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최근 경제발전 등으로 인하여 아파트 및 초고층 건축물의 수요가 증가함에 따라 탄소강, 스테인리스강 등 강재의 사용량이 늘어나면서 강구조물의 가장 중요한 부분인 용접접합부의 내력계산방법과 안전성에 대한 검토가 다양한 방법으로 연구되고 있다. 그 중 국내 건설현장에서는 건축구조물의 강구조재료로서 탄소강이 주로 사용되고 있다. 대부분의 블록전단파단에 관한 연구는 볼트접합부에 집중되었고 이에 따른 연구결과가 블록전단내력평가식의 개선에 반영되었다.
따라서, 본 연구에서는 열간압연 연강대 및 연강인 탄소강(SPHC)의 모재가 블록전단파단되는 용접접합부에 대하여 기존 실험연구결과를 바탕으로 유한요소해석법에 의한 해석결과를 통해 용접접합부의 구조적 거동에 대해 고찰하였다. 또한, 추가적인 변수해석을 통해 접합부의 특성을 파악하고, 해석결과와 현행기준식에 의한 예측내력을 비교·검토하였다. 그 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 기존 실험연구결과를 바탕으로 유한요소해석법을 통해 각 실험체의 최대내력과 파단형태의 거동을 비교한 결과, 양호한 대응을 나타냈고, 용접접합부의 거동을 예측하는데 타당성을 검증하였다. 실험결과와 유사하게 인장부분에서 응력이 집중되어 하중방향과 직각인 용착금속부와 모재의 열영향부 경계선에서 인장파단된 후, 하중방향과 평행한 용착금속부와 모재의 열영향부 경계선으로 전단파단이 발생하였다.
2) 실험결과와 해석결과의 타당성을 바탕으로 연단거리()에 대한 하중방향용접길이()의 비()에 대하여 추가적인 변수해석을 수행한 결과, 파단형태는 블록전단파단(BS)과 총단면인장파단(T)이 발생하였다. 용접접합부에서는 용접시 열에 의한 재료의 변형과 수축으로 잔류응력 등과 같은 응력집중 현상으로 인해 노치나 필릿부위에서 국부적인 큰 응력이 발생한다고 알려져 있다. 따라서, 블록전단파단의 위험단면에 대한 응력분석을 통해 용접접합부의 특성을 조사하였다. 용접접합부는 볼트접합부와 상이하게 인장평면에서 두께방향으로만 necking이 허용되고 추가적인 구속은 삼축응력효과를 유발한다. 삼축응력효과로 인장단면에서 재료인장강도보다 인장응력이 블록전단파단의 총인장단면에서 강재 인장강도의 약 1.35배 상승된 인장응력이 발생하였음을 알 수 있다.
3) 해석결과와 현행기준식과 비교한 결과, KBC와 AISC기준식은 전단지연효과(Shear-lag effect)와 용접접합부의 특성인 삼축응력효과(Triaxiality stress effect)를 충분히 고려하지 못하고 있어 용접접합부의 내력을 과소평가하는 것으로 나타났고, 용접접합부의 특성을 고려한 Oosterhof 등의 식은 다소 낮게 나타났다. 반면에 Topkaya의 식은 다른 블록전단파단 내력식보다 가장 근접하게 예측하였다. 인장파단의 위험단면을 총단면파단면적으로 하였고 강재의 인장강도와 전단강도의 관계인 Mises조건에 의해 전단응력계수 값을 로 설정하여 Oosterhof 등의 내력식보다 예측내력이 상승되었다.
4) 유한요소해석으로부터 얻어진 결과를 바탕으로 블록전단파단 위험단면이 일치한 Topkaya의 식을 참조하여 인장응력계수인 1.25를 1.35로 수정한 내력평가식을 제안하였다. 그 결과, 용접접합부 블록전단파단의 위험단면을 비교적 정확하게 예측하였다.
따라서, 본 연구에서는 열간압연 연강대 및 연강인 탄소강(SPHC)의 모재가 블록전단파단되는 용접접합부에 대하여 기존 실험연구결과를 바탕으로 유한요소해석법에 의한 해석결과를 통해 용접접합부의 구조적 거동에 대해 고찰하였다. 또한, 추가적인 변수해석을 통해 접합부의 특성을 파악하고, 해석결과와 현행기준식에 의한 예측내력을 비교·검토하였다. 그 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 기존 실험연구결과를 바탕으로 유한요소해석법을 통해 각 실험체의 최대내력과 파단형태의 거동을 비교한 결과, 양호한 대응을 나타냈고, 용접접합부의 거동을 예측하는데 타당성을 검증하였다. 실험결과와 유사하게 인장부분에서 응력이 집중되어 하중방향과 직각인 용착금속부와 모재의 열영향부 경계선에서 인장파단된 후, 하중방향과 평행한 용착금속부와 모재의 열영향부 경계선으로 전단파단이 발생하였다.
2) 실험결과와 해석결과의 타당성을 바탕으로 연단거리()에 대한 하중방향용접길이()의 비()에 대하여 추가적인 변수해석을 수행한 결과, 파단형태는 블록전단파단(BS)과 총단면인장파단(T)이 발생하였다. 용접접합부에서는 용접시 열에 의한 재료의 변형과 수축으로 잔류응력 등과 같은 응력집중 현상으로 인해 노치나 필릿부위에서 국부적인 큰 응력이 발생한다고 알려져 있다. 따라서, 블록전단파단의 위험단면에 대한 응력분석을 통해 용접접합부의 특성을 조사하였다. 용접접합부는 볼트접합부와 상이하게 인장평면에서 두께방향으로만 necking이 허용되고 추가적인 구속은 삼축응력효과를 유발한다. 삼축응력효과로 인장단면에서 재료인장강도보다 인장응력이 블록전단파단의 총인장단면에서 강재 인장강도의 약 1.35배 상승된 인장응력이 발생하였음을 알 수 있다.
3) 해석결과와 현행기준식과 비교한 결과, KBC와 AISC기준식은 전단지연효과(Shear-lag effect)와 용접접합부의 특성인 삼축응력효과(Triaxiality stress effect)를 충분히 고려하지 못하고 있어 용접접합부의 내력을 과소평가하는 것으로 나타났고, 용접접합부의 특성을 고려한 Oosterhof 등의 식은 다소 낮게 나타났다. 반면에 Topkaya의 식은 다른 블록전단파단 내력식보다 가장 근접하게 예측하였다. 인장파단의 위험단면을 총단면파단면적으로 하였고 강재의 인장강도와 전단강도의 관계인 Mises조건에 의해 전단응력계수 값을 로 설정하여 Oosterhof 등의 내력식보다 예측내력이 상승되었다.
4) 유한요소해석으로부터 얻어진 결과를 바탕으로 블록전단파단 위험단면이 일치한 Topkaya의 식을 참조하여 인장응력계수인 1.25를 1.35로 수정한 내력평가식을 제안하였다. 그 결과, 용접접합부 블록전단파단의 위험단면을 비교적 정확하게 예측하였다.
목차
I. 서 론 11.1. 연구배경 및 목적 11.2. 기존연구 고찰 3II. 기존실험연구 42.1. 실험개요 42.1.1. 실험체 계획 및 제작 42.1.2. 실험 방법 72.2. 재료인장시험 및 결과 102.3. 실험결과 및 분석 122.3.1. 파단형상 122.3.2. 최대내력 13III. 유한요소해석 203.1. 해석개요 203.1.1. 접합부 모델링 203.1.2. 재료모델 213.1.3. 경계조건 223.2. 실험결과와 해석결과 비교 23IV. 변수해석 274.1. 변수해석개요 274.2. 변수해석결과 284.2.1. 최대내력 284.2.2. 파단형태 284.3. 변수에 대한 응력분석 374.3.1. 응력분석방법 374.3.2. 인장단면에서의 응력분석결과 404.3.3. 전단단면에서의 응력분석결과 44V. 설계기준식 및 내력식 제안 455.1. 현행기준식 및 기존연구자 제안식 455.1.1. KBC2009과 AISC2001 455.1.2. KBC2016과 AISC2010 465.1.3. Topkaya 제안식 485.1.4. Oosterhof et al. 제안식 495.2. 설계내력과 변수해석내력 비교·분석 505.3. 내력평가식 제안 53VI. 결론 55참 고 문 헌 57ABSTRACT 62
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