김성배 조한솔 이태규 김상섭19-29.hwp

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3 실물 실험을 통한 H형강 기둥의 신형상 약축접합부 성능평가에 관한 연구 (a) HB-F1 (b) B-WK-F0 (c) HH-WK-F2 (d) HH-WK-F4 (e) HH-WK-F5 그림 3. 실험 접합상세 (f) WPL-WK-F# 념 본 하기 위해 강기둥-약보의 개 을 도입하고 있 실험 의 경우, 실험 는 강축에 하여 기둥-보 내력비가 약 1.2 로 강기둥-약보로 나 으나 약축의 경우 형상 적으로 강기둥-약보의 조건을 분 할 수 신 형상 약축접합부는 용접플레이트의 으로 보강효과를 갖으며 이에 기둥-보 내력비는 약 1.09 로 강기둥약보 조건을 하는 것으로 나 단조가력실험을 위해 H형강 단순보의 기 실험 (HB-F1)와 브라켓 형식의 기존 약축접합부(B -WKF0), 건축강구조 접합상세지침10)에서 제시하는 약축접합부(HH-WK-F2, F4, F5) 및 신형상 약축접합부 (WPL-WK-F1, F2, F3, F4) 등 9개의 실험 를 제작 하 으며, 실험 의 접합부 상세는 그림 3과 같 신형상 약축접합부의 실험 수는 보 단부가 H형강 기 둥 플랜지 내 으로 삽입되는 겹 길이가 50mm 이 가 나도 WPL-WK-F1, F2, F3, F4 4개의 실험 를 제 작하 겹침길이가 길어지, 보 단부가 기둥 내부로 삽입되므로 설치 조 등이 다로 시공성이 저하 것으로 판단된 또한 단조가력 실험결과를 로 시공 배 모든 따른 만족 충 히 만족 영향 각 록 총 변 측 립 면 까 없 배 준 칩 씩차 워 근거 될 성 및 구조성능이 우수한 신형상 약축접합부(WPL-WKFC2, FC3)와 약축접합부(HH-WK-FC4) 등 3개 의 반 가력 실험 를 제작하 실험 의 접합상세 는 단조가력 실험 의 기둥을 으로 한 의 접합 부와 동일하며, WPL-WK-FC2와 WPL-WK-FC3 실험 의 겹침길이(S)는 100mm와 50mm이 여기서, FC는 Full-scale Cyclic Loading을 의미한 각 중심 쪽면 총 각각 방법 2.2 실험 연구에서는 단조가력과 반 가력으로 구분하여 2가 지 의 실험을 수행하 으며, 실험에 한 실험 셋 및 개 는 그림 4와 그림 5에 나 내었 단조가력실험은 용량이 2,000kN인 능시험기 (U.T.M)를 이용하여 2mm/min의 도로 위제어 식으 로 가력하 으며, 실험의 정성을 확보하기 위해 내 력 이후 하 이 약 10 저감 시 하 실제 구조 물에서는 등분 하 이 작용하나 실험에서는 하 이 작용하는 것으로 가정하여 단에 트가 0이 되는 부분을 실험 의 지 으로 설정하 고, 부 트를 발 본 종 팅 최 각 타 만 방 최 % 포 중 집중 중 양 휨 점 생 중 안 속 변 종료 21

4 ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± max max

실물 실험을 통한 H형강 기둥의 신형상 약축접합부 성능평가에 관한 연구 표 5. 단조가력 실험결과에 따른 실험별 주성능 실험결과 실험 명 준 실험 기 기존 약축접합부 약축접합부 신형상 약축접합부 HB-F1 [kn m/rad.

01038 1,019 0.04830 HH-WK-F5 WPL-WK-F1 86,435 880 WPL-WK-F2 3,169 803 WPL-WK-F3 68,906 698 0.01019 0.01091 0.

011305 항회전각과 트-회전각 곡선이 만나는 점 항휨트로 정의하 실험별 최 종파괴 트-회전각 관계는 그림 6과 그림 과 료 항강도를 적용한 보의 소성트( ) 는 85kN m로 그림에 실선으로 표시하 HB-F1 실험는 기둥 및 접합부가

5% 높은 휨내력을 갖으며, 최내력을 발휘 후 휨에 의한 상부 플랜지 압축좌굴이 발생하 B-WK-F0 실험는 최휨트가 882kN m로 보 의 소성트에 비해 3.

고려하여 하중을 제하하 HH-WK-F2 실험는 최휨트가 826kN m로서 보 소성트의 약 96%의 휨내력을 나타냈으며, 기둥과 연결된 보 플랜지에서 국부좌굴이 발생하 HH-WKF4 실험는 최휨트가 861kN m로서 보의 소성모 멘트에

하중이 저하되었으나, 이후 플랜지와 웨 브의 고장력볼트 접합부에서 마찰접합이 지압접합으로 변하면서 하중이 증가하 최휨트는 1,019kN m 로 보의 소성트에 비해 약 19% 높은 휨내력을 갖으 며, 약축접합부 중에서 가장 큰 휨내력을

5 실물 실험을 통한 H형강 기둥의 신형상 약축접합부 성능평가에 관한 연구 표 5. 단조가력 실험결과에 따른 실험별 주성능 실험결과 실험 명 준 실험 기 기존 약축접합부 약축접합부 신형상 약축접합부 HB-F1 [kn m/rad.] 6,313 B -WK-F0 82,658 HH-WK-F2 69, 44 [rad.] , HH-WK-F5 WPL-WK-F1 86, WPL-WK-F2 3, WPL-WK-F3 68, WPL-WK-F4 52, 항회전각과 트-회전각 곡선이 만나는 점 항휨트로 정의하 실험별 최 종파괴 트-회전각 관계는 그림 6과 그림 과 료 항강도를 적용한 보의 소성트( ) 는 85kN m로 그림에 실선으로 표시하 HB-F1 실험는 기둥 및 접합부가 없는 단순보 형태 로서 기준이 되는 실험이 최휨트는 88kN m 로 보의 소성트에 비해 3.5% 높은 휨내력을 갖으며, 최내력을 발휘 후 휨에 의한 상부 플랜지 압축좌굴이 발생하 B-WK-F0 실험는 최휨트가 882kN m로 보 의 소성트에 비해 3.0% 높은 휨내력을 확보하 최내력이후 보 이음부 고장력볼트의 슬립으로 하중이 저하되었으나, 재상승 하 최종파단은 브라켓과 보 이음부 접합부 중간에서 커다란 파열음과 함께 휨파괴가 발생하으며, 고장력볼트의 전단파괴 등 위험한 상황을 고려하여 하중을 제하하 HH-WK-F2 실험는 최휨트가 826kN m로서 보 소성트의 약 96%의 휨내력을 나타냈으며, 기둥과 연결된 보 플랜지에서 국부좌굴이 발생하 HH-WKF4 실험는 최휨트가 861kN m로서 보의 소성모 멘트에 비해 약 1% 높은 휨내력을 나타냈으며, 기둥 플 랜지 끝에 5mm의 Stick Out으로 인해 HH-WK-F2 실 험보다 높은 휨내력을 발휘하 HH-WK-F5 실험 는 B-WK-F0 실험와 같이 브라켓과 보 이음부에서 볼트의 슬립으로 하중이 저하되었으나, 이후 플랜지와 웨 브의 고장력볼트 접합부에서 마찰접합이 지압접합으로 변하면서 하중이 증가하 최휨트는 1,019kN m 로 보의 소성트에 비해 약 19% 높은 휨내력을 갖으 며, 약축접합부 중에서 가장 큰 휨내력을 갖는 것으 로 나 WPL-WK-F1 실험는 H형강 기둥 플랜지와 보 단부 정하 고, 이 의 트를 형상 및 같으며, 재 의 파괴모드 m ax ,041 9,26 HH-WK-F4 m ax [kn m] 88 [kn m] [rad.] 1, , 압축좌굴 브라켓 휨파괴 보 플랜지 국부좌굴 보 플랜지 국부좌굴 브라켓 휨파괴 연성적인 휨파괴 용접플레이트 휨 변형 용접플레이트 휨 변형 기둥 플랜지와 용접플레이트의 용접부 균열 상부 플랜지 (a) HB-F1 (b) B-WK-F0 (c) HH-WK-F2 (d) HH-WK-F4 (e) HH-WK-F5 (f) WPL-WK-F4 그림 6. 최종파괴형상 23

6 배 조한솔 이태규 김상섭 김성 달했 (b) HH-WK-F2, F4, F5 (c) WPL-WK-F1, F2, F3, F4 그림. 실험별 트-회전각 관계 슬립 중 승 마찰 압 변 면 생 꾸준히 증 중 계속 승 달했 안 려 중 휨 파괴양 타냈 태 최 휨 %증 중 24 준 준 각각 거 최 휨 %증 의 겹침길이가 150mm로 접합된 형 이며, 트 가 1,0 4kN m로서 보의 소성 트에 비해 약 25 가 하 볼트 으로 용접플레이트와 보 플랜지 사이의 고장력볼트 접합부에서 하 저하 후 재상 하는 현상이 반 하 이것은 고장력볼트 접합부에서 접합이 지 접합으로 하 서 발 한 현상으로 내력이 가하 이후 하 이 상 하 으나 약 1,800kN 에 도 을 때 전을 고 해 실험을 단하 으며, 연 성적인 상을 나 WPL-WK-F2 실험 는 H형강 기둥 플랜지와 보 단부 의 겹침길이가 100mm로 접합된 형 이며, 트 가 1,051kN m이며, 보의 소성 트에 비해 약 23 가하 WPL-WK-F1 실험 와 같이 하 이 약 3.2 Eurocode No.3에 의한 접합부 성능평가 Eurocode에서 제시하는 Eurocode No.3의 접합부 성능 평가기 12)(이하 Eurocode No.3)은 그림 8과 같이 접합부 분 를 강도 및 강성을 기 으로 3가지로 구분하고 있 강도에 의한 분 는 전강도접합(Full Strength), 부 분강도접합(Partial Strength), 단순접합(Pin)으로 구분하 며, 강성에 의한 분 는 강접합( igid), 반강접합 (Semi-rigid), 단순접합(Pin)으로 구분한다13), 14). 신형상 약축접합부의 역학적 동을 평가하기 위해 중 생 최 휨 %높 휨 준 거 타냈 최 중 항 중 휨변 거 없 태 최 휨 % 휨 휘 중 휨변 났 리 따 필 릿 균열 생 변 씩 늘 남 따 각각 % % % 승률 변 증 타 났 변 탄 변 무 최 회 각 항 회 각 출 근거 없 휨 면 휘 데문 없 (a) HB-F1, B-WK-F0 태 안 려 간 휨변 1,800kN에 도 을 때 전을 고 해 실험을 단하 으며, 용접플레이트에 약 의 형이 발 하 WPL-WK-F3 실험 는 H형강 기둥 플랜지와 보 단부 의 겹침길이가 50mm이 트는 925kN m로 보의 소성 트에 비해 약 8 은 내력을 확보하 으며, 기 실험 및 기존 약축접합부와 의 유사한 구 조성능을 나 또한, WPL-WK-F1과 WPL-WK-F2 의 실험 에 비해 하 및 하 은 작으나, 용접 플레이트에 형과 함께 연성적인 동을 하 WPL-WK-F4 실험 는 H형강 기둥 플랜지와 보 단부 의 겹침길이가 는 형 이며, 트가 835kN m 이며, 보 소성 트의 약 9 의 내력을 발 하 신형상 약축접합부 용접플레이트의 형이 가장 많이 일어 으며, 보 단부의 전단력이 용접플레이트 가장 자 에 작용함에 라 기둥 플랜지와 용접플레이트의 용접부에서 이 발 하 신형상 약축접합부는 실험 수인 H형강 기둥 플랜지와 보 단부의 겹침길이가 50mm 어 에 라 WPL-WK-F4 실험 보다 11, 26, 29 의 내력 상 과 의 형능력이 가하는 것으로 나 형능력은 성 형을 시한 전 과 전 의 비를 하여 평가하 이러한 실험결과에 하여 신형상 약축접합부는 웨브의 전단접합이 어 도 보 단부에 작용하는 트 및 전단력이 기둥의 웨 브와 플랜지에 접합된 용접플레이트의 3 을 통해 원활 하게 분 되므로 접합부의 구조성능을 발 하는 제 가 는 것으로 판단된 그림 8. Eurocode No.3의 접합부 성능평가규준

7 실물 실험을 통한 H형강 기둥의 신형상 약축접합부 성능평가에 관한 연구 따 별 회 각 곡선 휨 한 소성회전각( )인 식 (2)로 무차원화 하으며, 그 결 과를 그림 9에 나타내었 Eurocode No.3에 라 실험 트- 전 을 보의 소성 트( )인 식 (1)과 보의 강성( )에 의 (1) (2) (1) 강성평가 접합부 강성은 실험 트-소성 전 의 기강성이며, 보 강성은 Eurocode No.3에 기강성으 로 보의 소성 트를 기 으로 소성 전 과의 비로 정하 HB-F1 실험 는 접합부 강성이 보 강성에 비 해 1.8, B -WK-F0 실험 는 2. 약축접합부의 HH-WK-F2, F4, F5 실험 는 접합 부 강성이 보 강성에 비해 1.2, 1.0, 2.3 게 나 또한 신형상 약축접합부의 경우, WPL-WK-F1 실험 는 접합부 강성이 보 강성에 비해 5.3 으며 실험 에서 가장 은 강성을 갖는 것으 로 나 WPL-WK-F2 실험 의 접합부 강성은 보 강성에 비해 2.0, WPL-WK-F3 실험 는 1.1 게 나 으나, WPL-WK-F4 실험 는 접합부 강성이 보 강성의 0. 로 Eurocode No.3에 접합부 성능평가기 이하로 나 기 실험 (HB-F1) 및 기존 약축접합부(B -WK-F0) 와 약축접합부(HH-WK-F2, F4, F5), 신형상 약축 접합부의 WPL-WK-F1, F2, F3 실험 는 강성비가 1보 다 므로 강접합( igid) 역으로 분 할 수 있 그러 나 WPL-WK-F4 실험 는 반강접합(Semi-rigid) 역으 로 분 되는 것으로 나 별 배 회 각 곡선 초 따른 초 준 회 각 배 크 각각 배 배 배 크 났 모든 중 배 배 준 준 크 영 높 따른 배크 (a) HB-1, B-WK-F0 타 배크 (b) HH-WK-F2, F4, F5 영 검토 최 휨 % % 높 최 휨 % 최 휨 각각 % % 높 최 휨 % % % 높 최 휨모 멘 % 준 휨 큰 영 영 (2) 내력 HB-F1 실험 의 트는 보의 소성 트에 비해 3.5, B -WK-F0 실험 는 3.0 HH-WK-F2 실험 는 트가 보 소성 트의 약 96 로 나 으며, HH-WK-F4와 HH-WK-F5 실험 의 트는 보의 소성 트보다 약 1, 19 또한 WPL-WK-F1 실험 의 트는 보의 소성 트에 비해보다 약 25, WPLWK-F2 실험 는 약 23, WPL-WK-F3 실험 는 약 8 으나, WPL-WK-F4 실험 는 트가 보 소성 트의 약 9 로 나 기 실험 (HB-F1) 및 기존 약축접합부(B -WK-F0) 와 약축접합부(HH-WK-F4, F5), 신형상 약축접합 부의 WPL-WK-F1, F2, F3 실험 의 내력은 보의 소 성 트 보다 것으로 보아 전강도접합(Full Strength) 역으로 분 할 수 있 그러나 HH-WK-F2 실험 와 WPL-WK-F4 실험 는 부분강도접합(Partial Strength) 역으로 분 되는 것으로 나 (c) WPL-WK-F1, F2, F3, F4 그림 9. 무차원화한 트-소성회전각 관계 4. 반가력 실험결과 및 분석 별 회 각 계 따른 별 표 각 회 각 계 최종파괴 타 료 항 % 림에서 실선으로 표시하 H형강 기둥 플랜지와 보 단부의 겹침길이가 100mm인 WPL-WK-FC2 실험는 실험시작 후 층간변위각 4.1 실험 트- 전 관 반 가력 실험결과에 실험 주 구조성능은 6과 같고, 실험 에 한 트- 전 관 및 형상은 그림 10과 그림 11에 나 내었 재 의 강도를 적용한 보의 소성 트는 86 kn m이며, 보 의 소성 트( )와 보 소성 트의 80 (0.8 )를 그 25

배 조한솔 이태규 김상섭 김성 (a) WPL-WK-FC2 (a) WPL-WK-FC2 (b) WPL-WK-FC3 (c) HH-WK-FC4 그림 11.

합으로 하 서 내력이 가하 그림 10(a) 와 같이 정 (부 트)과 부 (정 트)에서 트는 보의 소성 트에 비해 약 4, 1 가한 내력을 발 하

보 부재 에서 발 하 H형강 기둥 플랜지와 보 단부의 겹침길이가 50mm인 WPL-WK-FC3 실험 는 WPL-WK-FC2 실험 와 같이 첫 번째

실험별 트-회전각 관계 실험 명 m ax m ax m ax (-) m ax m ax rad rad rad kn m rad kn m WPL-WK-FC2

0585-0.0593 921 0.0294-1,010-0.0389 0.0386-0.

8 배 조한솔 이태규 김상섭 김성 (a) WPL-WK-FC2 (a) WPL-WK-FC2 (b) WPL-WK-FC3 (c) HH-WK-FC4 그림 11. 실험별 최종파괴형상 (b) WPL-WK-FC3 첫 째 클 슬립 만 마찰 압 변 면 꾸준히 증 방향 휨 방향 휨 최 휨 각각 % % 증 휨 휘 특 골 회 각 만족 파괴양 좌굴 힌 떨 생 슬립 0.015rad 번 사이 가력 시 용접플레이트와 보 플 랜지 사이의 고장력볼트 접합부에서 볼트 으로 내력 이 저하되는 현상이 나 지 이후 접합이 지 접 합으로 하 서 내력이 가하 그림 10(a) 와 같이 정 (부 트)과 부 (정 트)에서 트는 보의 소성 트에 비해 약 4, 1 가한 내력을 발 하 으며, 수 트 조 (SMF)에서 구하는 전 과 트 성능을 하 접합부 상은 플랜지와 웨브의 국부 로 내력 이 저하하 으며, 소성 지는 접합부에서 어진 보 부재 에서 발 하 H형강 기둥 플랜지와 보 단부의 겹침길이가 50mm인 WPL-WK-FC3 실험 는 WPL-WK-FC2 실험 와 같이 첫 번째 사이클 가력 시 볼트 으로 인한 내력저하 (c) HH-WK-FC4 그림 10. 실험별 트-회전각 관계 실험 명 m ax m ax m ax (-) m ax m ax rad rad rad kn m rad kn m WPL-WK-FC2 1, , WPL-WK-FC3 1, , , HH-WK-FC4 + m ax 방향의 최 휨내력시 회전각 (+) : 부방향의 최 회전각 주) m ax ( ) : 부 26 + m ax ( ) 표 6. 반가력 실험결과에 따른 실험별 주성능 (+) (-) (-) (+) 방향의 최 휨내력시 회전각 (-) : 정방향의 최 회전각 m ax (-) : 정 m ax 파괴모드 좌굴 보 플랜지 및 웨브의 국부 연성적인 휨파괴 수평 스티프너와 보 플랜지 용접부의 성 취 파괴

9 실물 실험을 통한 H형강 기둥의 신형상 약축접합부 성능평가에 관한 연구 마찰 휨 압 변 면 증 방향 휨 방향 최 휨 각각 % % 증 휨 휘 특 골 만족 파괴양 필릿 열영향 균열 생 달리 힌 생 근거 거 까 커 란 없 방향 휨 방향 휨 최 휨모 멘 각각 % %높 중간 골 만 족 첫 째 싸 클 방향 취 파괴 생 면 급격 취 파괴 급격 면 변화 차 영향 따 중간모 멘 골 회 각 만족 향 취 파괴 영향 검토 필 이후 접합이 지 접합으로 하 서 내력이 가하 그림 10(b)와 같이 정 (부 트)과 부 (정 트)에서 트는 보의 소성 트에 비해 약 39, 2 가한 내력을 발 하 으며, 수 트 조(SMF)에서 구하는 성능을 하 접합 부 상은 상부 및 하부 용접플레이트의 용접부 부에서 이 발 하 으며, WPL-WK-FC2 실험 와 소성 지는 기둥 플랜지와 용접플레이트의 접 합부에서 발 하 건축강구조 접합상세지침에 한 약축접합 부의 HH-WK-FC4 실험 는 실험시작 후 0.02rad 동 시 지 다 내력저하는 었으며, 그림 10(c)와 같이 정 (부 트)과 부 (정 트)에서 트가 보의 소성 트보다 약 16, 6 으며, 트 조(IMF)에서 구하는 성능을 하 이후 0.04rad 번 이 의 부 가력 시 수평 스티프너와 보 플랜지의 용접부에서 성적 가 발 하 서 내력이 하게 감소하 이러한 성적 는 보 플랜지와 상부 수평 스티프너의 한 단 에 의한 강성 이 으로 판단된 라서 트 조(IMF)에서 구하는 전 이상을 하 으 나, 후 성적 에 의한 을 할 가 있다 고 판단된 회 각 계 휨 환 타 화 곡선 곡선 각 최 변 점 응 점 켜 끄럼 생 방법 곡선 무높 될 각 최 점 곡선 곡선 특 중 초 낮 휨 높 각각 % %증 휨 타냈 각각 % % 높 휨 %증 % 취 파괴 4.2 단조가력 및 반 가력 실험결과 비교 분석 반 가력실험의 트- 전 관 (부 트)를 단 조 (Skeleton Curve)으로 치 하여 단조가력 실험 결과와 비교 분석하 으며, 그 결과를 그림 12에 나 내 었 일반적으로 반 가력 실험 의 단조 은 이력 에서 cycle에 위 에 하는 을 평행 이동 시 연결함으로써 정하고 있다15). 그러나 신형상 약축접합부의 WPL-WK-FC2와 WPL-WK-FC3 실험 는 고장력볼트 접합에서 미 이 발 하므로 일반적인 에 의한 단조 은 연성도가 너 게 평가 가 능성이 있어 cycle의 을 연결하여 단조 을 정하 또한 그림 13은 두 실험의 단조 을 이용하여 주 내진 성 하나인 전 에너지소 능력을 평가한 것이 단조 및 반 가력실험을 비교 분석한 결과, 반 가력 실험 가 단조가력 실험 에 비해 기강성은 다소 게 나 으나, 내력 및 에너지소 능력은 WPL-WK-FC2, FC3 실험 는 WPL-WK-F, F3 실험 에 해 약 20, 29 가한 내력을 나 으며, 에너지 소 능력 또한 약 34 와 1 HH-WK-FC4는 HH-WK-F4 실험 에 비해 내력 이 약 14 가하 으나, 에너지 소 능력은 약 6 감 소하 이는 수평 스티프너와 보 플랜지 용접부의 성적 로 인한 것으로 판단된 또한 신형상 약축접 합부는 H형강 기둥플랜지와 보단부의 겹침길이가 50mm 이상이 시공성 아니라 구조성능 및 내진성능 두 약축접합부 보다 우수한 것으로 확인되었 화 곡선 면 뿐만 모 (a) WPL-WK-F2, FC2 (b) WPL-WK-F3, FC3 (c) HH-WK-F4, FC4 그림 12. 무차원화한 트-소성회전각 관계 그림 13. 전 에너지 소능력 2

회원번호 대표자 공동자 KR000****1 권 * 영 KR000****1 박 * 순 KR000****1 박 * 애 이 * 홍 KR000****2 김 * 근 하 * 희 KR000****2 박 * 순 KR000****3 최 * 정 KR000****4 박 * 희 조 * 제

회원번호 대표자 공동자 KR000****1 권 * 영 KR000****1 박 * 순 KR000****1 박 * 애 이 * 홍 KR000****2 김 * 근 하 * 희 KR000****2 박 * 순 KR000****3 최 * 정 KR000****4 박 * 희 조 * 제 KR000****4 설 * 환 KR000****4 송 * 애 김 * 수 KR000****4