목차

목 차
제 1 장 서론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 내용 및 방법 6
1.3 연구 동향 8
1.3.1 합성기둥에 대한 연구 동향 8
1.3.2 형상기억합금에 대한 연구 동향 11
제 2 장 이론적 고찰 13
2.1 합성기둥시스템 13
2.1.1 합성기둥의 개요 13
2.1.2 합성기둥의 설계 및 구조제한 15
1) 매입형 합성기둥의 구조제한 16
2) 충전형 합성기둥의 구조제한 17
2.1.3 합성기둥의 설계식 18
1) 매입형 합성기둥의 압축강도 18
2) 충전형 합성기둥의 압축강도 20
2.2 형상기억합금(SMA) 22
2.2.1 형상기억합금의 개요 22
2.2.2 형상기억합금의 특성 25
2.2.3 초탄성 거동의 수학적모델 28
제 3 장 Castellated 합성기둥의 좌굴거동 32
3.1 Castellated 합성기둥시스템 개요 32
3.1.1 현행 설계기준 34
3.1.2 강재단면검토 36
3.1.3 세장비검토 38
3.2 3차원 유한요소 해석 40
3.2.1 Castellated 합성기둥 모델링 40
3.2.2 3차원 유한요소 해석방법 43
3.2.3 3차원 유한요소 해석 변수 및 모델명 46
3.3 3차원 유한요소 해석결과 48
3.3.1 단면크기와 길이가 일정할 때 강관의 두께에 따른 비교 48
1) 파괴모드 및 응력분포 48
2) 하중-변위의 관계 57
3.3.2 단면크기와 강관의 두께가 일정할 때 길이에 따른 비교 62
1) 파괴모드 및 응력분포 62
2) 하중-변위의 관계 71
3.3.3 현행 설계기준과의 비교 75
1) 유효단면적 75
2) 강도저감계수와 판-세장비의 관계 79
제 4 장 Castellated 합성기둥의 동적거동 85
4.1 횡하중이 작용하는 Castellated 합성기둥의 비탄성거동 85
4.1.1 3차원 유한요소 해석방법 86
4.1.2 3차원 유한요소 해석결과 89
4.2 3차원 유한요소 해석 91
4.2.1 형상기억합금을 이용한 Castellated 합성기둥 모델링 91
4.2.2 3차원 유한요소 해석방법 95
4.2.3 3차원 유한요소 해석 변수 및 모델명 99
4.3 3차원 유한요소 해석결과 103
4.3.1 개구부 크기에 따른 비교 103
1) 파괴모드 및 응력분포 103
2) 하중-변위 이력곡선 110
3) 동적거동 비교·분석 116
4.3.2 폭두께비에 따른 비교 119
1) 파괴모드 및 응력분포 119
2) 하중-변위 이력곡선 132
3) 동적거동 비교·분석 140
4.3.3 축력비에 따른 비교 144
1) 파괴모드 및 응력분포 144
2) 하중-변위 이력곡선 155
3) 동적거동 비교·분석 160
제 5 장 결론 163
참 고 문 헌 165
ABSTRACT 169
表 目 次
<표 2.1> 압축력을 받는 충전형 합성부재의 폭두께비 제한 17
<표 3.1> 폭두께비에 따른 각형강관기둥의 단면검토 37
<표 3.2> 길이에 따른 각형강관기둥의 세장비검토 39
<표 3.3> 비율에 근거한 Castellated 합성기둥의 단면 41
<표 3.4> SN355 강재와 콘크리트의 재료성질 44
<표 3.5> Castellated 합성기둥의 해석모델 개요 47
<표 3.6> Castellated steel columns의 좌굴형태와 국부좌굴 발생위치 55
<표 3.7> Castellated composite columns의 좌굴형태와 국부좌굴 발생위치 56
<표 3.8> 3차원 비선형 좌굴해석 결과에 따른 강도저감계수와 판-세장비 결과 83
<표 4.1> Castellated 합성기둥의 보강범위 및 보강재 94
<표 4.2> Castellated 합성기둥 보강재 사이즈 97
<표 4.3> Fe-based 형상기억합금의 재료특성 98
<표 4.4> 개구부 크기에 따른 Castellated 합성기둥의 해석모델 개요 100
<표 4.5> 푹두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 해석모델 개요 101
<표 4.6> 축력비에 따른 Castellated 합성기둥의 해석모델 개요 102
<표 4.7> 개구부 크기에 따른 Castellated 합성기둥의 최대응력 103
<표 4.8> 개구부 크기에 따른 Castellated 합성기둥의 좌굴하중 및 최대내력 110
<표 4.9> 개구부 크기에 따른 Castellated 합성기둥의 최대내력 및 원상복원효과 116
<표 4.10> 개구부 크기에 따른 Castellated 합성기둥의 에너지 소산능력 비교 117
<표 4.11> 폭두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 최대응력 119
<표 4.12> 폭두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 좌굴하중 및 최대내력 132
<표 4.13> 폭두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 최대내력 및 원상복원효과 140
<표 4.14> 폭두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 에너지 소산능력 비교 142
<표 4.15> 축력비에 따른 Castellated 합성기둥의 축력 및 좌굴하중 144
<표 4.16> 축력비에 따른 Castellated 합성기둥의 최대응력 145
<표 4.17> 축력비에 따른 Castellated 합성기둥의 최대내력 및 잔류변위 160
<표 4.18> 축력비에 따른 Castellated 합성기둥의 에너지 소산능력 비교 161
그 림 目 次
<그림 1.1> 국내·외 대규모지진 피해사례 1
<그림 1.2> Elasto plastic Hysteresis (Christopoulos et al. 2002) 4
<그림 1.3> Flag-shape Hysteresis (Christopoulos et al. 2002) 4
<그림 2.1> 합성기둥의 분류 14
<그림 2.2> 각형강관의 국부좌굴 17
<그림 2.3> 형상기억합금이 건설분야에서 적용된 사례(신호진, 2013) 23
<그림 2.4> 형상기억합금의 재료성질(Abuzaid. W and Y Wu, 2019) 24
<그림 2.5> Stress and strain curve for temperature-dependent SMA material(허종완, 2015) 27
<그림 2.6> 형상기억과 초탄성효과의 이상적인 응력-변형률 곡선(DesRoches, R,
and B smith, 2004) 27
<그림 2.7> 형상기억합금 응력-변형률 관계 31
<그림 3.1> Castellated 강판의 제작과정 33
<그림 3.2> Castellated 합성기둥의 제작과정 33
<그림 3.3> 비율에 근거한 개구부 및 단면크기 41
<그림 3.4> 비율에 근거한 Castellated 합성기둥의 3차원 유한요소모델 42
<그림 3.5> SN355 강재의 응력-변형률 관계 45
<그림 3.6> 콘크리트의 응력-변형률 관계 45
<그림 3.7> C-S-880-(26∼33)-3,000의 변형형상 및 von Mises 응력분포 51
<그림 3.8> C-S-880-(26∼33)-5,000의 변형형상 및 von Mises 응력분포 54
<그림 3.9> 강관의 두께에 따른 Castellated steel column의 하중-변위 곡선 59
<그림 3.10> 강관의 두께에 따른 Castellated composite column의 하중-변위 곡선 61
<그림 3.11> C-S-560-16-(3,000∼5,000)의 변형형상 및 von Mises 응력분포 64
<그림 3.12> C-S-560-21-(3,000∼5,000)의 변형형상 및 von Mises 응력분포 66
<그림 3.13> C-C-560-16-(3,000∼5,000)의 변형형상 및 von Mises 응력분포 68
<그림 3.14> C-C-560-21-(3,000∼5,000)의 변형형상 및 von Mises 응력분포 70
<그림 3.15> 길이에 따른 Castellated steel column의 하중-변위 곡선 73
<그림 3.16> 길이에 따른 Castellated composite columns의 하중-변위 곡선 74
<그림 3.17> 육각형 개구부 유/무에 따른 각형강관기둥의 좌굴하중 지점의 하중-변위의 관계 76
<그림 3.18> 육각형 개구부 유/무에 따른 각형강관기둥의 좌굴하중 지점의 von Mises 응력분포 77
<그림 3.19> 육각형 개구부를 포함한 각형강관기둥의 유효단면 영역 77
<그림 3.20> C-S-(400∼880)-(11∼26)-(3,000∼5,000) 좌굴하중() 지점의 von Mises 응력분포 78
<그림 3.21> 현행 설계기준(KBC2016과 비교한 강도저감계수와 판-세장비의 관계 82
<그림 4.1> 반복 횡하중이 작용하는 모멘트 저항 골조의 휨모멘트도 86
<그림 4.2> Castellated 합성기둥에 적용되는 반복 변위하중 이력 87
<그림 4.3> 비율에 근거한 Castellated 합성기둥의 기하학적 형상 88
<그림 4.4> 비율에 근거한 Castellated 합성기둥의 von Mises 응력분포 90
<그림 4.5> 비율에 근거한 Castellated 합성기둥의 하중-변위 곡선 90
<그림 4.6> 비율에 근거한 Castellated 합성기둥의 영역별 구분 91
<그림 4.7> 형상기억합금으로 보강된 Castellated 합성기둥의 소성힌지 영역 92
<그림 4.8> 형상기억합금을 이용한 Castellated 합성기둥 94
<그림 4.9> 형상기억합금을 이용한 Castellated 합성기둥 유한요소 해석모델 96
<그림 4.10> Castellated 합성기둥 구성 강재의 종류 97
<그림 4.11> Fe-based 형상기억합금의 응력-변형률 관계 98
<그림 4.12> C-50/100-33.3 변형형상 및 응력분포 105
<그림 4.13> C-40/120-33.3 변형형상 및 응력분포 107
<그림 4.14> C-30/140-33.3 변형형상 및 응력분포 109
<그림 4.15> 개구부 크기에 따른 Castellated 합성기둥의 비선형 좌굴해석 하중-변위의 관계 111
<그림 4.16> 개구부 크기에 따른 Castellated 합성기둥의 하중-변위 곡선 112
<그림 4.17> 개구부 크기에 따른 Castellated 합성기둥의 하중-변위 이력곡선 115
<그림 4.18> 개구부 크기에 따른 Castellated 합성기둥의 에너지 소산능력 비교 118
<그림 4.19> 폭두께비에 따른 C-30/140 변형형상 및 von Mises 응력분포 123
<그림 4.20> 폭두께비에 따른 C-40/120 변형형상 및 von Mises 응력분포 127
<그림 4.21> 폭두께비에 따른 C-50/100 변형형상 및 von Mises 응력분포 131
<그림 4.22> 폭두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 비선형 좌굴해석 하중-변위 관계 134
<그림 4.23> 폭두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 하중-변위 곡선 135
<그림 4.24> 폭두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 하중-변위 이력곡선 140
<그림 4.25> 폭두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 에너지 소산능력 비교 143
<그림 4.26> C-30/140-33.3-0.1-SMA 변형형상 및 von Mises 응력분포 146
<그림 4.27> C-30/140-33.3-0.3-SMA 변형형상 및 von Mises 응력분포 147
<그림 4.28> C-40/120-33.3-0.1-SMA 변형형상 및 von Mises 응력분포 148
<그림 4.29> C-40/120-33.3-0.3-SMA 변형형상 및 von Mises 응력분포 149
<그림 4.30> C-50/100-33.3-0.1-SMA 변형형상 및 von Mises 응력분포 150
<그림 4.31> C-30/140-33.3-0.3-SMA 변형형상 및 von Mises 응력분포 151
<그림 4.32> 48mm 변위하중에서의 변형형상 및 von Mises 응력분포 154
<그림 4.33> 축력비에 따른 Castellated 합성기둥의 하중-변위 곡선 156
<그림 4.34> 축력비에 따른 Castellated 합성기둥의 하중-변위 이력곡선 159
<그림 4.25> 축력비에 따른 Castellated 합성기둥의 에너지 소산능력 비교 162