압축력과 휨모멘트를 받는 메탈 터치된 기둥 이음부의 구조성능에 대한 실험적 연구

홍갑표,김석구,이중원,Hong, Kap Pyo,Kim, Seok Koo,Lee, Joong Won 한국강구조학회 2008 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.20 No.5

철골구조물의 기둥이음 형식은 볼트연결이나 용접을 이용한다. 이러한 연결방법에서 부재의 축응력은 덧판의 볼트체결이나, 용접부위 를 통하여 그 응력이 전달되는 것으로 간주하여 설계, 시공되고 있다. 우리나라의 강구조 한계상태 설계기준에 따르면, 기둥 이음부의 고력볼트 및 용접이음은 이음부의 응력을 충분히 전달하여야 하고 이들 항복내력은 피접합재 항복내력의 1/2이상이 되도록 하여야 한다. 다만, 이음부에서 단면 에 인장응력이 없는 경우, 이음면이 절삭 마감으로 밀착되면 소요압축력 및 소요휨모멘트 각각의 1/4은 접촉면에 의해 직접 전달시킬 수 있다고 되 어있다. 반면에, 미국 철강협회설계기준(AISC Specifications and Codes)에서는 기둥이음에서 지압력에 따라 응력이 전달되도록 접촉면이 마무리 되어 있는 경우, 그 위치를 확보하는데 충분하도록 이음되어야 한다고만 되어있어, 설계자의 판단에 따라 압축력은 이음면의 직접접촉(Metal Touch)으로 상부에서 하부로 모두 전달할 수 있도록 되어있고, 또한 압축력과 휨모멘트를 받는 기둥에서는 직접접촉을 통해 최소 25%에서 최대 50%까지의 하중전달이 가능하다. 따라서 기둥이음에서 압축력에 대한 직접접촉의 활용도의 차이가 크고 또한 압축력과 모멘트가 작용할 때의 직접 접촉에 대한 활용도도 그 차이가 최대 25%이므로, 직접 접촉된 이음부의 응력전달 거동에 대한 연구가 필요하다. 본 연구는 축력과 휨모멘트가 작 용하는 기둥에 대해서 이루어지며 실험체의 수는 총 22개이다. 국내의 메탈터치의 평활도인 관리 허용치 1.5D/1000와 한계허용치 2.5D/1000및 AISC에서 제시하는 압축력을 받는 기둥에서의 보강 없는 틈의 한계인 1.6mm에 대해, 본 실험결과와 기존의 허용치를 비교하였다. 그 결과, 상하 부재 간의 직접 접촉을 통하여, 즉 메탈터치를 이용하여 응력을 전달시키면 부재 이음에서 경제성과 효율성이 개선될 수 있다고 판단된다. The structural framework design uses high-strength bolts and welding in column splices. However, for the column under high compression, the number of the required high-strength bolts can be excessive and the increase of welding results in difficulty of quality inspection, the transformation of the structural steels, and the increase of erection time. According to the AISC criteria, when columns have bearing plates, or they are finished to bear at splices, there shall be sufficient connections to hold all parts securely in place. The Korean standard sets the maximum 25% of the load as criteria. Using direct contact makes it possible to transfer all compressive force through it. The objective of this study is to examine the generally applied stress path mechanism of welded or bolted columns and to verify the bending moment and compression transfer mechanism of the column splice according to metal touch precision. For this study,22 specimens of various geometric shapes were constructed according to the change in the variables for each column splice type, which includes the splice method, gap width, gap axis, presence or absence of splice material, and connector type. The results show that the application of each splice can be improved through the examination of the stress path mechanism upon metal contact. Moreover, the revision of the relative local code on direct contact needs to be reviewed properly for the economics and efficiency of the splices.

메탈터치 이음부의 틈의 크기에 따른 응력전달 거동에 대한 연구

홍갑표,김석구,Hong, Kappyo,Kim, Seok Koo 한국강구조학회 2004 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.16 No.5

건물이 고층화되어 가면서 철골구조 사용이 빈번해지고 있으며 철골구조물의 큰 축력을 받는 기둥에 있어서 이음부 설계가 중요한 문제가 되고 있다. 한편, 미국 AISC 기준에서는 기둥이음에서 지압내력으로 모든 압축축력을 전달할 수도 있으나, 우리나라 기준에서는 소요압축축력의 1/4만을 접촉면에 의해 직접전달 시킬 수 있다고 제한함에 따라 메탈터치를 활용한 기둥이음에 대한 새로운 방법의 개발이 제한되고 있는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 기존 볼트, 용접 체결된 실험체에 이음부 틈의 크기를 매개변수로 하는 실험체의 응력전달체계를 규명하고, 메탈터치 정도에 따른 철골기둥 이음부의 압축축력전달 메카니즘을 검증한다. 또한 해석과 실험을 통하여 틈의 크기에 따른 거동 양상을 파악하여 메탈터치에 의한 이음부에서의 응력전달체계에 대한 확인과 이론적 기초를 제시하고자 한다. As buildings become more high-rise and lightweight in recent years, steel has been utilized more frequently. Based on the American AISC standard, all axial loads could be carried through a bearing load in a column splice, but according to Korean codes, the bearing load has constrained the stress that could be carried by only 25% of all axial loads. Thus, new column splice methods that use metal touch have been examined. In this study, the stress path mechanism, as an intermediation parameter in the gap's magnitude, must be determined. Similarly, the behavioral aspect of the metal touch connection must be sought after comparing and analyzing the results of the test.

이음방식 및 틈의 위치에 따른 메탈터치 이음부의 거동에 관한 연구

홍갑표,김석구,Hong, Kap Pyo,Kim, Seok Koo 한국강구조학회 2004 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.16 No.5

철골구조에 있어서 기둥 이음부의 설계는 단순히 적당한 틈에 용접이나 볼트에 의한 이음으로 해석 및 설계가 이루어지고 있는 것이 보편적인 현실이다. 이때 이음부에서 메탈터치에 의하여 상부의 응력을 하부로 전달하는 정도를 규정하는 기준은 각 나라마다 다르다. 미국은 설계자의 판단에 따라 모두 전달 가능하다는 규정아래 설계가 이루어지고 있으며, 우리나라와 일본의 경우는 25%까지 전달 가능하다는 규준에 의해 설계가 이루어지고 있어 그 차이가 너무 크다. 따라서 본 연구에서는 메탈터치에 의한 이음의 응력체계를 규명하여 이음의 합리성을 증진시키고, 이음의 경제성 및 시공성을 위해 틈의 위치 및 이음방법을 매개변수로 하여 메탈터치 실험을 실시하여 미국 및 일본 규준과 비교하였다. 또한 메탈터치 이음부의 거동을 실험적인 방법과 해석적인 방법을 통하여 분석하여 메탈터치 이음부의 설계에 필요한 기초 자료를 제공하고자 한다. In the steel structure of high-rise buildings, a connection analysisand a column design have been made after welding and bolting suitable gaps. Each country, however, has different codes, and such differences are very big. American steel has been designed according to a code that all axial loads can be carried from the upper parts to the lower parts as determined by the designer, but Korean and Japanese steel have been designed by 1/4 of the standard of all axial loads. In this paper, a metal touch experiment was done as an intermediation parameter with a connecting location and a connecting method for economic and constructive efficiency. Every specimen is tested by a low-to-high displacement control to grasp ultimate strength, displacement, the connection's lateral deflection, and stress. The results of the test were compared and analyzed.

축방향 인장력을 받는 더블 앵글 접합부의 단순모형에 관한 연구

홍갑표,양재근,이수권,송병주,Hong, Kap-Pyo,Yang, Jae-Guen,Lee, Soo-Kueon,Song, Byung-Ju 한국강구조학회 2000 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.12 No.1

Recently, many studies on connections in steel structures have been performed. In practice, designers assume that the connection is a rigid- or pinned-one, however, actually the connection behaves as partially restrained one, neither fully restrained nor unrestrained. This paper concentrates on the behavior of double angle connections in the field of semi-rigid connections. The behavior of double angle connection. induced by abrupt axial tension load or by collapsed brace in medium or low rise building, is analyzed by 3D nonlinear finite element method using ABAQUS(ver 5.8). From the analytic results. a simplified model of double angle and a rotational stiffness at the corner of the angle are derived, which are fundamentally used for understanding the behavior of the double angle connection. 현재 접합부에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 구조물의 설계에서는 접합부를 강접합 또는 핀접합으로 가정하여 설계를 하고 있으나, 실제 접합부의 거동은 완전한 강접합도 핀접합도 아닌 반강접의 특성을 보이고 있다. 본 연구에서는 이러한 반강접의 분야 중 더블앵글에 의한 접합부의 거동을 파악하고자 한다. 중 저층 건물에서 가새의 지지능력을 상실하거나, 갑작스럽게 발생할지 모르는 축방향 인장력에 대한 더블앵글의 거동을 상용유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 3D 비선형 해석을 수행하였다. 3D 해석결과를 이용하여 더블앵글 접합부를 단순화한 앵글모델로 유도한 후 앵글의 코너에서의 회전강성을 찾아내어 더블앵글 접합부에 대한 설계 기초자료로 제시하였다.

공연하중에 의한 바닥진동 설계용 동하중계수

홍갑표,윤광섭,Hong, Kap Pyo,Yoon, Kwang Sup 한국강구조학회 2002 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.14 No.6

현대 구조물의 고강도화, 경량화에 따라 구조물의 질량과 감쇠가 줄어들고 있어, 구조물의 진동사용성 문제가 중요하게 부각되고 있다. 특히 율동진동은 공연장, 경기장, 댄스홀, 에어로빅 등과 같이 다수이 군중의 리듬에 맞춰 가진행위가 이루어지는 것으로서, 국내에서도 율동진동에 의한 구조물의 진동문제가 다수 보고되고 있으나 설계기준 미비로 설계단계에서의 대응이 이루어지지 못하고 있다. 그러므로 본 연구에서는 다수의 점핑행위가 예상되는 공연장의 진동설계를 위하여 실제 공연장을 대상으로 진동실험 및 계측을 통하여 동하중계수를 구해냈다. 진동 실험은 실험모드해석과 더불어, 가진진동수별, 율동참여자의 숫자에 따라 실시하였으며, 진동계측은 상시계측시스템을 설치하여 실제 공연시 가속도 응답을 계측하고 동하중계수를 구해내었다. 기존의 NBCC 규준에서는 공연시 2차 조화항까지 고려토록 되어 있으나 연구결과 3차 조화항까지 고려해야 되며, 동하중계수 역시 과소평가 되어 있는 것으로 나타났다. Modern structrues are being built using high-strength and light-weight construction materials resulting in decreased structural mass and damping properties. Rhythmic activities such as jumping, dancing and clapping during lively concerts can produce excessive vibration of steel structures. In this study, dynamic load factors that occur during lively concerts were presented through vibration test and real-time monitoring of an existing concert hall. The vibration test included modal analysis and jumping test according to the forcing frequencies and the number of participants. Dynamic load foactors were acquired directly from peak acceleration responses of each harmonics. Comparing NBCC 1995, the 3rd harmonic must be included in the design of concert halls. Dynamic load factors must be increased as a result of the vibration test.

철골조 바닥구조에 설치된 샌드위치형 점탄성 감쇠장치의 가진원별 진동저감 효과

홍갑표(Hong, Kap-Pyo),전호민(Chun, Ho-Min),이성수(Lee, Seong-Soo),김시준(Kim, Si-Jun) 대한건축학회 2012 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.28 No.1

Floor structure system with long span and lightweight material increases vibration response by people"s jumping and heel drop, etc. To achieve comfortable serviceability of residents in a building, excessive vibration response is needed to be reduced by taking effective method, rather than increasing stiffness, which causes enlarging the size of structural members. Increasing stiffness method takes a lot of costs, so we need to find another method. The most effective method is increasing structural damping to reduce costs without increasing the size and stiffness of members. In this study, constrained viscoelastic layer damper was suggested to improve damping performance for reducing vibration response of slab in steel structure. After constrained viscoelastic layer damper was installed in the experimental structure, the vibration experiments were conducted using various loads; jumping, heel drop, impact hammer and force exciter. It was verified experimentally that the constrained layer damper was effective method for vibration response reduction to any dynamic load in building.

율동하중을 받는 구조물의 동하중계수에 관한 실험적 연구

홍갑표(Hong Kappyo),윤광섭(Yoon Kwang Sup) 대한건축학회 2003 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.19 No.6

The modern structures are being built using high-strength and light-weight construction materials, resulting in decreased structural mass and damping properties. Rhythmic activities such as jumping, dancing and clapping during lively concerts can produce excessive vibration of structures. Generally the design process of rhythmic activities follows NBC or AISC, but each standards have some restrictions. Dynamic load factors for jumping were not suited in case that many participants stand densely and dynamic load factors for lively concerts were not sufficient on current tendency. Therefore, the tests were made to use force platform to consider the change of dynamic load factor according to the number of participants and the density of participant. The dynamic loads were measured directly from the dynamic force transducer and dynamic load factors were analyzed by Fast Fourier Transform. The tests were made 474 times and used the regression analysis. As a result, the dynamic load factor reduction formula was leaded according to the sort of rhythmic activities and the density of participants.

신흥 중학교 구조안전진단 연구 요약

홍갑표(Hong, Kap-Pyo),민창기(Min, Chang-Ki),유완(Yu, Wann) 한국교육시설학회 1997 敎育施設 Vol.4 No.2

전단력을 받는 더블 앵글 접합부의 비선형 거동에 관한 해석적 연구

이수권,홍갑표,Lee, Soo-Kueon,Hong, Kap-Pyo 한국강구조학회 2000 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.12 No.1

상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS(ver5.8)를 이용하여 전단력을 받는 더블앵글 접합부의 3D 해석을 수행하여 접합부의 모멘트-회전 관계곡선을 구하고 앵글과 볼트의 응력분포를 관찰한다. 해석시 주요 매개변수로는 볼트수, 게이지거리, 앵글의 두께로 하였으며 유한요소해석 결과로 구한 모멘트-회전곡선을 Richard가 제시한 예측식에 적용한 후 회귀분석을 통하여 접합부 거동을 예측하는 데 필요한 매개변수인 초기강성, 소성강성, 참조모멘트, 곡선형태변수를 구한다. 또한 매개변수들이 게이지거리, 앵글의 두께 및 볼트 수 변화에 따른 그래프를 작성하고 또한 이 그래프를 이용하여 접합부의 모멘트 및 LRFD의 접합부 분류에 따른 소성모멘트에 대한 접합부 모멘트의 비를 계산한다. The behavior of double angle connections is analyzed by 3D finite element method using ABAQUS(ver 5.8). Moment-rotation curves for the connections are generated, as well as stress distribution for angle and bolt. Double angle connections have various angle thickness, gage distance and number of bolt. Parameters, such as initial stiffness, plastic tiffness, reference load and curve shape parameter were obtained by regression method using Richard's formula. These parameter lead to predict nonlinear behavior of double angle connection. Design curves giving the parameters of the moment-rotation curves are generated. These parameters are primarily a function of the angle thickness, gage distance and the number of bolts in the connection. Using these parameters, connection moment and its ratio to the full plastic moment capacity Mp of the beam are calculated.

진자슬래브댐퍼시스템(TPSD)의 제진효과에 관한 연구

김양중(Kim, Yang Jung),홍갑표(Hong, Gap Pyo) 한국콘크리트학회 2012 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 Vol.2012 No.11