비탄성 국부좌굴을 고려한 철골 모멘트 접합부 회전능력 평가를 위한 모델 개발

이경구,Lee, Kyung Koo 한국강구조학회 2008 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.20 No.5

잘 설계된 철골 모멘트 접합부의 경우, 유효회전능력에 도달하기 전에 국부좌굴이 발생하고 비탄성 후좌굴 변형이 접합부 회전능력을 정의하는데 중대한 역할을 한다. 이 연구에서는 국부좌굴로 인한 강도저하와 보 소성힌지의 회전을 모델링하여, 단조증가하중 및 반복하중이 작 용하는 특별철골모멘트골조의 강접합 보-기둥 접합부의 회전능력을 예측하기 위한 근사적 해석모델을 제안한다. 제안된 항복선 소성힌지 모델은 좌굴된 소성힌지부의 형상에 기초하여 항복선과 소성존으로 구성되고, 소성메커니즘을 통해 국부좌굴후의 거동까지 포함한 모멘트-회전각 관계를 제 공한다. 향상된 WUF-W 와 RBS 접합부를 위해 제안된 모델을 개발한 후 실험결과와 비교를 통해 검증하였다. 동반논문(변수연구)에서는 광범위 한 H-형강의 기하학적 변수 따른 접합부 회전능력에 대하여 논의하였다. Well-designed steel moment connections will undergo local buckling before they exhaust their available rotation capacity, and inelastic post-buckling deformation plays a major role in defining the connection rotation capacity. An approximate analytical method to model strength degradation and failure of beam plastic hinges due to local buckling and estimation of the seismic rotation capacity of fully restrained beam-column connections in special steel moment-resisting frames under both monotonic and cyclic loading conditions is proposed in this study. This method is based on the plastic mechanism and a yield line plastic hinge (YLPH) model whose geometry is determined using the shapes of the buckled plastic hinges observed in experiments. The proposed YLPH model was developed for the improved WUF-W and RBS connections and validated in comparison with experimental data. The effects of the beam section geometric parameters on the rotation capacity were discussed in the companion paper (parametric studies).

반복하중을 받는 철골보 접합부의 거동

이승준,김상배 한국지진공학회 1999 한국지진공학회논문집 Vol.3 No.4

본 연구에서는 반복하중을 받는 H형강보 접합부의 거동을 실험적인 방법으로 조사하였다. 본 연구의 목적은 H형강보 접합부의 이력거동에 강제의 특성과 스캘럽의 형태가 주는 영향을 조사하는 것이다 5개의 접합부 시험체를 제작하여 반복하중을 재하면서 실험을 수행하였다. 보 접합부에서의 하중-회전변형 곡선을 얻었으며 접합부의 변형능력과 에너지 소산능력을 상호 비교하였다. 강재가 SS400인 시험제는 충분한 변형능력과 에너지소산능력을 보였으나 강재가 SM490인 시험체는 취성적인 파괴를 보였으며 변형능력이 작았다. 접합부 스캘럽의 형태는 접합부의 거동에 영향을 주지않았다. Behavior of H-beam connections under cyclic loadings is investigated experimentally in this study. The purpose of this study is to study the effect of steel properties and coping shape on the hysteretic behavior of H-beam connections. Five beam-to-column connection specimens were fabricated and tested under cyclic loadings. The load-rotation curves of the beam connections were mainly obtained. Deformation capacity and energy dissipation capacity of the connections are compared each other. The connections fabricated from SS400 showed good deformability and energy dissipation capacity, but those from SM490 showed brittle fracture at the connection. The coping shape at the connections showed a little difference in cyclic behavior.

철근콘크리트 보-기둥 접합부의 비탄성 회전 능력에 대한 성능 평가

이기학,우성우 한국지진공학회 2007 한국지진공학회논문집 Vol.11 No.5

본 논문에서는 철근콘크리트 모멘트 골조의 보-기둥 접합부에 대한 비탄성 회전 능력의 성능을 조사한 연구 결과를 하고 있다. 총 91개의 보-기둥 접합부 실험체에 대해 상세히 조사되었으며, 그 중 28개의 실험체는 ACI 318-02의 상세 요구에 기초하여 특수 모멘트 골조 접합부로서 분류되었다. AISC-97 내진 기준에서 철골 모멘트 골조 접합부를 위해 정의된 허용기준이 분류된 철근콘크리트 모멘트 골조의 접합부에 대해 평가하기 위해서 사용되었다. 특수 모멘트 골조 접합부에 대한 설계 상세를 만족하는 28개의 실험체 중 27개의 특수 모멘트 골조 접합부가 충분한 강도를 가지고 있었으며, 급격한 강도 감소 없이 0.03 rad.의 소성 회전에 대해 연성 거동을 발휘할 수 있음을 보여 주었다. 접합부의 전단 강도, 기둥과 보에 대한 휨 강도 비율, 접합부내에서의 횡방향 철근비 등에 대한 제한이 보-기둥 접합부의 만족스런 내진 성능을 보여주는데 중요한 역할을 하였다. This study summarizes the results of a research project aimed at investigating the inelastic rotation capacity of beam-column connections of reinforced concrete moment frames. A total of 91 test specimens for beam-column joint connections were examined in detail, and 28 specimens were classified as special moment frame connections based on the design and detailing requirements in the ACI 318-02 Provisions. Then the acceptance criteria, originally defined for steel moment frame connections in the AISC-02 Seismic Provisions, were used to evaluate the joint connections of concrete moment frames. Twenty-seven out of 28 test specimens that satisfy the design requirements for special moment frame structures provide sufficient strength and are ductile up to a plastic rotation of 0.03 rad. without any major degradation in strength. Joint shear stress, column-to-beam flexural strength ratio, and transverse reinforcement ratio in a joint all play a key role in good performance of the connections.

비탄성 국부좌굴을 고려한 철골 모멘트 접합부의 회전능력에 대한 변수 연구

이경구,Lee, Kyung Koo 한국강구조학회 2008 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.20 No.5

동반논문(모델개발)에서는 특별철골모멘트골조의 강접합 보-기둥 접합부의 회전능력을 예측하기 위한 해석모델을 제안하였다. 본 논문에서는 접합부 회전능력 기준으로 두 개의 극한상태를 고려하였다. 첫째, 보 단면의 국부좌굴로 인해 공칭소성강도까지 강도저하가 발생하였을 때를 회전능력으로 보는 강도저하 극한상태를 고려하였다. 둘째, 큰 진폭의 변형이 몇 번 반복 후에 좌굴된 플랜지에서 소성변형률 축적으로 야기 되는 저주기 피로 파단을 극한상태로 고려하였다. 두 극한상태까지 제안한 모델을 이용하여 단조증가하중 및 반복하중하에 일련의 해석을 수행하였다. 실무설계에서 사용되는 범위안의 다양한 H-형강 보를 모델링한 후, 플랜지 및 웨브 폭-두께비와 같은 보 단면의 기하학적 변수가 WUF-W 접합부의 회전능력과 저주기 피로수명에 미치는 영향을 관찰하였다. In the companion paper (Model Development), an analytical model estimating the available rotation capacity of fully restrained beam-column connections in special steel moment-resisting frames was proposed. In this paper, two limit states were considered as the connection rotation capacity criteria: (i) strength degradation failure when the strength falls below the nominal plastic strength due to the local buckling of the beam's cross-section and (ii) low-cycle fatigue fracture caused by plastic strain accumulation at the buckled flange after only a few cycles of high-amplitude deformation. A series of analyses are conducted using the proposed model with two limit states under monotonic and cyclic loadings. Beam section geometric parameters, such as flange and web slenderness ratios, varied over the practical ranges of H-shapedbeams to observe their effect on the rotation capacity and low-cycle fatigue life of pre-qualified WUF-W connections.

강구조 H형강 기둥-보 접합부의 내진성능에 관한 실험적 연구

서성연(Seo, Seongyeon) 한국방재학회 2020 한국방재학회논문집 Vol.20 No.5

기존 강구조 모멘트골조시스템의 기둥-보 접합부는 노스리지 지진과 고베 지진시 충분한 내진성능을 발휘하지 못하고 접합부에서 조기 취성파괴가 발생하였다. 본 연구는 이러한 문제점을 고려하여 기존 접합부의 형상을 변화하여 H형강 보웨브의 고장력볼트 2면 전단접합과 보플랜지에 리브보강 유무를 변수로 한 실대형 실험을 실시하였다. 실험결과 기존 접합부보다 초기강성, 에너지흡수능력 및 소성회전능력이 각각 높게 나타났으며, 내력상승률 및 변형능력 또한 높게 나타나 비교적 우수한 내진성능을 나타냈다. 그리고 각 시험체가 층간변위비 4.2%, 총 소성회전능력 약 0.027 rad 이상 및 접합부 최대내력이 보의 전소성모멘트의 약 125% 이상을 상회하여 반응수정계수 R값 적용시 중간모멘트골조 이상의 내진설계가 가능하리라 사료된다. In terms of the moment frame system of steel structures, early brittle fractures developed in the H-shaped beam-to-column connection during the Northridge and Kobe earthquakes, thereby indicating insufficient seismic performance of these components. In this study, experiments were conducted on two-side shear connections of web and rib plate reinforcements of the flanges on an H-shaped beam-to-column connection. According to the test results, the H-shaped beam-to-column connections with two-side shear connections of beam web and rib plate reinforcements of the flanges were superior to the existing connections in terms of initial stiffness, energy dissipation capacity, and plastic rotational capacity. The test values exceeded 4.2%, 0.027 rad, and 125% in terms of story drift ratio, total plastic rotation capacity, and full plastic moment of the beam, respectively. Accordingly, the proposed H-shaped beam-to-column connection showed better performance than that of the intermediate moment frame regarding seismic design.

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.

반복재하 실물대 실험에 의한 컬럼-트리(Column-Tree) 형식 철골 모멘트 접합부의 내진거동 연구

이철호,박종원,Lee, Cheol Ho,Park, Jong Won 한국강구조학회 1998 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.10 No.4

본 연구에서는 반복재하 실물대 실험에 의해 철골 모멘트접합부(column-tree 형식)의 내진거동을 평가하였다. 시험체는 $H-600{\times}200$ (보) 및 $H-400{\times}400$ (기둥) 계열의 SS41 (SS400) 압연형강으로 제작되었으며 보에 대한 패널존의 상대강도를 실험의 주요변수로 고려하였다. 본 실험결과에 의할 때 패널존의 강도가 클수록 열등한 내진성능을 보였다. 시험체의 모멘트 접합부에서 접합부의 파괴 이전까지 발휘된 총소성회전각은 1.8 (% rad)에서 3 (% rad) 범위에 있었다. 시험체의 접합부는 보플랜지 열영향부의 파단 또는 기둥플랜지 두께방향의 뽑힘으로 인하여 파괴되었다. 비록 제한된 실험자료이긴 하나 본 연구의 결과는 보에만 항복을 유발하는 것 보다는 패널존의 항복도 허용하는 것이 접합부의 전체적 소성변형능력을 높이는데 유리할 것임을 시사한다. 이러한 실험결과를 역학적으로 설명할 수 있는 모델도 제시하고자 하였다. This paper summarizes the results of full-scale cyclic seismic performance tests on three column-tree type steel moment connections. Each test specimen consisted of a $H-600{\times}200$ beam and a $H-400{\times}400$ column of SS41 (SS400). Key parameter included was column PZ (panel zone) strength relative to beam strength. The seismic performance of specimen with stronger PZ tended to be inferior. Total plastic rotations available in the specimens ranged from 1.8 to 3.0 (% rad). The limited test results in this study seem to support the speculation that permitting PZ yielding shall be more beneficial to enhancing total plastic rotation capacity of the moment connection. Beam flange fracture across the heat affected zone and divot-type pullout of the column flange were observed in the tests. A conceptual mechanical model consistent with observed test results was also sought.

접합부 회전능력에 기초한 주/저층 철골모멘트골조의 내진설계

안재권(Jae Kwon Ahn),이철호(Cheol Ho Lee) 한국강구조학회 2007 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.19 No.6

관통형 고력볼트를 사용한 엔드플레이트형식 CFT 기둥-H형강 보 접합부의 전단성능

김영주,김재건,오영석,문태섭,Kim, Young Ju,Kim, Jae Keon,Oh, Young Suk,Moon, Tae Sup 한국강구조학회 2000 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.12 No.4

이 논문은 반복하중을 받는 관통형 고력볼트를 사용한 엔드플레이트형식 콘크리트 충전 각형강관 기둥-H형강 보 접합부의 거동에 관한 연구이다. 주요변수는 엔드플레이트의 두께(16mm, 22mm, 25mm)와 기둥의 두께(9mm, 12mm)이다. 각 변수에 대해 실험결과와 비교 분석한다. 보-기둥 접합부의 에너지 흡수능력을 구하고, 접합부 패널의 전단내력을 분석한다. 접합부 패널의 전단 내력은 von Mises 항복조건에 의한 강재의 내력과 콘크리트 충전효과를 고려한 Strut 모델을 사용한 콘크리트의 내력을 단순누가해서 구한다. This paper is to study on the behavior of CFT column to H-beam end plate connections with penetrated high-strength bolts under cyclic load. The main parameters are as follows: 1) the thickness of end plate: 16mm, 22mm and 25mm, 2) the thickness of column : 9mm and 12mm. Comparison and analysis on the test results are performed in accordance with parameters. This study investigates energy absorption capacity of beam-column connections and analyzes the shear strength of joint panel. The shear strength of joint panel is estimated by superimposing the strength of the steel which is based on the von Mises yield criterion and that of the concrete which is used the Strut model to consider the effect of filled concrete.

사각판 스티프너로 보강한 콘크리트 충전강관 기둥과 H형강 보 접합부의 내진성능

박종원,강승민,김욱종,Park, Jong Won,Kang, Seoung Min,Kim, Wook Jong 한국강구조학회 2003 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.15 No.2

본 연구는 보 플랜지와 스티프너의 용접부 양단, 기둥 모서리 부분 스티프너에 라운드를 두는 방법 등을 통하여 총 7개 시험체에 실물대 반복하중실험을 실시한 결과를 나타낸 것이다. 실험 결과를 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. (1) 필레(fillet)를 둠으로써 응력집중을 줄여 내진성능을 크게 향상 시킬 수 있다. (2) 스티프너 폭의 증가로 접합부의 강성 및 강도는 증가하였지만 에너지 소산 능력은 감소하였다. (3) 모든 시험체는 규준에서 강진지역의 내진구조에 대해 요구하는 총 0.04 radian의 회전각을 발휘할 수 있는 것으로 나타났다. This paper presented the results of cyclic loading tests of 7 full-scale beams to column subassemblages with improved connection detail i.e., fillets of the stiffening plates at the column corners and ends of the stiffener-to-beam flange weld. Major findings from the test results were: (1) Fillets reduced the stress concentrations that may cause early brittle fractures and considerably improved the cyclic performance compared to the detail without fillets. (2) As the width of the stiffening plate increased, the stiffness and peak strength increased and energy dissipation capacity decreased. (3) While all specimens failed by a fracture, they could develop a total rotation of 0.04 radian required for special moment resisting frames.