드롭패널이 적용된 이중합성보 시스템은 초고층, 장경간 구조를 가지는 지상 구조물에 적용하기 위해 개발된 구조 시스템으로 휨 부재의 춤 감소를 통한 층고 감소와 강성이 큰 드롭패널을 경간 양 단부에 위치 시켜 처짐 발생을 감소시키는 것을 목적으로 한다. 이 시스템은 합성 기둥, 격자 모양 드롭패널, 이중합성보로 구성되어있다. 휨 부재의 춤을 줄이기 위해 드롭패널과 이중합성보는 각 각 H형강, 데크플레이트, 철근으로 구성된 복잡한 단면을 가지고 있다. 시스템을 구성하는 휨 부재가 드롭패널과 이중 합성 골조로 구성되어 있어 단면이 불연속하다는 특징을 가지고 있기 때문에 단면 하중 분포와 응력의 흐름을 확인하여 하중을 기둥으로 원활히 전달할 수 있으며 적절한 휨 성능을 발휘 할 수 있는지에 대한 평가가 필요하며, 골조에 적용된 드롭패널의 처짐 감소 효과에 대한 검증 및 골조 설계 시 사용성 검토를 위해 이중합성보 골조의 처짐 발생의 예측 역시 요구된다. 또한 최근 건축물의 내진 설계에 대한 관심이 높아짐에 따라 지진 등 반복 횡 하중이 가력될 때 구조물의 거동에 대한 연구 필요성이 제기되는 상황이다. 특히 드롭패널이 적용된 이중합성보 시스템의 경우 휨 부재들의 단면이 다르기 때문에 지진 등 반복 횡 하중 발생 시 골조가 충분한 휨 성능 및 변형 성능을 발휘 할 수 있는지에 대한 검토가 요구된다.
본 논문에서는 드롭패널이 적용된 이중합성보 시스템의 휨 거동을 실험을 통해 확인하였다. 제3장 드롭패널이 적용된 이중합성보 시스템의 휨 실험에서는 이중합성보에 가해지는 연직 방향 하중이 드롭패널을 통해 기둥으로 전달될 때 시스템의 휨 성능과 드롭패널의 처짐제어효과를 확인하였다. 제 4장 드롭패널이 적용된 이중합성보 시스템의 반복가력 실험에서는 기둥과 시스템으로 구성된 골조에 반복 횡 하중이 가해질 때 드롭패널의 휨 성능과 골조의 변형성능을 확인하였다. 두 실험 결과를 분석해 얻은 결론은 다음과 같다.

(1) 드롭패널 적용 이중합성보 시스템의 단조 가력 실험 결과 설계 휨 모멘트 대비 부모멘트 발생 상황에서 약 103~117%, 정모멘트 상황에서 약 98%수준의 휨 내력을 발휘하여 시스템이 적절한 휨 성능을 발휘 할 수 있는 것으로 판단된다.

(2) 변수 실험체들 실험 결과 철골 철근 콘크리트 기둥을 적용한 NS1-X은 설계 휨 모멘트 대비 약 113%, 콘크리트 충전 용접조립각형 강관 기둥을 적용한 NC1-X은 설계 휨 모멘트 대비 약 103% 수준의 휨 성능을 발휘했다. 따라서 두 합성 기둥 모두 드롭패널 적용 이중합성보 시스템에 적용할 수 있는 것으로 판단된다. 또한 배력근 배근량이 50%인 NS2-X은 설계 휨 모멘트의 약 90% 수준의 휨 내력을 발휘했다. 이는 배력근 철근량의 감소로 드롭패널의 각 부재에 원활한 하중 전달이 이루어지지 않았기 때문으로 보인다. 중앙 H형강 웨브에 스터드를 설치한 NS1-O의 경우 설계 휨 모멘트 대비 약 117% 수준의 휨 성능을 발휘했다. 따라서 드롭패널 중앙의 웨브에 스터드 설치 시 H형강이 일체화 거동하여 하중을 원활하게 전달 받으며, 이로 인해 시스템의 휨 성능 및 연성 능력이 증가하는 것으로 판단된다.

(3) 휨 성능을 충분히 발휘하며 각 부재에 하중이 원활하게 전달되었다고 판단된 NS1-X, NC1-X, NS1-O의 처짐이 탄성하중법을 사용하여 예상한 처짐과 약 15% 이하의 차이를 보였다. 따라서 탄성하중법을 응용한 제안식을 이용하여 예측한 드롭패널 적용 이중합성보 시스템의 처짐 값이 타당한 것으로 판단된다. 또한 제안식을 이용해 이중합성보로만 구성되었을 때 예상한 처짐 대비 모든 실험체들의 처짐이 약 93%미만으로 발생했다. 따라서 드롭패널이 처짐제어효과를 발휘 할 수 있다고 판단된다.

(4) 드롭패널 적용 이중합성보 시스템의 반복가력 실험 결과 실험체들이 드롭패널 부모멘트 설계 휨 내력 대비 약 117~130% 수준의 최대 내력을 발휘했다. 실험체 최대 내력 및 각 재하이력의 실험체 파괴 양상 을 분석했을 때 드롭패널과 이중합성보로 구성된 시스템에 정모멘트와 부모멘트가 반복하여 가력는 경우 시스템의 파괴는 부모멘트 설계 휨 모멘트에 지배 되는 것으로 판단된다. 또한 실제 실험체 비율과 유사한 크기의 반복가력 실험체인 SD1과 SD2는 일정 수준 이상의 배근량이 확보되었으며 이로 인해 드롭패널 단면의 중앙 및 단부 부재들에 응력이 고르게 분포되었음을 확인하였다. 따라서 시스템이 반복 횡 하중 가력 시에도 적절한 휨 성능을 발휘 할 수 있는 것으로 판단된다.

(5) 드롭패널 적용 이중합성보 시스템이 설치된 실험체가 최대 내력에 도달하는 시점에서 변위각 3% 수준의 변형 성능을 발휘했으며, 이후 최대 내력의 80%에 도달하여 실험체가 파괴되기 전 변위각 4%의 변형 성능을 발휘하였다. 따라서 드롭패널이 적용된 이중합성보 시스템이 적절한 변형 성능을 발휘하는 것으로 판단된다. 또한 실험체의 부재 변형률 및 파괴 형상을 분석한 결과 드롭패널의 파괴가 실험체 파괴로 이어진 것으로 판단된다. 따라서 개선용접으로 일체화 시킨 접합부가 이중합성보 시스템의 최대 휨 내력 이상의 휨 성능을 발휘 할 수 있다고 판단된다.

(6) 드롭패널 적용 이중합성보 시스템의 휨 및 반복가력 실험 결과를 분석한 결과 배근량과 하중 전달의 상관관계에 대한 추후 연구 및 반복 횡 하중 가력 시 각 부재들의 변위 기여도 파악 및 거동을 정밀하게 파악하기 위한 추후 연구가 제안된다.

The main purpose of the moment resistance system composed of drop panels and double beams, which is applied to building structures on the ground, is to reduce floor height by minimizing the depth of the members and controlling deflection. The system has two parts: drop panels and beams. To decrease the depth of the system, each should have a complex cross-section including H-beam, deck plate, and rebar. To control deflection, highly rigid drop panels are located at both ends of the span. Therefore, due to the difference of the cross-sections and discontinuity, it is necessary to verify the load transfer ability from beams to drop panels, or vice-versa, in order to evaluate the bending capacity, and Deflection Control effect of the system. Furthermore, the necessity for the study about flexural performance and plastic deformation capacity of the system when subjected to lateral cyclic loads such as earthquakes has been raised because corresponding flexural behavior are important abilities for ductile behavior of the structure. In particular, the system consists of two different members, and this characteristic could be one of the causes of brittle fracture. Thus, the research to verify the flexural behavior of the system has been in demand.
In this thesis, results of experiments assessing flexural behavior of the moment resistance systems composed of drop panels and double beam were analyzed. Two experiments were conducted: (1) the monotonic loading experiment for evaluating the bending capacity, load transfer ability and Deflection Control performance when gravitational direction is loaded on the system, (2) and the lateral cyclic loading experiment for examining the flexural performance and plastic deformation capacity when earthquake is subjected to the structure. The conclusions of the experimental research are as follows:

1. In the monotonic loading experiment, the maximum strength of the specimen NS1-X whose scale was 60% of the actual system and whose direction of the forced bending moment was negative in the monotonic loading experiment was approximately 113% of the design strength, and the maximum strength of the specimen PS1-X which was same size with NS1-X and whose direction of the moment was positive was approximately 98% of the design strength. Consequently, it presented that the drop panels and beams within the system could perform as hypothesized.

2. In the case of the negative bending moment, the maximum strength of the specimen NS1-X with a Steel Reinforcement Concrete(SRC) was approximately 113% of the design strength, and the maximum strength of the specimen NC1-X with a column type was Concrete Filled steel Tube(CFT) column type was approximately 103%. The maximum strength of the specimen NS1-O with shear stud installed on the web of the center H-beam of the drop panel reached approximately 117% of the designed strength. Therefore, the stud could enhance bending capacity and ductility of the system. The maximum strength of the specimen NS2-X whose ratio of the distributing rebar was half of the other specimens was only 90% of the design strength. It is conjectured that the load from the beams were not properly distributed to the central members due to the lack of distributing rebar.

3. Deflections of the specimens NS1-X, NC1-X, NS1-O whose maximum strength were higher than the designed strength were approximately 15% different from the calculation. Accordingly, the suggested formula for calculating the deflection of the system which was modified from the elastic load method was considered valid. Moreover, the actual deflection in the system was approximately 73 ~ 93% of the assumed calculation of the deflection in the simulated model of the system composed of only beams. Hence, the system, especially with the drop panels of a high rigidity, could control the deflections.

4. In the lateral cyclic loading experiment, by analyzing experiment results and failure modes of the specimen in each step, destruction of the system was governed by the strength of the negative bending moment. The maximum strength of the specimens SD1 and SD2 were approximately 117 ~ 130% of the designed strength. In addition, SD1 and SD2 whose scale were the same as the actual system which was applied to the real building structures could convey the load to central members of the drop panels because they had sufficient distributing rebar. As a result, it is shown that the system had adequate flexural capacity to resist the lateral cyclic load.

5. The specimens SD1 and SD2 could be deformed to 3% drift angles at the point when the specimens were reached to the maximum strength, and to 4% drift angles before they were destroyed. Therefore, it is shown that the system could have sufficient plastic deformation abilities. Furthermore, demolition of the drop panels was considered as the main reason for the specimen destruction by checking the strain of the members and failure mode. Consequently, connection between H-beams of columns and drop panels with bevel welding could relay the moment more than the design strength of the drop panel.

6. In addition to the interpretation of the two experiments’ results, studies for figuring out the relationship between the amount of the distributing rebar and load transfer from edge members of the drop panels to central ones and contribution level of deformation of the columns, connections and systems when subjected to the lateral cyclic loading were proposed.