실물크기의 H형강 기둥-보 신형상 약축접합부에 대한 구조성능평가

심현주,조한솔,김대회,김상섭,Shim, Hyun Ju,Cho, Han Sol,Kim, Dae Hoi,Kim, Sang Seup 한국강구조학회 2013 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.25 No.3

현재 가장 많이 사용되는 기존 약축접합부는 브라켓 타입으로 기둥과 보를 접합하는 과정에서 수평 스티프너가 필요하며, 기둥과 브라켓의 용접접합으로 인해 용접량이 비교적 많아 접합부에서 취성파괴가 우려된다. 본 논문은 용접플레이트를 사용함으로써 기존 약축접합부가 가지는 문제점에 대한 해결책을 제시할 수 있는 신형상 약축접합부를 제작해 기존 약축접합부 및 표준 약축접합부와 비교하여 구조성능을 평가하였다. 신형상 약축접합부는 H형강 기둥웨브에서 보 단부사이의 거리를 50mm, 100mm, 150mm, 200mm로 하였다. 실험결과 신형상 약축접합부는 H형강 기둥웨브와 보 단부사이의 거리가 150mm일 때 기준 실험값과 가장 비슷한 것으로 나타났으며, 기존 약축접합부와 표준 약축접합부와 비교해 우수한 구조성능을 가지는 것으로 나타났다. This paper reports a new beam-to-column connection that is suitable for use in the weak axis of a column. The proposed system mainly uses bolts, and it minimizes the use of welding, which is generally difficult to perform onsite. In this system, a H-shape steel beam is joined to a H-shape steel column by bolted splices at the top flange and without a scallop at the web. The structural performance of the proposed connection was verified through full-scale tests of nine specimens, taking into account the effects of the geometry and arrangement of the plate.

시공성을 고려한 H형강 기둥의 신형상 약축접합부 내진성능평가

김성배,조한솔,이태규,김상섭,Kim. Sung Bae,Cho. Han Sol,Lee. Tae Gyu,Kim. Sang Seup 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.2

H형강 기둥에 대한 신형상 약축접합부를 개발하여 단조가력실험을 통해 구조성능평가에 관한 연구를 수행하였으며, 선행연구결과를 바탕으로 본 연구는 시공성을 고려한 신형상 약축접합부의 내진성능을 평가하기 위해 반복가력실험을 실시하였다. 신형상 약축접합부는 접합개소 및 용접량이 적고 접합상세가 단순하며, 접합부에 작용하는 힘의 흐름이 명확하다는 장점이 있다. 이에 따라 H형강 기둥플랜지와 보 단부의 겹침길이를 실험변수로 한 신형상 약축접합부(WPL-WK-FC2, WPL-WK-FC3)와 건축강구조 표준접합상세지침에 근거한 표준 약축접합부(HH-WK-FC4) 총 3개의 실험체를 실물대 사이즈(Full-scale)로 제작하였다. 실험결과, 신형상 약축접합부는 0.04 rad 이상의 층간변위각에서 보 소성모멘트(<TEX>$M_P$</TEX>)의 80%이상을 유지하는 특수모멘트골조(SMF)의 내진성능을 확보하였으며, H형강 기둥플랜지와 보 단부의 겹침길이가 50 mm 이상이면 시공성 뿐만 아니라 구조적으로 우수한 것으로 나타났다. H-section steel column new shape weak-axis was developed and performed through monotonic loading test regarding basic structural performance evaluation. In this study cyclic loading test was followed up in order to evaluate seismic performance through the full-scale of new shape weak-axis connection for constructabilitiy. New shape weak-axis connection has a simple shape with the less spot of welding points, and it has advantage about showing the obvious flow of strength in connection points. Therefore, three specimens are built for the variables which are overlap length of beam-end and column flange. As the result, New shape of weak-axis connection is appeared special Moment Frame(SMF) and have excellent structural performance and constructablility when the parameter is over 50 mm.

시공성 향상을 위한 제4세대 H형강 기둥-보 약축접합부의 개발 및 성능평가

김필중,부윤섭,양재근,이은택,김상섭,Kim, Pil-Jung,Boo, Yoon-Seob,Yang, Jae-Guen,Lee, Eun-Taik,Kim, Sang-Seup 한국강구조학회 2011 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.23 No.3

국내외적으로 강구조 약축접합부의 접합방법으로는 브라켓타입이 주로 사용되고 있다. 브라켓타입의 약축접합부는 기둥-보접합부를 공장에서 제작한 후, 현장에 운반하여 시공하므로 보이음부가 추가된다. 따라서 보이음부의 설치비용 및 공사기간이 증가되므로 강구조물의 경쟁력이 저하된다. 본 연구에서는 기존의 표준약축접합부를 개선하여 힘의 흐름이 명확하고, 접합상세가 간결하며, 시공성을 향상시킨 신형상 약축접합부를 제안하였다. 실험결과를 통하여 신형상 약축접합부는 기존의 표준약축접합부보다 최대내력이 크게 나타났으며, 또한 연성적으로 거동하는 것으로 나타났다. 여기서 기존의 표준약축접합부는 스칼럽 또는 보이음용접부에서 응력집중으로 인하여 파괴되는 반면에, 신형상 약축접합부는 응력이 집중되는 스칼럽 및 보이음용접부가 없으며, 또한 H형강기둥과 보를 결합하기 위한 용접플레이트의 두께를 자유롭게 조절할 수 있으므로 이러한 차이가 기둥-보접합부의 최대내력 증가 및 연성적 거동에 기여하는 것으로 판단된다. Bracket-type connection is often used for the weak-axis steel connection. In general, a beam-to-column connection for the bracket type is fabricated at the shop and abeam splice is additionally attached to the bracket in the site. Therefore, steel construction would not be competitive due to the increase of beam splice fabrication cost and overall construction period. This paper now proposes the new weak-axis connection types without a scallop, which has more definite strength flow, simple connection details, and better workability. From the series of experiments, the proposed connections showed better strength and ductility in comparison with standard details with scallop because the thickness of the welding plate for wide-flanged, beam-to-column connection can be easily adjusted.

시공성을 고려한 H형강 기둥-보 약축 접합부의 구조성능 및 CO₂ 발생량 평가

심현주,김상섭,Shim. Hyun Ju,Kim. Sang Seup 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.1

강구조 기둥-보 접합부에 있어서 약축접합부의 접합방법으로는 브라켓타입 및 용접비보강 플랜지-볼트웨브(Welded Unreinforced Flange-Bolted Web, WUF-B)형식을 사용하고 있는 것으로 조사되었다. 브라켓타입의 약축접합부는 기둥-보 접합부를 공장에서 제작한 후, 현장에 운반하여 시공하므로 보 이음부가 추가된다. 따라서 보 이음부의 설치비용 및 공사기간이 증가되므로 강구조물의 경쟁력이 저하된다. 본 연구에서는 기존의 표준약축접합부를 개선하여 힘의 흐름이 명확하고, 접합상세가 간결하며, 시공성을 향상시킨 신형상 약축접합부를 제안하였다. 본 연구에서는 제안된 접합상세에 대한 구조성능을 평가하고, 약축접합에 필요한 접합재료의 소요수량 및 <TEX>$CO_2$</TEX>배출량을 기준으로 경제성을 정량적으로 평가하였다. This paper presents a new beam-to-column connection suitable for the column`s weak axis. The proposed system is developed to mainly utilize bolts with the number of welds minimized, thereby avoiding difficulties encountered in in-situ welding. In this system, a wide-flange beam is joined to a wide-flange column by bolted splices at the top flange and without a scallop at the web. The structural performance of the proposed connection was verified through tests of eight specimens, taking into account the effects of the geometry and arrangement of the plate. To evaluate the economy, it estimated the requirements of connection materials and <TEX>$CO_2$</TEX> emissions.

단조가력을 통한 신형상 약축접합부의 역학적거동에 대한 실험적 연구

조한솔,이태규,황보찬,김상섭 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.5

Although much researches are performed on the strong axis steel connection of H-shape beam-to-column, there is little researches on the weak-axis steel connection. New shape weak-axis connection has a simple shape with the less spot of welding points, and it has advantage about showing the obvious flow of strength in connection points. Therefore, this research performed monotonic loading test by making weak-axis connection in full-scale test specimens. The experimental results of weak-axis connection are evaluated by applying criterion of connection performance that suggested in the AISC and Eurocode No.3. 강구조 기둥-보 접합부에서 H형강 강축접합에 대한 많은 연구가 진행된 반면, 약축접합에 대한 연구는 미비하다. 제안하고자하는 신형상 약축접합부는 접합개소 및 용접량이 적어 접합상세가 단순하며, 접합부에 작용하는 힘의 흐름이 명확하다는 장점이있다. 본 연구에서는 브라켓 형식의 기존 약축접합부, 표준 약축접합부 및 신형상 약축접합부의 실물대 실험체를 제작하여 단조가력실험을 수행하였으며, 실험결과를 비교분석하여 AISC와 Eurocode No.3의 접합부 성능평가규준을 적용해 약축접합부의 역학적 거동을 평가하였다.

약축 보-기둥 접합부의 경제성에 관한 연구

박종원,강승민,오용준,Park, Jong Won,Kang, Seoung Min,Oh, Yong Jun 한국강구조학회 2007 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.19 No.6

국내의 경우 철골 보-기둥의 접합부에 브라켓 형식이 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 브라켓 형식의 접합부에서 약축방향의 접합부를 대상으로 접합부의 디테일을 바꿈으로서 보다 경제적이면서 동시에 기존의 접합 디테일을 사용한 접합부와 구조적으로 유사한 성능을 발휘할 수 있는 접합부를 개발하였다. 접합 디테일을 다르게 한 4개의 접합부를 제안하고 이에 대해 경제성을 비교하였다. 또한 제안된 접합형식의 구조적 성능을 검증하기 위해 기존 접합 디테일을 포함하여 총 다섯 개의 시험체를 제작하고 이에 대한 최대내력 실험연구를 수행하였다. 4개의 제안된 접합형식 모두 기존의 접합형식에 비해 경제적인 것으로 나타났으며 최대내력 실험의 경우 한 접합형식을 제외하고 모두 보의 소성모멘트를 발휘할 수 있었으며 기존의 접합형식과 유사한 충분한 변형특성을 발휘할 수 있는 것으로 나타났다. Column-tree beam-to-column joints are widely used in moment-resisting frames in Korea. In this study, we proposed four different arrangements for weak-axis moment-resisting beam-to-column connections, which are more economical than the conventional connection, while developing similar structural performance. We investigated the proposed connections whose connection details were different from the conventional one. The experiment was also conducted on a total of five beam-to-column joint specimensto verify the structural performance of the proposed connections. All four connections proposed in this study were found to be more economical that the conventional connection. Three out of four specimens with proposed details were able to developa structural performance similar to that of the specimen with the conventional detail.

소규모 철골조 보-기둥 약축 모멘트 접합부의 내진성능

임우영,유영찬,Lim, Woo-Young,You, Young-Chan 한국강구조학회 2017 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.29 No.2

본 연구에서는 국내 소규모 철골조 건축물에서 실제 시공된 보-기둥 약축 접합부에 대한 현황조사를 바탕으로 시공성을 향상시킨 약축접합부 상세를 제안하였으며, 제안된 약축접합부에 대한 반복가력 실험을 통해 접합부 내진성능을 평가하였다. 실험변수는 보-기둥 접합부에 사용된 볼트의 개수이다. 실험결과, 본 연구에서 제안하고 있는 보-기둥 약축 접합부의 거동은 수평 스티프너에 연결되는 고력볼트의 개수의 의해 결정되는 것으로 나타났다. 접합부에 4개 이상의 볼트접합이 사용될 경우 현행 기준에서 요구하는 부분 강접합 요구조건을 만족시키는 것으로 나타났다. 모든 실험체는 플랜지 연결플레이트의 연단쪽 보 플랜지 볼트 구멍 주위에서 국부적인 지압파괴와 파단 등이 발생하였다. 하지만, 웨브 높이와 플랜지 폭이 작은 기둥을 사용할 경우, 접합부에 사용되는 고력볼트의 개수가 제한적으로 사용되어야 할 것으로 판단되므로 향후 이 부분에 대한 추가적인 연구가 필요하다. Cyclic loading tests for beam-to-column weak-axis connections were performed to investigate the seismic performance. In this study, the connections were developed to improve the constructability on the basis of investigation for existing small-size steel structures. The primary test parameter is the number of high-tension bolts which are used to connect steel beam and column using exterior and interior flange plates. Test results showed that the number of bolts had a significant effect on the cyclic behavior of beam-column weak-axis connections. From the analysis of test results, it is concluded that more than four bolts in the connections can satisfy the requirements of semi-rigid connection presented in current design codes. All of specimens showed the bearing failure around bolt holes and fracture at the beam flange. However, when the web height and the flange width is relatively small, the number of the bolts used in the connections might be limited. Thus, the additional research in this area is needed.

수평스티프너를 이용한 철골 기둥-보 약축접합부 상세 개발에 관한 연구

이도형,함정태,김성배,김영호,김상섭,Lee, Do Hyung,Ham, Jeong Tae,Kim, Sung Bae,Kim, Young Ho,Kim, Sang Seup 한국강구조학회 2004 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.16 No.5

The strong beam-to-column axis connections in steel structures have been studied for a long time to develop the strength and resistance of the connections. There have been very few studies, however, related to weak axis connections. Domestically, the bracket-type connection is commonly used in weak axis connections to elevate the efficiency of the constructions when the steel structures are constructed. The bracket-type connection detail has been applied moderately to weak axis connections. Therefore, the bracket-type connection in weak axis connections might be brittle and over-designed. The results of this study showed that the welding on the web of the column and the beam was unnecessary. In addition, this study confirmed that the new weak axis connection proposed in this study was superior to the previous connection in terms of strength and ductility. 철골 기둥-보 강축 접합부에 대한 연구는 그 동안 국내외에서 오랜 기간 연구가 진행되어 내진성능 및 접합부의 강도를 개선시킬 수 있는 많은 접합 형식이 개발되어 사용 중에 있으나, 약축 접합 형식에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 또한 현재 국내에서는 시공성을 고려하여 기존의 브라켓형식 용접 접합부를 선호하고 있으나, 용접량이 많아 취성적인 거동이 우려되며 과대 설계된 경향이 있다. 본 연구의 실험 결과에서 기존 브라켓 형식 용접접합은 용접량이 과도한 것으로 나타났으며, 기둥 웨브와 보의 웨브의 용접은 불필요한 것으로 판단된다. 그리고 본 연구에서 제안한 새로운 기둥-보 약축 접합형식들에 대한 실험 결과에서 기존 브라켓형식 용접접합보다 우수한 내력 및 연성을 보유하여 구조적으로 안전함을 확인할 수 있었다.

브라켓 및 WUF-B 형식 철골모멘트골조 약축접합부 내진성능평가

이강민,정희택,윤석용,이은모,오경환,Lee, Kang Min,Jeong, Hee Taek,Yoon, Seok Ryong,Lee, Eun Mo,Oh, Kyung Hwan 한국강구조학회 2008 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.20 No.4

1994년 노스리지 지진 이후, 철골모멘트골조 강축방향 접합부의 내진성능 평가에 관한 연구가 국내 외에서 활발하게 진행되어온 반면, 국내 철골모멘트골조 내진설계 및 시공의 실무에 관행적으로 적용되고 있는 철골모멘트골조 약축방향 접합부의 내진성능 평가 연구가 국내는 물론 국외에서도 그 사례를 찾아보기 힘든 상황이다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 내진성능 확보 여부가 확인되지 않은 상태에서 내진설계 실무에서 가장 많이 사용되고 있는 브라켓 형식 및 WUF-B 형식의 접합상세를 갖는 철골모멘트골조 약축접합부의 실물대(Full scale) 실험체를 제작 및 실험하여 이와 같은 형상의 접합부에 대한 내진성능을 평가하여 향후 이와 같은 형상을 갖는 철골모멘트골조 약축접합부의 설계를 위한 기초자료를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 현장조사 및 설계도서등의 기존 자료를 통해 총 2개의 실험체를 제작하여 내진성능을 평가 실험연구를 수행하였다. 실험결과로부터 최대내력 비교, 하중-변위 이력 및 응력도 등에 대한 거동을 비교 분석 하였다. 실험결과 층간변위각 5%의 BR-W 실험체가 층간변위각 4%를 갖는 WUF-B 실험체에 비해 우수한 구조적 거동을 보여주었으며, 설계 내력을 상회하는 내력을 보유하고 있는 것을 알 수 있었다. 또한 브라켓 형식의 실험체는 최대내력 도달 이후 완만한 강도 저하를 나타내었으나, WUF-B 형식의 실험체는 최대내력 도달 이후 급격한 하중 저하를 나타내며 취성적인 거동을 보였다. There has been much focus on the strong axis steel moment connections after the Northridge earthquake in 1994. However, research studieson the seismic behavior of weak axis moment connections could be hardly found despite the fact that these connection details have been frequently used as seismic details of MRF in Korea. Therefore, the objective of this research is to provide better knowledge on the seismic behavior of weak-axis steel moment connections, which can be widely applicable to many structures with similar characteristics. For this purpose, an experimental program was designed and performed with twotypes of weak-axis steel moment connections, namely the bracket type and WUF-B type, based on the survey of existing field data and literatures. Using the experimental results obtained from the quasi-static cyclic testing of these specimens, structural performances of the joints such as hysteretic curves, maximum strength capacities and the strain of reinforced bars were investigated. From the test results, the bracket-type connection was shown to have more than a 5% story drift capacity, compared with the WUF-B type connection's 4%. These specimens were also shown to have higher strength capacities than the nominal design strength. The bracket-type connection showed a slow strength degradation after maximum strength was researched. However,the WUF-B type connection showed a rapid strength degradation that caused brittle behavior.

H형강 기둥의 약축에 대한 기둥-보 접합상세 개발 및 내력평가

김상섭,이도형,함정태,김규석,Kim, Sang Seup,Lee, Do Hyung,Ham, Jeong Tae,Kim, Kyu Suk 한국강구조학회 2004 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.16 No.1

One of the most influential elements is the moment resisting beam-to-column connection vis-a-vis the behavior and cost of multistory steel building frames. Majority of these connections are column flange connections attached to beam frames. This is called strong-axis connection. Another type of moment resisting connection commonly found in building frames is the web axis connection. In this type of connection, the beams are attached to the plane of the column web perpendicularly. It is called the weak-axis beam. and it tends to bend the column at its weak axis. In this study, some of the fundamental behaviors of beam-to-column connections were examined by changing the connection details as weil as comparing them with previous connection details. This study sought to develop the details in the beam-to-column connection in the weak axis for middle- and low-rise steel construction systems. 강구조 기둥-보 접합부에 대한 연구는 그동안 국내외에서 오랜 기간 연구가 진행되어 내진성능 및 집합부의 강도를 개선시킬 수 있는 많은 접합 디테일이 개발되어 사용 중에 있으나, 현재 국내에서는 시공성을 고려하여 기존의 브라켓 형식의 접합부를 선호하고 있다. 본 연구에서는 약축 접합부의 연성적인 거동을 확보하면서 시공이 편리한 기둥-보 접합부를 실험과 이론해석을 통해 개발함으로써 철골구조시스템이 중저층 건물에도 사용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. 또한 약축에 대한 기둥-보 접합부의 구조설계 및 시공에 필요한 기초 자료를 제시하고자 한다.