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안재권,이철호,Ahn, Jae Kwon,Lee, Cheol Ho 한국강구조학회 2015 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.27 No.2
In this paper, the standard fire resistance test under load and associated numerical study were carried out to evaluate the fire resistance of unprotected partially encased beams and slimfloor beams. The temperature evolution and the deflection increase of the composite beam specimens were investigated and the effects of the key behavioral parameters including the load ratio, the reinforcement, and the fire exposure were analyzed. The test results showed that the temperature rise of the partially encased beams and slimfloor beams is considerably slow compared to the conventional H-shape composite beams. Up to at least 90 minutes, the reinforcements in the partially encased composite beams maintained below the temperature at which the cold steel strength is sustained. Unprotected partially encased beams and slimfloor beams in the experimental program achieved the fire resistance more than 2 hours according to the limiting deflection criteria. This implies that unprotected partially encased beams and slimfloor beams can be very promising alternatives to enhancing the fire resistance of steel beams. This study also conducted the fully coupled thermal-stress analysis by using the commercial code ABAQUS to the thermal and structural behaviour of composite beams in fire. The numerical predictions provide acceptable correlations with the experimental results. 본 연구에서는 매립형 합성보와 슬림플로어보의 내화성능평가를 위한 재하가열실험 및 수치해석연구를 수행하였다. 이를 통해 화재 시 합성보의 온도 및 처짐 변화를 분석하고 하중비, 철근, 화재노출면 등의 합성보 설계변수들이 내화성능에 미치는 영향을 비교하였다. 화재실험결과 매립형 합성보와 슬림플로어보의 경우 강재의 온도상승이 일반형 합성보에 비해 상당히 지연됨을 확인하였다. 그리고 매립콘크리트 내에 보강된 철근은 최소 90분까지는 상온강도를 발휘할 수 있는 온도이하를 유지하였다. 무보강 매립형 합성보, 철근을 보강한 매립형 합성보와 슬림플로어보의 경우 처짐량 제한 기준만으로도 2시간 이상의 내화성능을 달성하였다. 이는 무피복 매립형 합성보와 슬림플로어보가 강재보의 내화성능을 증진하는 합리적인 대안이 될 수 있음을 시사한다. 합성보 재하가열실험에 대하여 ABAQUS를 활용한 유한요소해석을 수행한 결과 전체적인 처짐 양상 및 내화시간의 예측에 있어서 해석결과가 실제 실험결과를 신뢰성 있게 구현하고 있음을 확인하였다.
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반복화재를 고려한 건축구조용 고성능 특수형강의 내화성능
안재권,류은미,조규환,여인환 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.11
최근 건축물 및 시설물의 고층화 및 복합화 등으로 인해 이들에게 발생 가능한 화재 시나리오의 형태가 다양해졌다. 그 중에서도 1차 화재를 겪은 건축구조부재의 2차 화재 가능성 및 내화성능 유지 여부도 중요하게 관심을 받기 시작했다. 이러한 배경으로 본 연구에서는 다른 구조용 강재와 비교하여 상온 특성은 유사하나 고온에서의 강도 유지 성능이 우수한 항복강도 420MPa급 내화강을 대상으로, 건축물의 반복화재 시 내화성능을 검토하고자 하였다. 우선 건축물의 부재 단위 성능 검증 이전에 일반강과 내화강의 소재 단위에서 상온강도, 1차 고온노출 후 잔존강도, 2차 고온노출 시 하중지지력 유지 수준을 비교함으로써 이들 강재를 적용한 건축구조부재의 반복화재 시 거동 특성을 예측하고자 하였다. 다음으로 건축물의 기둥 부재를 대상으로 같은 방법으로 반복화재에 대응하는 일반강 대비 내화강의 내화성능을 평가하였다.
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접합부 회전능력에 기초한 중/저층 철골모멘트골조의 내진설계
안재권,이철호,Ahn, Jae Kwon,Lee, Cheol Ho 한국강구조학회 2007 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.19 No.6
본 연구에서는 중/저층의 철골모멘트골조를 대상으로 합리적이고 실용적인 변위기반 내진설계절차를 제시하였다. 현행의 내진설계에서는 구조시스템 종별에 따라 경험적이고 획일적으로 규정된 반응수정계수를 토대로 설계가 수행되므로, 접합부가 보유한 회전능력의 적정성 여부를 검증하기가 어렵다. 본 논문에서는 실험적으로 입증된 철골모멘트골조 접합부의 가용 소성회전능력을 주요설계변수로 직접 사용하는 새로운 설계법을 제시하였다. 이 설계방안의 정립을 위해, 우선 지금까지 불분명한 관계로 남아있던 접합부의 가용 소성회전능력과 반응수정계수 사이의 관계를 합리적이고 정량적으로 정의하는 방안을 제시하였다. 이를 토대로 변위에 기반한 단계별 내진설계절차를 제시하고 비선형동적해석에 의해 방안의 타당성을 입증하였다. A displacement-based seismic design procedure was proposed for mid-to-low-rise steel moment frames. The proposed method was totally different from the current R-factor approach in that it directly uses available connection rotation capacity as a primary design variable. To this end, the relationship between available connection rotation capacity and seismic response modification (R factor) was established first; this relationship has been a missing link in current ductility-based design practice. A step-by-step displacement-based iterative design procedure was then proposed and verified using inelastic dynamic analysis.
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안재권,류은미,조규환,여인환 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
내화강은 다른 구조용 강재와 비교하여 상온 특성은 유사하나 고온에서의 강도 유지 성능이 우수하며, 이로 인해 건축물 화재 발생 시에도 주요 구조부재의 하중지지력 유지에 크게 기여할 것으로 기대되어 왔다. 본 연구에서는 최근 국내에서 개발 중인 항복강도 420MPa 급 내화강재의 고온강도 및 고온노출이후 잔존강도에 대한 특성을 일반강재와 비교함으로써 건축구조부재에 대한 내화강의 적용성을 평가하였다. 또한 건축물 기둥부재의 대표적인 단면형태를 대상으로 내화강 및 일반강을 적용한 내화성능평가를 수행하여 실제 구조부재에 있어서의 일반강 대비 내화강의 내화성능 증진 정도를 확인하였다. 소재시험 및 기둥부재 내화성능평가 결과, 내화강의 경우 기존 일반강재에 비해 고온에서도 상당히 높은 강도 수준을 유지하였고, 건축구조부재에 적용한 경우에도 내화시간의 증진이 뚜렷함을 확인하였다.
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재하가열시험에 의한 무내화피복 콘크리트충전 각형강관기둥의 내화성능평가
안재권,이철호,Ahn, Jae Kwon,Lee, Cheol Ho 한국강구조학회 2014 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.26 No.4
본 연구에서는 표준화재에 노출된 무피복 콘크리트충전강관(CFT)기둥의 내화성능 및 거동 특성을 파악하고자 화재실험 및 수치해석 연구를 수행하였다. 실험변수로는 기둥높이, 하중비, 단면크기를 고려하였고, 이들이 CFT 기둥의 내화성능에 미치는 영향을 알아보고자 단면내 온도변화 및 축변형을 분석하였다. 실험결과 모든 실험체의 강관에서 국부좌굴이 발생, 콘크리트로 하중전이가 일어났고, 이후 콘크리트 압괴로 이어졌다. 이는 CFT 기둥의 전체 휨좌굴과 함께 국부좌굴이 내화설계의 주요 변수로 고려되어야 함을 시사한다. 하중비가 증가할수록 콘크리트저항구간이 줄어들면서 전체적인 내화시간이 감소하였다. 강재한계온도에 근거한 합성부재의 내화성능평가는 실제 하중지지력에 의한 내화시간에 비해 다소 보수적임을 확인하였고, 기존 연구자들의 제안식에 의한 성능예측결과도 실제 내화성능과 비교해볼때 개선의 여지가 있었다. 화재시 CFT 기둥의 내화성능을 예측하기 위하여 유한요소해석을 수행하였고, 실험결과와 비교할 때 신뢰성 있는 예측값을 나타냄을 확인하였다. In this paper, experimental program and associated numerical study were carried out to evaluate the fire resistance of unprotected concrete-filled rectangular steel tubular (CFT) columns subjected to the standard fire. The key testing parameters included the length effect, the load ratio, and the sectional dimensions of the CFT columns. Temperature distribution and axial deformation of the CFT column specimens were measured and analyzed. Rather early local buckling of steel tubes was observed in all the specimens. This caused subsequent load transfer from steel tube to concrete, and eventually triggered concrete crushing, or complete loss of the load bearing capacity of the column. This implies that the limit state of local buckling as well as overall flexural buckling should be incorporated in fire design procedure. As expected, the fire resistance time of specimen with higher load ratio consistently lessened. The prediction of fire resistance time of unprotected CFT columns based on the limiting steel temperature in current design codes or the formula proposed by previous studies is slightly conservative compared to the fire test results available. To establish the finite element analysis model that can be used to predict the thermal and structural behaviour of unprotected CFT columns in fire, the fully coupled thermal-stress analysis was also tried by using the commercial code ABAQUS. The numerical results showed a reasonable global correlation with the experimental results.
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