유공 강재보에 관한 국외 기준이나 매뉴얼 등에 기술되어 있는 유공 강재보의 개구부 위치는 강재보 지점에서 보의 높이 이상 이격하도록 규정되어 있다. 그러나 천정에 설치되는 설비시설인 덕트와 배관은 유지관리의 효율을 위하여 복도 천정에 설치되는데, 이는 강재보의 지점에서 가까운 단부로, 개구부 위치가 지점에서 보 높이보다 짧게 이격되는 경우가 불가피하게 발생하게 된다. 그러므로 단부에 근접한 유공 강재보에 대한 연구의 필요성이 발생된다.
본 연구는 개구부-지점 이격을 변수로 한 유공 강재보에 대한 실험을 통해, 개구부-지점 이격에 따른 유공 강재보의 구조성능 차이를 파악하여 단부에 근접한 개구부를 갖는 유공 강재보의 사용가능성을 확인하고자 한다. 단부에 근접한 개구부를 갖는 유공 강재보에 대한 보강형태별 구조성능과 보강량 효율 평가를 통해 보강성능과 경제성을 확보하는 효율적인 보강방법을 제안하여 단부에 근접한 유공 강재보의 보강설계에 대한 기초자료를 제공하고자 하는 것이 연구의 목적이다.
개구부-지점 이격이 보의 높이()인 유공 강재보와 보 높이의 절반(/2)인 유공 강재보를 대상으로 일방향 정적하중과 반복하중에 대한 실험을 통하여 구조성능을 평가하였다. 그리고 개구부-지점 이격이 보 높이의 절반인 유공 강재보에 대하여 강판과 함께 각형강관을 사용하여 개구부를 보강한 유공 강재보에 대해 실험을 실시하여 보강성능, AISC 제안식, 보강량 효율 등을 평가하였다.
본 연구의 결과를 정리하면 다음과 같다.
(1) 개구부-지점 이격이 보 높이의 절반인 유공 강재보의 사용가능성을 평가하기 위하여 개구부-지점 이격이 보 높이인 무보강 유공 강재보와 보 높이의 절반인 무보강 유공 강재보를 대상으로 일방향 정적하중을 받는 단순보 실험과 반복하중을 받는 캔틸레버보 실험을 실시하였다. 실험결과, 개구부-지점 이격이 보 높이의 절반인 무보강 유공 강재보는 이격이 보의 높이인 무보강 유공 강재보와 비교해 보면 항복하중과 최대하중이 5% 이하의 차이인 것으로 평가된다. 그러므로 개구부-지점 이격이 보 높이의 절반인 경우를 사용하여도 무방할 것으로 판단된다.
(2) 개구부-지점 이격이 보 높이의 절반인 유공 강재보에 대한 보강형태에 따른 구조성능을 평가하기 위하여 일방향 정적하중을 받는 단순보 실험과 반복하중을 받는 캔틸레버보 실험을 실시하였다. 보강형태별 실험결과에서 격자 강판보강과 각형강관보강은 무공 강재보와 비교할 때, 항복하중과 최대하중이 유사하게 나타났다. 그러므로 무공 강재보의 구조성능을 확보할 수 있는 유공 강재보의 보강방법은 격자 강판보강과 각형강관보강으로 판단된다.
(3) 일방향 정적하중을 받는 단순보 실험과 반복하중을 받는 캔틸레버보 실험 결과를 이용하여 보강형태별 보강량 효율을 평가하였다. 보강형태별 보강량 효율을 평가한 결과, 싱글 각형강관보강은 1.442~1.882로 기존 강판보강 0.708~1.403보다 높게 평가되었다. 싱글 각형강관을 이용한 유공 강재보의 보강방법은 보강성능 확보와 함께 경제적인 측면에서도 효율적인 보강방법으로 판단된다.
(4) 반복하중을 받는 캔틸레버보 실험 결과를 이용하여 보강형태에 따른 에너지-변형비에 대한 평가하였다. 보강형태별 에너지-변형비를 평가한 결과, 각형강관 보강이 1.252~1.453으로 기존 강판보강 0.863~1.069보다 높게 평가되므로 잔류 변형량 대비 에너지 흡수량이 큰 보강방법은 각형강관인 것으로 판단된다.
(5) 무보강과 강판보강 및 각형강관보강에 대하여 AISC의 제안식과 비교하기 위해 일방향 정적하중을 받는 단순보 실험과 반복하중을 받는 캔틸레버보 실험 결과 중에서 항복하중점의 내력을 적용하여 평가하였다. 무보강과 수직 강판보강 실험체는 AISC의 제안값 이 1.139~1.360으로 기준값인 1.0보다 크게 산정되었고, 수평 및 격자 강판보강과 각형강관보강은 0.861~1.059로 산정되었다. 이것은 AISC의 제안식에서 최대 전단력이 무보강과 수직 강판보강인 경우 과소하게 산정되고, 수평 강판보강이 있는 경우와 각형강관 보강에서는 상대적으로 여유있게 산정되기 때문으로 판단된다.