Hysteresis performance assessment of Y-type perfobond rib shear connection for composite structures :반복하중을 받는 Y형 전단연결부의 이력성능 평가

김건수

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김건수 (연세대학교, Graduate School, Yonsei University)

지도교수: Sang-Hyo Kim

발행연도: 2018

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2019

Numerical simulation of Y-type perfobond rib shear connectors using finite element analysis

김건수 , 한원일 , Munkhtulga Gombosu 외 2명 Steel and Composite Structures, An International Journal 2019.01 학술저널

2018

Hysteresis performance assessment of Y-type perfobond rib shear connection for composite structures

김건수 2018.01 학위논문

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본 연구에서는 Stubby Y형 전단연결부의 이력거동 및 이력특성을 분석하고, 이를 바탕으로 이력모형을 제안하였다. 합성구조 전단연결부의 반복하중 시험을 수행하여, 스터드 전단연결부와 Stubby Y형 전단연결부의 이력거동을 비교하고, 관통철근의 직경에 의한 에너지 소산능력을 평가하였다. 하중조건에 의한 이력특성을 분석하고, Stubby Y형 전단연결부의 이력거동을 나타내는 BWBN 모형 변수들을 제안하였다.
Stubby Y-형 전단연결부와 스터드 전단연결부의 이력거동을 비교하기 위하여 정적재하 시험과 반복하중재하 시험이 수행되었다. 에너지 소산, 강성감소, 잔류강도에 대하여 분석한 결과, 반복하중에 의한 에너지 소산, 강성, 잔류강도 모두 Stubby Y형 전단연결부가 우수한 성능을 나타내었다. Stubby Y형 전단연결부는 77 % 수준의 잔류강도를 갖는 반면, 스터드 전단연결부는 반복하중에 의해 모든 스터드 전단연결재가 파괴되어 저항능력을 상실하였다.
Stubby Y형 전단연결부의 연성거동에 큰 영향을 미치는 관통철근의 직경이 반복하중에 의한 이력거동에 미치는 영향을 분석하였다. 다양한 직경(D10, D13, D16)의 관통철근에 대한 정적재하 시험을 수행한 결과, 모든 관통철근에서 충분한 연성도를 갖는 것을 확인하였다. 또한 관통철근의 직경이 커질수록 전단강도, 연성도, 에너지 소산능력이 커지는 것을 확인하였다.
반복하중조건에 따른 이력특성을 확인하기 위해, 반복횟수, 이력변위의 크기, 하중방향을 고려한 반복하중재하 시험이 수행되었다. 동일한 이력변위 조건에서 반복횟수 차이에 의한 에너지 소산은 초기 반복하중 이후로는 큰 차이를 보이지 않는다. 이력변위의 크기의 증가는 에너지 소산량과 하중-변위곡선의 초기강성에 상당한 영향을 미친다. 한쪽방향으로만 반복되는 하중조건은 양방향 반복 하중조건에 비해 절반 수준의 에너지를 소산 시키는 것으로 나타났다. 또한 반복하중에 의한 에너지 소산량이 클수록 잔류강도가 감소하는 것을 확인하였다. BWBN 모형을 이용하여 Stubby Y형 전단연결부의 이력거동을 나타내는 모델 변수들을 제안하였다. 제안된 변수들이 적용된 BWBN 모형은 Stubby Y형 전단연결부의 이력거동을 보다 간편하게 예측하고 지진하중을 받는 합성구조의 거동분석에 활용할 수 있을 것으로 판단 된다.

This study analyzed the hysteresis behavior and characteristics of stubby Y-type perfobond rib shear connections and suggested a hysteretic model. Results obtained from cyclic loading tests of stubby Y-type perfobond rib shear connections for composite structures were used to compare the hysteresis behavior of a stud shear connection and a stubby Y-type shear connection. Moreover, the energy dissipation capacity of transverse rebars related to their diameter was evaluated. In addition, hysteresis characteristics according to load condition were analyzed and the Bouc?Wen?Barber?Wen model was used to suggest model parameters that represented the hysteresis behavior of a stubby Y-type perfobond rib shear connection.
Monotonic loading tests and cyclic loading tests were conducted to compare the hysteresis behavior of a stubby Y-type perfobond rib shear connection and a stud shear connection. The energy dissipation, stiffness degradation, and residual strength of shear connections were evaluated. According to the evaluation results, stubby Y-type perfobond rib shear connections showed outstanding performance with regards to energy dissipation and stiffness compared to stud shear connections. Furthermore, stubby Y-type perfobond rib shear connections had approximately 77% of their residual strength after cyclic loading. On the other hand, all shear connectors failed and lost residual strength in the stud shear connections owing to cyclic loads.

The effects of the diameter of the transverse rebar, which has substantial effects on the ductility of stubby Y-type perfobond rib shear connections and the hysteresis behavior from cyclic loading tests, were analyzed. Monotonic loading tests on D10, D13, and D16 transverse rebars showed that all three types of transverse rebars had sufficient ductility. Moreover, as the diameter of the transverse rebar increased, the shear strength, ductility, and energy dissipation capacity increased.
To investigate the hysteresis characteristics according to cyclic load conditions, cyclic loading tests considering the number of cycles of cyclic loading, size of hysteresis slip, and loading direction were performed. Energy dissipation from repeated cycles at the same hysteresis slip did not show a significant difference after the first two cyclic loads. An increase in the size of hysteresis slip had a significant effect on the amount of dissipated energy and initial stiffness on the load?slip curve of residual strength. A pulsating load condition dissipated around 45% of the energy that was dissipated in the reverse cyclic load condition. Moreover, as the amount of accumulated dissipated energy from cyclic loads increased, the residual strength decreased. In addition, the Bouc?Wen?Baber?Noori model was used to suggest model parameters that represented the hysteresis behavior of a stubby Y-type perfobond rib shear connection. It is anticipated that the BWBN model applied with the suggested parameters will be able to predict the hysteresis behavior of stubby Y-type perfobond rib shear connections and composite structures under seismic loading rather easily.

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