SC구조 전단내력에 관한 설계식의 고찰

최은교 중앙대학교 대학원 2007 국내석사

SC구조는 원자력발전소 건설공기의 단축을 목적으로 채택하고 있는 모듈화 공법으로 일본에서는 이미 연구개발을 하여 실제 건축물까지 완성해낸 새로운 개념의 합성구조이다. 이에 우리나라에서도 국내실정에 적합한 SC구조의 도입을 위해서 기존의 연구를 바탕으로 일본 SC구조 전단벽 설계식의 설정배경을 이해하고, 설계식을 통하여 각 변수의 영향을 검토하여, 국내 내진벽의 설계에 적용하는 것에 이 연구의 목적이 있다. 검토방법으로 기존의 일본문헌을 통하여 전단벽의 실험과 관련된 부분과 내진설계지침인 JEAG-4618에서 전단력관련 기준을 통하여 전단벽에 관한 제반사항에 대하여 살펴보고, 전단벽 설계식의 역학적 기반에 대하여 이해하여 계략적인 거동을 파악하고자 하였다. 본 연구를 통하여 강재와 콘크리트 및 응력검정식의 설정배경을 이해하고 전단력과 축력과의 관계, 이상적인 축력비를 유도하였다. 그리고 강재와 콘크리트를 변수로 하였을 때 만족하는 전단력을 구해낼 수 있음을 확인하였다.

스터드커넥터의 사용성 한계상태에 관한 적용성

김연태 中央大學校 大學院 2002 국내석사

합성보는 특성이 다른 구조재료를 전단연결재 등을 사용하여 일체화하여 합성거동을 할 수 있도록 함으로써, 합성거동에 따른 높은 강성을 확보하고 경제성을 추구하는 구조시스템이다. 따라서 합성보는 단면성능의 향상으로 휨내력의 증진과 강성 증진에 의한 지진 등의 진동에 대한 저항성 및 수평강성 증대 등의 장점을 갖고 있으며 하중지지력도 증가하여 강재보의 단면을 감소시킬 수 있다. 이러한 합성보에서 콘크리트와 강재보 사이의 접합에 사용되는 전단 연결재는 일반적인 경우 콘크리트-강재보 접합면의 이격 현상이나 슬립을 방지하는 역할을 하게 된다. 따라서 합성구조의 구조적인 메카니즘을 파악하기 위해서는 전단 연결재가 부착된 전단 접합부 주변의 거동을 파악할 필요가 있다. 그래서 본 연구의 목적은 강재보가 매입철판과 같은 지지물의 하중을 슬래브에 절달하는 기능을 수행하는 경우에는 강재보에 부착되는 각종 지지물의 전달하중에 대한 스터드커넥터의 부착하중 전달성능에 대해 검증하고 이를 위한 설계기준의 내력식의 타당성을 실험을 통하여 입증하고자 하였다. 합성보의 실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) Sub-Beam의 인장하중 실험결과 실험체의 최대내력은 공칭전단강도와 설계강도를 상회하며 설계강도에 상응하는 스터드커넥터의 최대변형도는 설계하중에서 하중전달거동에 이상이 없음이 확인되었다. (2) Sub-Beam의 면내모멘트 실험결과 실험체의 최대내력은 공칭전단강도와 설계강도를 상회하며 설계강도에 상응하는 스터드커넥터의 최대변형도는 설계하중에서 하중전달거동에 이상이 없음이 확인되었다. (3) Sub-Beam의 면외모멘트 실험결과 실험체의 최대내력은 설계하중를 상회하며 설계하중에 상응하는 스터드 커넥터의 변형도는 설계하중에서 하중전달 거동에 이상이 없음이 확인되었다. (4) Sub-Beam의 조합하중 전달성능 실험결과 스터드 커넥터의 변형도는 스터드커넥터가 가력점의 직상부에 위치할 때 가장 크다는 것이 확인되었으며, 920mm 간격으로 2개 지점에서 동시에 인장하중을 받을 때 설계하중 25 tf 범위내에서는 하중전달에 문제가 없다고 판단된다. 그리고 920 mm 간격으로 인장하중과 면내모멘트를 받을 때, 인장하중과 면외모멘트를 받을 때에도 설계하중 범위 에서는 하중전달에 문제가 없는 것으로 확인되었다. (5) 이상의 실험으로 ACI 349 CCD방법에 의해 결정한 인장 및 모멘트에 대한 설계내력은 스터드의 탄성범위 내에서 유지되는 것으로 나타났으며 이 방법에 의한 설계방법은 타당한 것으로 판단된다. The composite beam is the structure system that used different material for high strength and economical efficiency. Such composite beam, stud connectors are used between reinforced concrete and steel member in order to composite effect. The stud connectors prevent concrete separating from steel member and transmit load of steel member to concrete by shear mechanism. However, there is no study about the load transfer mechanism of stud connector when a steel beam transmits a load of a support such as insert plate to concrete slab. So the capacity of stud connection under tensile force, in-plane moment and out-plane moment were investigated by experimental approach. Five tests were performed in this study. The first test was to evaluate the tensile force transfer mechanism of stud connectors between reinforced concrete slab and steel beam. Composite beams, which had different size of H-section beam, were tested to verify the tensile behavior of the connection. The second one is to evaluate the in plane moment transfer mechanism of stud connectors. The third one is to evaluate the out of plane moment transfer mechanism of stud connectors. The last is to evaluate composite loads transfer mechanism of stud connectors. In summary, the results of this research are following these. (1) The results of first, second, and third tests are shown that the load transfer mechanism of stud connectors between reinforced concrete slab and steel beam has no problem. (2) The results of the last test, which the specimen has two loading points, are shown that the load transfer mechanism of stud connectors has no problem. (3) From the experiment results, the procedure of ACI 349 CCD method for the composite beam is identified rational.

충전성을 개선한 원형 CFT구조의 기둥-보 접합부 구조적 거동

박민수 중앙대학교 2012 국내석사

A concrete-filled tube is a concrete-filled steel tube structure. The steel tube confines the concrete to increase the compressive strength, and the concrete contains the buckling of the tube. CFT structures require a diaphragm to prevent buckling of steel at connections. An outer diaphragm has better concrete filling than a through diaphragm due to a large bore, but being larger than the through diagram, it has poorer constructability and cooperation with building equipment. In this study, a CFT structure that uses different types of diaphragms in its upper and lower connections to improve the concrete filling was tested and analyzed via the FEM program. The building structure had a floor slab that was unified with the upper diaphragm, so the outer diaphragm was placed at the upper bound. Moreover, the through diaphragm was placed at the lower connection to avoid obstruction from building equipment. The CFT structure with the improved concrete filling showed the same structural behavior as the CFT structure with the use of the same type of diaphragms at the upper and lower connections. 콘크리트충전강관(Concrete Filled Tube 이하 CFT)구조는 강관 속에 콘크리트를 충전시킨 구조물로서 강관은 콘크리트를 구속시켜 압축내력을 증가시키며 콘크리트는 강관의 국부좌굴을 감소시키는 역할을 한다. CFT구조의 기둥-보 접합부는 강관의 국부좌굴을 방지하기위해 다이아프램이 필요하다. 외측다이아프램 형식은 관통다이아프램 형식보다 콘크리트의 충전성이 좋으나 시공성과 건축설비와 공조하는 측면에서 불편함이 있다. 이 연구는 원형CFT구조의 접합부의 상, 하부에 각각 다른 형식의 다이아프램을 적용시켜 콘크리트 충전성을 개선시킨 구조의 구조성능을 실험과 유한요소해석 프로그램을 통하여 알아보았다. CFT구조 접합부의 상부 다이아프램은 외측다이아프램 형식으로 하고 하부 다이아프램은 관통다이아프램 형식으로 하였다. 이것은 건축물에서 바닥슬래브가 있으므로 상부 다이아프램은 바닥슬래브와 일체가 되고 하부 다이아프램으로 관통다이아프램을 적용하여 건축설비와의 마찰을 피하고자 한 것이다. 결과적으로 충전성을 개선시킨 CFT구조의 구조성능은 상, 하부 모두 관통다이아프램을 적용한 구조와 비교하면 동일하다는 것을 알 수 있다.

면내전단력을 받는 SC구조 평판의 역학적 거동

이현욱 중앙대학교 대학원 2007 국내석사

최근 건축물의 고층화 및 대형화에 따라 보다 높은 강성, 경량, 시공의 용이, 공기단축 등이 주요 과제로 떠오르고 있다. 지금까지 널리 사용되어온 철근콘크리트 구조 및 철골 구조, 철골 철근 콘크리트 구조 외에 강판과 콘크리트의 합성을 이용한 구조체가 제안 또한 널리 사용되고 있다. 그 대표적인 예가 CFT구조 이며 이러한 강판 내부에 콘크리트를 충전하는 방식은 강재가 콘크리트를 구속하고 있기 때문에 강성, 내력, 변형성능, 내화, 시공 등의 측면에서 우수한 특성을 발휘하게 된다. 또한 경제성이 우수하며 범용성도 높아 저층의 건축물에서부터 초고층 건축물에까지 적용 가능하다. 이러한 CFT구조와 유사한 강판콘크리트(SC)구조는 두개의 강판 내측에 콘크리트를 충전하고 콘크리트와 강재의 일체거동을 위해 스터드, 타이바(Tie Bar), 전단보강재 등을 적용하여 강재와 콘크리트의 복합적인 거동을 유도한 구조이다. 이러한 구조형태는 CFT구조와 마찬가지로 내력․인성면에서 뛰어나고 내화성능 또한 우수하다. 특히 원자력발전소 등의 대규모구조물에 있어서는 모듈화를 통한 건설공사의 공기단축을 실현할 수 있다. 이와 같은 장점을 지닌 SC구조에 대해 SC구조와 개발방법이 유사한 국내의 CFT 기술기준 연구가 완료되었으며 선진국의 실험적 연구자료와 기술기준(안) 일부를 확보한 상태이다. 그러나 SC구조 기술기준 연구가 국내에 없었으며 기술기준 제정을 위한 다양한 실험적 연구가 없었다. 그 결과 국내에서 적용사례를 찾을 수 없으며 데이터베이스 구축을 위한 기초 자료가 부족한 현실이다. 일본의 기술기준을 단순참조할 경우 독창적인 연구개발 및 국제경쟁력을 갖춘 기술개발이 곤란할 가능성이 있다. 따라서 SC구조 기술기준 수립 및 구조, 내진, 접합부, 온도, 기기지지 성능 개발 및 평가 등 다양한 수행실험적 연구가 동반됨으로서 경쟁력을 갖춘 기술기준 개발에 성공하여야 한다. 본 연구에서는 SC구조 기술기준 수립 및 구조, 내진, 접합부, 온도, 기기지지 성능 개발 및 평가 수행의 일환으로 기본적인 SC구조의 면내 전단력에 대한 거동특성을 파악하고 동시에 평판에 순수면내전단력을 가력하기위한 기구에 대해 타당성 검토를 병행한다. 따라서 SC구조의 거동특성 중 순전단응력상태 및 축력과 전단응력이 동시에 작용하는 상황에서 면내전단에 대한 내력과 변형 등 기본적 역학특성 및 구조적 성능 파악하고 평판 면내 전단가력 방법의 제안 및 검토하는 것이 그 목적이다.

600MPa급 고강도강을 사용한 T형강 합성트러스의 거동특성

채대진 중앙대학교 대학원 2011 국내석사

현재 국내에서 설계되는 대부분의 트러스 보는 바닥슬래브와의 합성효과를 전혀 고려하지 않고 설계되고 있다. 따라서 압축 저항성능 및 구조물의 강성에 상당한 기여할 수 있는 슬래브가 단지 고정하중으로만 취급되고 있는 문제점이 있다. 철골 트러스와 콘크리트 슬래브가 합성 거동하는 합성 트러스는 장스팬에 경제적인 구조시스템이다. 슬래브와 트러스 보의 합성효과를 고려할 경우 단순히 고정하중으로 취급되던 슬래브를 구조체로서 활용할 수 있으므로 구조 재료를 매우 효율적으로 활용할 수 있게 된다. 또한 구조체의 강성이 증가하게 되므로 장스팬 설계의 중요 변수인 사용성 측면에서도 상당한 이점을 확보할 수 있게 되며, 이와 더불어 슬래브 하부에 다양한 설비 시설을 위한 공간이 확보되므로 보의 춤이 깊어지는데 대한 단점을 상당부분 상쇄할 수 있게 된다. 본 연구는 합성트러스 연구에 있어 강재의 재질을 달리하여 구조적 특성을 확인하는 단계로서 상․하현재는 600MPa급 고강도강을 사용한 T형강을 사용하였고 웨브재는 SS400의 강재인 ㄱ형강을 사용하여 용접 접합한 실험체를 제작하여 실험을 실시하였다. 실험결과 실험체는 하현재가 항복하며 연성파괴 되었다. 또한 트러스의 합성효과에 따라 강성 및 내력의 차이가 나타나는 것을 확인하였으며, 외국의 합성트러스 설계법(SCI Design Manual)에 의한 내력도 충분히 발휘되는 것을 검증하였다. Composite action is generally achieved by providing shear connections between steel top chord and concrete topping. Composite sections have greater stiffness than the summation of the individual stiffness of slab and truss. Therefore they can carry larger loads and higher stiffness and are less prone to transient vibration. During the tests, crack pattern and deflection of beam were investigated. The test results of composite trusses were compared with the results of the noncomposite trusses. Steel trusses acting compositely with concrete slabs have proven to be an economical system for long span floors. The structural behavior of composite trusses using T-shaped steel was investigated. The truss configuration consists of T-shaped steel chords with angle web members welded on bottom and top sides. As the result, the specimens failed in ductile manner showing yielding the bottom chord. Composite trusses have greater stiffness than noncomposite trusses. The moment capacity was also proved by SCI Design Manual.

혼합다이아프램 형식을 이용한 CFT기둥-보 접합부 내력

류성곤 中央大學校 大學院 2010 국내석사

최근 건축물의 고층화 및 대형화에 따라 보다 높은 강성, 경량, 시공의 용이, 공기단축 등이 요구된다. 이에 따른 구조 방식 또한 발전하였다. 기존의 철근콘크리트 구조 및 철골 구조에서 콘크리트충전 강관(Concrete filled tube, 이하 CFT)구조 및 합성트러스와 같은 합성구조의 연구가 활발하게 되었다. 그중 CFT구조는 합성구조의 대표적인 구조 방식이고 구조적 우수성으로 인해 널리 적용되고 있는 구조 방식이다. CFT는 강관에 콘크리트를 충전하여 강관은 횡변형을 구속하여 콘크리트의 압축내력을 증가시키며, 콘크리트는 강관의 국부좌굴을 감소시켜 단면의 증가 없이 내력을 크게 증가시킬 수 있다. CFT기둥 - 보 접합부에서 다이아프램은 보의 전단력을 기둥에 전달하는 역할을 한다. 관통 다이아프램이나 내측 다이아프램 형식에서는 보의 전단력이 다이아프램으로부터 내부의 콘크리트에 지압응력으로 전달되므로 응력전달에 문제가 없으나 외측 다이아프램은 보의 전단력이 기둥의 강관에만 전달되고 충전 콘크리트에는 직접 전달되지 않으므로 응력 전달에 비교적 불리한 문제가 있다. 본 연구에서는 관통 다이아프램과 외측 다이아프램이 가지는 문제들의 해결을 위하여 접합부 상부에는 외측 다이아프램을, 하부에는 관통 다이아프램을 사용하는 연구를 하려고 한다. 기존의 연구에서는 CFT기둥 - 보 다이아프램 접합부에서 관통 다이아프램이나 외측 다이아프램을 혼합하여 사용하지 않았기 때문에 연구 자료 및 적용사례를 찾을 수 없으며 데이터 베이스 구축을 위한 기초 자료가 부족한 현실이다. 따라서 이 연구는 기둥 - 보 접합부의 상부에는 외측 다이아프램을, 하부에는 관통 다이아프램을 접합하여 접합부의 구조적 성능을 파악과 다이아프램의 설계 자료 제안 및 검토가 그 목적이다. 본 연구에서는 CFT기둥 - 보 접합부의 내력식에 의한 다이아프램에 대한 변수들의 영향을 확인하였고 해석 모델을 ABAQUS 유한 요소 해석으로 다이아프램 내력을 통한 변수들의 영향을 확인하였다. Nowadays, the higher rigidity, the light weight, the easiness of an construction, the construction period shortening, and etc. are required due to high-rise and large-size of a building. According to these demands, the structure method has been developed. The research of the composite structure such as concrete-filled steel tube (CFT) structure and composite truss were active in existence in the field of reinforced concrete structure and steel structure. The CFT structure is representative of the composite structure method and it is widely used due to the structural advantage. CFT charges the concrete in the steel tube. The steel tube restraints lateral displacement and increases the compression internal force of the concrete. And the charged concrete reduces the local buckling of the steel tube and increases the internal force without the increment of a cross-section. In the beam-to-column connection of CFT, a diaphragm plays the role of delivering the shear force of the beam to column. In the penetrating diaphragm or the inner diaphragm, since the shear force of the beam is transferred the bearing stress from inner diaphragm to the charged concrete, there is no problem in the stress transmission but since the shear force of the beam is delivered to the steel tube of a column and the exterior diaphragm is not directly transferred to the charged concrete, there is the relatively disadvantageous problem in the stress transmission. In this research, we try to use the exterior diaphragm in the upper part and the penetrating diaphragm in the lower part to solve the problem. In the existing research, because the penetrating diaphragm or the exterior diaphragm was not used together in beam-to-column connection of CFT , the research data and application example cannot be found and the basic data for the database construction is insufficient. This is our reality. Accordingly, the objects of this research are understanding the structural capability of this connection of CFT and proposing and reviewing the design data of the diaphragm in connecting the exterior diaphragm and the penetrating diaphragm mixed in beam-to-column connection of CFT In this research, the variables affects of the diaphragm by the strength type of beam-to-column connection of CFT were confirmed and the variable affects of the diaphragm's internal force were comfirmed through the ABAQUS finite-element analysis.

Fast messy 유전 알고리즘에 의한 철근콘크리트 골조의 이산형 최적구조설계

김원철 중앙대학교 대학원 2010 국내석사

최근에 컴퓨터의 눈부신 발전과 더불어 수많은 최적화 기법이 도입되어 구조설계 분야에 이용되어왔다. 그 중 전체 최적 해의 도달 가능성이 높고, 미분이 불가능한 경우에도 적용 가능한 조합 최적화 기법이 대두되었다. 유전 알고리즘은 조합 최적화 분야에서 대표적인 이산형 최적화 알고리즘이다. 철근 콘크리트 골조의 최적설계는 건설 비용의 최소화를 목적으로 하여, 층간 변위, 강도설계에 따른 기준의 명확화, 또한 건축물 모듈화에 따른 실체적인 치수를 만족해야 한다. Simple 유전자 알고리즘과 Fast Messy 유전자 알고리즘은 축하중과 횡하중의 조합을 고려한 철근콘크리트 골조의 이상적인 최적화를 위해 사용되었다. 강구조의 경우와는 달리 철근콘크리트 구조는 부재크기 및 철근 배근 등 부재의 조합이 무한대에 가까우므로, 최적의 단면을 찾는 어려움은 실제범위 내에서 사용되는 기둥 및 보의 한정된 단면치수를 이용하여 데이터베이스를 구축함으로써 해결하였다. 또한 그 데이터베이스를 기반으로 풍하중 및 지진하중, 기둥의 장주 효과, 그리고 같은 선상에 위치하는 기둥간의 연결성 등을 고려하여 최적의 단면을 찾아내고 배근함으로써 비용의 최소화를 이룩하였다. 이 논문은 Simple 유전자 알고리즘과 Fast Messy 유전자 알고리즘에 의하여 철근콘크리트 골조가 최적설계에 도달할 수 있음을 보여주며, 두 유전자 알고리즘의 최적설계 결과 및 수렴속도 등의 성능을 비교, 분석하여 그 우수성을 증명하였다. Recently various optimization methods have been introduced in structural design fields with the advances in computer technology. Among them, combinatorial optimization techniques which have high possibility of reaching to global minimum and can be applied when differentiation is impossible have been gathering strength. The Genetic Algorithm is the one of representative discrete optimizing tools in the branch of combinatorial optimization techniques. The objective of reinforced concrete frame design is cost minimization. It needs to satisfy inter-story drift limits, code specifications on strength design and practical dimensions following building modules. Simple Genetic Algorithm (sGA) and Fast Messy Genetic Algorithm (fmGA) are adopted to take into account the discrete optimization of reinforced concrete frame subject to combinations of gravity loads and lateral loads. Because reinforced concrete structures have semi-infinite number of combinations for member sizes and reinforcement arrangements, unlike steel structures, difficulties in finding optimum sections are solved by constructing database containing limitary number of sectional dimensions of columns and beams in practical range. Base on this database, also, minimization of construction cost is accomplished by considering wind loads, earthquake loads, slenderness effects of columns, and connectivity between columns in the same column lines. It is shown that the sGA and the fmGA were able to reach optimum design for reinforced concrete frames. Superiority of these two Genetic Algorithms is demonstrated by comparing and analyzing optimized design results and convergence rates.

600MPa급 충전각형강관부재 최대내력의 영향인자

이지환 中央大學校 大學院 2009 국내석사

최근 건축물이 고층화, 대형화, 장스팬화 되면서 강구조 건축물의 건설이 증가하였고, 국내외적으로 초고층빌딩 및 대형구조물의 건설이 활발하게 계획되고나 건설되고 있다. 이들 랜드마크적인 초고층 건축물은 과거의 설계와는 다른 불연속적인 부재의 사용, 고용력의 축응력 작용 등 다양한 형태의 복잡한 건축물이 구현되고 있다. 초고층 건축물의 수요에 대응하여 고성능·고강도 강재에 대한 수요가 급증하고 있다. 또한 고층건축물에 대한 지진 피해에 대한 인식이 확산되면서 건축구조용강에 대한 요구 성능이 점차 증가하는 추세이다. 이러한 수요에 의해 급 강재가 출현되었으며 현재 강교랑 및 초고층건축물에 적용하려고 많은 연구가 이루어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 급 강재를 적용하여 중심압축주 및 축력과 모멘트를 동시에 받는 Beam-Column의 최대내력을 수치해석으로 최대내력에 영향을 미치는 주요 영향인자를 조사하고 고찰하는 것을 그 목적으로 하고 있으며 그 결과를 정리하면 다음과 같다. 1. 수치해석적인 방법으로 국부좌굴의 경우를 제외하면 수치해석적인 방법으로 결과를 예측할 수 있다. 2. 단면의 사이즈에 따라 부재의 최대내력을 무차원하여 나타낼 수 있다. 3. 충전콘크리트 각형강관 부재에서 가 커질수록 최대내력은 콘크리트의 압축강도에 관계없이 결정된다. 4. 폭두께비가 작을수록 내력은 증가하며 내력증대효과가 장주로 길어질수록 작아지는 것으로 나타났다. 5. KBC 2009 구조기준식과의 비교에서는 수치해석치값이 기준치값보다 상회하는 것을 볼 수 있으므로 최대내력은 안전측에 해당된다고 생각된다. Recently, as buildings grow taller, larger, wider, construction of steel structure buildings has risen, and domestically and overseas, there are on-going plans and construction of skyscrapers and large structure. Such landmark skyscrapers are constructed in various complicated structures adopting design elements like use of discontinuous member, application of high axial stress which are different from designing of the past. In response to the increasing demand of skyscrapers, the demand for high performance and high strength steel materials is growing rapidly. Furthermore, with spreading recognition of earthquake damage on high buildings, the trend is witnessing gradual increase of required performance of building structure steel. In response to such demand, 600MPa class steel material showed up, and currently, there are on-going researches on its application to steel bridge and skyscrapers. Therefore, this research has the purpose to survey and examine the major effect factors that affect maximum yield strength of beam-column that undergoes central compression, axial force and moment simultaneously through numeric analysis by applying 600MPa level steel material, and the results are summed up as follows: 1. The Suggested numerical method can predict the results with the very small error bounds except specimens the local buckling happens. 2. Non-dimensional strength is used to describe maximum strength of member throughout all size of cross section. 3. In filled concrete square hollow section tubular column, as L/B increases, maximum yield strength is determined regardless of concrete compression strength. 4. The smaller width thickness ratio is, the more yield strength increases, and the more the yield strength decreases, the longer the column increases. 5. In comparison with KBC 2009 structure code, numerical analysis value is higher than criteria value, so maximum yield strength falls within safe range.

화해를 입은 일반강도 철근 콘크리트 기둥의 구조거동

이승환 중앙대학교 대학원 2003 국내석사

본 연구는 실제 크기 일반강도 철근 콘크리트 기둥의 화재 피해를 입는 동안 과 화재피해 후의 구조 거동을 실험적, 이론적으로 연구하는데 목적이 있다. 350mm*350mm*3,360mm의 실물크기 철근콘크리트 기둥 14개 중, 12개에 대하여 재하 하중의 크기, 가열시간, 피복두께, 편심 크기 등을 주요 변수로 하여 화재 시 이들 변수들의 영향을 고찰하였다. 이들 변수들이 기둥 축방향 팽창과 수축, 누수, 피복콘크리트의 폭열, 좌굴, ISO 기준에 따른 내화력, 구조적 안정성 등에 미치는 영향을 실험에 근거하여 정성적으로 평가하였다. 실험결과 축방향 수축은 가열시간에 가장 큰 영향을 받으며 철근이나 부재의 좌굴은 축력의 크기, 가열시간, 피복두께, 편심이 클수록 좌굴이 커지는 경향이 관찰되었다. 실험에서 관찰된 내용을 바탕으로 하여, ISO 기준에서 제시한 내화기준에 대한 정성적인 평가를 실시하였다. 실험결과를 분석하기 위해 본 연구에서는 두 가지의 이론적 모델을 제시하였다. 모델로는 열전달 추적을 위한 모델과 콘크리트 단면에서의 축하중과 휨 거동을 추적하는 모델이다. 열전달 모델은 유한차분법에 근거하여 개발되었으며 기존의 제시된 모델보다 콘크리트 기둥 단면을 구성하는 콘크리트의 열적 특성을 더 정밀하게 추적할 수 있는 장점을 갖는다. 구조모델은 열전달 모델과 결합하여 화재 피해를 입은 콘크리트 기둥의 잔존 축 강도와 휨 거동을 예측하도록 개발되었으며 개발된 모델의 타당성은 실험결과와 비교하여 증명하였다. 제시한 모델들은 가열시간, 피복두께, 축하중의 크기, 단면의 형태에 따른 화재 후 콘크리트 기둥의 잔존 구조거동을 연구하기 위해 사용되었다. 화해를 입은 기둥의 잔존내력은 장시간의 가열시간 및 큰 축하중에 의하여 감소하는 경향을 나타내는 것으로 실험 관찰되었다. 본 연구에서 적용한 변수 값 내에서는 기둥의 피복두께 또는 동일 면적을 갖는 다른 단면 형상에 따른 화해 입은 기둥의 잔존 내력의 차이는 미소한 것으로 이론 관찰되었다. 마지막으로, 본 연구에서 개발된 수치해석 모델에 근거하여 화재 피해를 입은 콘크리트 기둥의 잔존내력을 예측할 수 있는 실용적인 식을 제시하였다.

강구조 골조의 P-Δ효과를 고려한 열화해석

임유하 中央大學校 大學院 2010 국내석사

Unbraced frames, which resist lateral load by the stiffness of the column and the beam, are subjected to additional stresses and displacements because of geometric non-linearity which is due to lateral displacement and axial force. These kind of second order effects are referred to P-Δ effects. These P-Δ effects can affect the stability of unbraced frames seriously. Especially, degradation which comes with the P-Δ effect is one of the primary factors that affect stability of steel frames under inelastic region. The objective of this study is to investigate the influence of degradation with P-Δ effects to stability and behavior of unbraced frames. The main factors of concerning are structural issues, which affect P-Δ effects of unbraced frames, and P-Δ effects in the inelastic region. For these objects, literature survey and, analytical approach are used. 2-dimensional second order inelastic analysis that adopts the stability function and the refined plastic hinge method are used for analytical approach. For numerical solution, Arc length method is used. The main parameters of analytical approach are stiffness ratio of column and beam, shape of frames, and axial and lateral force ratio. This study led to the following conclusions. The ratio of degradations increases when the load ratio increases and the stiffness of members decrease. The ratio of degradations are affected shape of frames. The influence of ratio of degradations increases when inelastic behavior of frames increases. The ratio of degradations affects the maximum lateral force, lateral displacement, initial stiffness of frames, inelastic behavior of frames, and load decrease ratio after the maximum load and stability of unbraced frames. 기둥과 보의 강성만으로 수평력에 저항하는 비가새 골조에서는 수평변위(Δ)와 축력(P)의 조합으로 인하여 추가적인 응력과 변위가 발생하게 된다. 이러한 현상을 P-Δ효과라고 하며 P-Δ효과는 부재에 추가적인 응력과 변위 발생 이외에도 골조의 안정성에 매우 큰 영향을 미칠 수 있다. 특히 이러한 P-Δ효과에 의한 열화현상은 비탄성 부분에서의 골조의 안정성에 영향을 미치는 주된 요인이다. 본 연구의 목적은 강구조 비가새 골조에서 P-Δ효과를 고려한 열화현상에 영향을 미치는 구조적 요인들을 파악하고 골조의 비탄성 거동시 P-Δ효과를 통한 열화현상을 고찰하여, 골조의 거동과 안정성에 열화가 미치는 영향을 파악하는데 있다. 이를 위해 기존의 연구 고찰, 골조의 비탄성거동시 P-Δ효과에 관한 해석적 연구가 적용되었다. 연구에 적용된 수치해석방법은 안정함수와 수정소성힌지해석법을 적용한 2차 비탄성해석법을 사용하였으며 수렴치 결정을 위해 arc length method를 적용하였다. 수치해석에 적용된 주요변수들은 기둥 및 보 부재의 강비, 골조의 형상, 그리고 축력비등이다. 본 연구를 통하여 열화율의 경우 축력비가 증가 할수록 그리고 부재의 강성이 낮아질수록 커지며, 골조의 형상에도 영향을 받는 것으로 파악되었으며 골조의 비탄성 거동에 영향이 증가 할수록 열화율이 골조의 안정성에 미치는 영향도 함께 증가하는 것으로 나타났다. 또한 P-Δ효과는 골조의 최대수평하중, 수평변위, 초기강성, 열화강성 및 열화율과 안정성에 영향을 미치고 있는 것으로 파악되었다.