좌굴방지 스티프너를 보강한 강재 절곡형 합성기둥의 압축성능평가 :Compressive Performance Evaluation of Steel Plate Bending Typed CFT Column Using Buckling-Prevention Stiffeners

이건행

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이건행 (단국대학교, 단국대학교 대학원)

지도교수: 이경구

발행연도: 2019

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이용수10

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2019

좌굴방지 스티프너를 보강한 강재 절곡형 합성기둥의 압축성능평가

이건행 건축공학과 2019.01 학위논문

2018

좌굴방지 스티프너를 보강한 강재 절곡형 합성기둥의 압축성능평가

이건행 , 이경구 , 김진원 외 1명 한국강구조학회 학술대회 발표집 2018.05 학술대회자료

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최근 건축물의 대형화 및 고층화와 함께 강재의 우수한 성질을 이용하는 강구조의 비중이 커지고 있으며, 그 시공성과 함께 경제성에 대한 요구가 증가하고 있다. 또한, 우리나라에 수차례 발생한 지진 때문에 우수한 내진성능을 발휘하는 강구조가 많은 관심을 받고 있고, 그 수요 역시 증가하고 있다.

합성기둥은 강관 내부 콘크리트에 균열이 발생해도 외부 강관이 구속하기 때문에 전체 내력이 상승하므로 휨성능과 국부좌굴방지 등의 구조적 효율성을 발휘한다. 이러한 내력 상승효과로 SRC구조보다 기둥 사이즈를 20 ~ 30% 줄일 수 있어 도장면적을 감소시킬 수 있고, 공간의 활용도를 높이는 장점도 있다. 따라서, 구조적 안전성뿐 아니라 효율성, 경제성을 갖춘 합성기둥의 단면 설계에 관한 연구가 필요하다.

본 연구에서는 좌굴 방지용 스티프너를 적용한 절곡형 콘크리트 충전 합성기둥(CFT)의 압축성능을 실험적으로 평가하였다. 이를 위해, 기존에 제안된 합성기둥의 한계점과 문제점을 분석하여 이를 보완한 다양한 단면에 대해 평가하였다. 또한, 장주와 단주에 대한 압축성능을 평가하였다. 유한요소해석을 통해 실험결과를 해석적으로 검증, 분석하였다.

실험 및 해석 결과, 모든 실험체의 최대 내력은 기준 강도보다 높은 결과를 나타내었다. 또한, 제안된 강재 절곡형 합성기둥에서는 기존 합성기둥에서 나타난 스티프너 용접부 조기 파단이 발생하지 않았다. 이를 통해, 제안된 절곡형 콘크리트 충전 합성기둥은, 좌굴 방지 스티프너를 추가하여 판폭두께비를 줄임으로써, 설계 기준에서 제안하는 압축강도를 만족하고, 일반적인 콘크리트 충전 합성기둥보다 강성, 강도에 있어 높은 성능을 확보함을 확인하였다.

주제어 : 좌굴 방지 스티프너, 콘크리트 충전 합성기둥, 강재절곡

In recent years, the importance of steel structures using excellent properties of steel has been increasing along with high-rise and large-sized buildings, and demands for constructiveness and economy have been increasing. In addition, due to several earthquakes in Korea, strong steel structures that perform well in the seismic direction are receiving much attention and demand for them is also increasing.

The composite column shows structural efficiency such as flexural performance and local buckling as the steel tube is constrained from the outside even if cracks occur in the concrete inside the steel tube. This increase in resistance results in 20 to 30 percent reduction in column size over SRC structure, thereby increasing utilization of space and reducing painting area. Therefore, a study on the cross-sectional design of composite columns with structural safety, efficiency and economy is required.

In this study, the compressive performance of a plate bending typed concrete filled composite column (CFT) was evaluated experimentally with buckling-prevention stiffeners. For this purpose, the limits and problems of the previously proposed composite column were analyzed and evaluated for various sections that supplement them. In addition, compression performance was assessed for long and short columns. Experiment results were verified and analyzed analytically through finite element analysis.

As a result of experimentation and analysis, the maximum resistance of all specimens was higher than the reference strength. In addition, the proposed steel curved composite column did not produce any early fracture of the stiffener welds shown in the existing composite column. Through this, the proposed plate bending typed concrete filled composite column met the compressive strength proposed by the design basis by reducing the plate thickness ratio by adding buckling-prevention stiffeners and secured the strength and strength of the typical concrete filled composite column.

Keywords : Buckling prevention stiffener, Concrete filled tube Column, Steel plate bending

I. 서 론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 목적 1
3. 연구 내용 및 범위 2
II. 국내외 연구 고찰 3
1. 국내외 합성기둥 연구 분석 3
2. 합성기둥 설계식 5
3. 사전 연구 분석 8
3.1 실험체 설계 8
3.2 구조 실험 결과 10
III. 강재 절곡형 합성기둥 압축성능 평가 12
1. 강재 절곡형 합성기둥 소개 12
2. 유한요소해석 13
2.1 해석 방법 13
2.2 해석 결과 15
2.2.1 최대 내력 15
2.2.2 좌굴 형상 15
3. 강재 절곡형 합성기둥 실험 18
3.1 실험 계획 18
3.1.1 재료 시험 결과 18
3.1.2 실험체 설계 및 실험 변수 22
3.1.3 단면 특성 31
3.1.4 실험체 세팅 35
3.2 구조 실험결과 36
3.2.1 실험체 파괴 형상 37
3.2.2 실험체 최대 내력 44
IV. 결론 61
1. 강재 절곡형 합성기둥 압축성능평가 61
참고문헌 62
부록 63
Abstract 77

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