국내 저층 철골 모멘트골조의 내진설계

김태완 한국지진공학회 2011 한국지진공학회논문집 Vol.15 No.1

현재 국내 철골 모멘트골조 접합부는 대부분 공장제작으로 품질관리가 잘 이루어져 연성능력이 상당한 수준이다. 문헌에 의하면 국내 접합부는 미국 철강협회에서 철골 중간모멘트골조에 대해 제시한 성능 기준을 충분히 만족하고 있다. 그런데 이전 설계기준인 KBC2005에서는 철골모멘트골조에 연성모멘트골조 하나만을 제공하였으나 현 KBC2009 기준은 보통, 중간, 특수모멘트골조로 다양하게 제공하고 있다. 여기서 국내 접합부 형식을 그대로 사용했을 때 어떤 시스템이 적합한지 조사할 필요성이 있다. 따라서 본 연구에서는 KBC2005의 연성모멘트골조와 KBC2009의 중간모멘트골조의 거동을 비교하여 국내에 적합한 설계 방법을 찾고자 하였다. 연구 결과 기존 연성모멘트골조의 설계 계수를 따르더라도 성능목표를 충분히 만족하는 것으로 나타났다. The connection type of steel moment frames in the country is mostly fabricated in factories so that it is fairly ductile due to good quality control. Based on references, the domestic connection satisfies the performance limit for steel intermediate moment frames specified by the AISC. However, the current KBC2009 building code specifies various systems for steel moment frames such as ordinary, intermediate, and special moment frames while the former KBC2005 only did so for a ductile moment frame. This induces the necessity of investigating which system is appropriate in the country when the domestic connection is applied. Therefore, this study was aimed at finding a proper design method by comparing the ductile moment frame in KBC2005 and the intermediate moment frames in KBC2009. The results showed that seismic design parameters for the ductile moment frames can be reasonable for satisfying the performance objective.

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.

비선형동적해석을 통한 국내 철골 모멘트골조의 내진성능 평가

김태완 한국지진공학회 2012 한국지진공학회논문집 Vol.16 No.4

국내 철골모멘트골조를 이전 KBC2005 및 현 KBC2009 기준에 따라 설계한 후 비선형동적해석을 이용하여 FEMA355F의 내진성능평가 절차에 따라 성능을 평가하였다. 그 결과 비선형정적 Push-over 해석을 이용한 역량스펙트럼법과 차이가 있었다. 특히국내 철골모멘트골조는 약패널존을 가지기 때문에 비선형동적해석을 통해서만 보다 정확한 거동을 예측할 수 있었다. 국내 철골모멘트골조는 지반 조건 SB 또는 SC에 위치한다면 층수 및 R값에 관계없이 성능목표를 만족하는 것으로 나타났다. 하지만 지반 조건 SD 또는SE에 위치한다면 성능목표 만족 여부는 명확하지 않았다. 따라서 KBC2005나 KBC2009 어떤 기준을 사용하더라도 지반 조건이 상대적으로 좋다면 국내 철골모멘트골조는 내진성능을 충분히 확보하고 있다고 볼 수 있다. Domestic steel moment resisting frames were designed in accordance with the former KBC2005 and the current KBC2009, and then their seismic performance was evaluated in accordance with FEMA355F by utilizing nonlinear dynamic analysis. The results from the procedure in FEMA355F were different with those from the capacity spectrum method utilizing nonlinear static push-over analysis. In particular, the domestic steel moment resisting frames have a weak panel zone, so their behavior can be estimated more precisely by nonlinear dynamic analysis. The domestic steel moment resisting frames satisfied the performance goal if located at a site class SB or SC, regardless of the story number and the response modification factor. However, if they are located at a site class SD or SE, performance goal satisfaction cannot be guaranteed. No matter what standard is used for the design, KBC2005 or KBC2009, the domestic steel moment resisting frames may possess satisfactory seismic performance if the site condition is relatively good.

파랑 입사각이 장방형 플로팅 함체와 상부 골조에 미치는 효과

이영욱,김보람 한국항해항만학회 2013 한국항해항만학회지 Vol.37 No.2

파랑하중의 입사각의 변화가 직사각형 콘크리트 플로팅 함체 위에 있는 3층 철골 모멘트 연성골조의 모멘트에 미치는 영향을 알아보기 위하여, 파도 주기 5초부터 15초까지 2초 간격으로 동적 유체해석을 수행하였다. 길이방향에 대하여 입사각이 0º, 30º, 60º, 90º로 증가함에 따라 RAO-Roll에 의한 영향이 증가하는 것으로 나타났다. 파압에 의하여 입사각이 0º인 경우 길이방향의 골조 모멘트가 크게 증가하였으며, 입사각이 증가함에 따라 파압에 의한 모멘트가 감소하는 것으로 나타났다. 또한 함체의 피칭과 롤링에 의하여 발생되는 가속도 성분에 의하여 상부 철골 모멘트 연성 골조의 모멘트를 산정하였으며, 입사각이 90º로 작용한 경우에 모멘트의 증가량이 입사각 0º의 경우보다 크게 나타났다. To find the influence of incident angle of wave on the moment of 3 storied steel moment resisting frame which is placed on the concrete rectangular pontoon, the fluid dynamic analysis is carried out, varying the period of wave from 5 to 15 second by 2 seconds. As increasing incident angle of wave to longitudinal axis, the influence of RAO-rolling is increased. The moment of longitudinal frame is increased apparently by the wave pressure when the incident angle is 0º. And the moment of the frame due to the wave pressure is decreased as the incident angle is increased. But the moment of frame due to acceleration caused from pitching and rolling is increased. It is shown that the increased moment when incident angle is 90º is much greater than that of incident angle 0º.

접합부와 보의 상대강성을 고려한 중층 철골 모멘트 골조의 내진해석

하성환,강철규,한홍수,한권규,최병정,Ha, Sung-Hwan,Kang, Cheol-Kyu,Han, Hong-Soo,Han, Kweon-Gyu,Choi, Byong-Jeong 한국강구조학회 2011 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.23 No.5

본 연구는 기둥-보 접합부의 강성에 따른 철골 모멘트 골조의 동적특성의 차이를 파악하는데 목적이 있다. 6층의 철골 모멘트 골조를 설계하였으며, 접합부는 DWA (Double Web-Angle Connection), TSW (Top-and Seat-Angle Connection with Double Web-Angle), FEMA(SAC-Test Summary No.28, Specimen ID : UCSD-6) 접합부를 사용하였고, 완전강접합부의 동적거동특성과 상호 비교 검토하였다. 반강접 접합부의 회전강성은 Chen 과 Kishi 에 의해 제안된 3매개변수파워모델을 사용하여 구하였다. 접합부의 회전 강성을 보의 강성으로 나누어 상대강성으로 정의하여 사용하였다. 모든 골조에 대하여 비선형 정적해석(push over analysis), 반복하중 해석 및 시간이력해석을 수행하였다. 각 접합부의 강성에 따른 내진거동은 층간변위, 소성힌지 및 이력 에너지 분배의 항목별로 비교 분석하였다. This study was conducted to investigate the seismic behavior of steel member resisting frames considering the relative stiffness of the connection and beams. Six-story steel moment frames were designed to study the seismic behavior. The connections were classified into Double Web-Angle connections (DWAs), Top- and Seat-angles with double Web-angles (TWSs), FEMA-Test Summary No. 28, Specimen ID: UCSD-6 (SAC), and Fully Restrained (FR). The rotational stiffness of the semi-rigid connections was estimated using the Three-Parameter Power Model adopted by Chen and Kishi. The relative stiffness, which is the ratio of the rotational stiffness of the connections to the stiffness of the beams, was used. Push-over, repeated loading, and time history analysis were performed for all the frames. The seismic behavior of each frame was analyzed with the story drift, plastic hinge rotation, and hysteretic energy distribution.

철골모멘트골조의 보-힌지 붕괴모드를 유도하는 유전자알고리즘 기반 최적내진설계기법

박효선,최세운 한국전산구조공학회 2016 한국전산구조공학회논문집 Vol.29 No.3

본 연구에서는 철골모멘트골조의 보-힌지 붕괴모드를 유도하는 최적 내진설계기법을 제안한다. 이는 유전자알고리즘을 사용하며, 기둥의 소성힌지 발생을 억제하는 제약조건을 설정하여 보-힌지 붕괴모드를 유도한다. 제안하는 기법은 구조물량를 최소화하고 에너지소산능력을 최대화하는 목적함수를 사용한다. 제안하는 기법은 9층 철골모멘트골조 예제 적용을 통해 검증한다. 예제 적용을 통해 철골모멘트골조의 보-힌지 붕괴모드를 유도하기 위해 요구되는 기둥-보 강도비를 평가한다. 패널존에 대한 3가지 모델링 기법을 각각 적용하여 모델링 조건에 따른 휨강도비 영향이 추가적으로 검토된다. In this paper, the optimal seismic design method for inducing the beam-hinge collapse mechanism of steel moment frames is presented. This uses the non-dominated sorting genetic algorithm II(NSGA-II) as an optimal algorithm. The constraint condition for preventing the occurrence of plastic hinges at columns is used to induce the beam-hinge collapse mechanism. This method uses two objective functions to minimize the structural weight and maximize the dissipated energy. The proposed method is verified by the application to nine story steel moment frame example. The minimum column-to-beam strength ratio to induce the beam-hinge collapse mechanism are investigated based on the simulation results. To identify the influence of panel zone on the minimum column-to-beam strength ratio, three analytic modeling methods(nonlinear centerline model without rigid end offsets, nonlinear centerline model with rigid end offsets, nonlinear model with panel zones) are used.

내진접합부가 사용된 철골모멘트골조의 붕괴해석

김태완(Kim Tae-Wan),김태진(Kim Tae-Jin),김진구(Kim Jin-Koo),감삼도(Kam Sam-Do) 대한건축학회 2008 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.24 No.5

The resistance of connections in steel moment frames is becoming an issue due to increasing interests in progressive collapse from abnormal loadings. As a result, seismic connections with high ductility have been emerging as a candidate for collapse resistance. Among the seismic connections, WCPF or RBS connection developed in the U. S. after Northridge earthquakes is recognized as the first candidate, especially the RBS is known to be highly ductile. However, additional studies are needed to apply the seismic connections for a collapse resisting element. With this background, collapse resisting performance of RBS, WCPF, and WUF-W, which are seismic connections proposed by FEMA/SAC project, is investigated for two types of steel moment frame buildings, one was designed for high-seismic regions, and another was designed for low-seismic regions. For the investigation, vertical displacement at the column removal and plastic hinge rotation at a beam end are checked by using an alternate path method proposed in guidelines. The result showed that the Cover Plate connection behaves better than any other connection in terms of collapse demand, especially in the low-seismic region.

철골 연성 모멘트 골조에 대한 다자유도 시스템의 연성계수 평가

강철규,한영철 한국지진공학회 2004 한국지진공학회논문집 Vol.8 No.6

연성 계수는 반응수정계수(R)의 핵심구성요소로서 내진설계에서 중요한 역할을 하는 계수이다. 본 연구에서의 연성계수()는 단자유도 구조물의 연성계수()에 다자유도 보정계수()를 곱하여 평가하였다. 단자유도 시스템의 연성계수는 지진하중을 받는 단자유도 구조물의 변위 연성요구도와 주기에 따른 비선형 동적해석으로부터 산정하였다. 다자유도 시스템의 영향을 고려하기 위한 다자유도 보정계수()는 기존의 연구에 근거하여 제시하였다. 철골 연성 모멘트 골조의 연성계수를 평가하기 위하여, 구조물의 층수, 골조시스템(외곽골조, 분배골조), 붕괴 메카니즘(강-기둥 약-보, 약-기둥 강-보), 토질조건 및 지진구역을 변수로 하여 총 108개의 예제 구조물을 설계하였다. 구조물의 층수, 붕괴 메카니즘 및 토질조건은 연성계수에 큰 영향을 미치는 반면, 골조 시스템 및 지진구역은 연성계수에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. Ductiluty factor has played an important role in seismic design as it is key component of response modification factor(R). In this stuty, ductility factors() are calculated by multiplying ductility factor for SDOF systems() and MDOF modification factors(). Ductility factors() for SDOF systems are computed from nonlinear dynamic analysis undergoing different level of displacement ductiluty demands and period when subjected to a large number of recorded earthquake ground motions. The MDOF modification factors() are proposed to account for the MDOF systems, based on previous studies. A total of 108 prototype steel frames are designed to investigate the ductility factors considering the number of stories(4, 8 and 16-stories), framing system(Perimeter Frames, PF and Distributed Frames, DF), failure mechanism(Strong-Column Weak-Beam, SCWB and Weak-Column Strong-Beam, WCSB), soil profiles(SA, SC and SE in UBC 1997) and seismic zone factors(Z=0.075, 0.2 and 0.4 in UBC 1997). It is shown that the number of stories, failure mechanisms (SCWB, WCSB), and soil profiles have great influence on the ductility factors, however, the structural system(Perimeter frames, Distributed frames), and seismic zones have no influence on the ductility factors.

철골 보-기둥 접합부의 내진성능 개선을 위한 실험적 연구

이승준,김원기,이정웅 한국지진공학회 1999 한국지진공학회논문집 Vol.3 No.4

1994년 Northridge 지진과 1995년 Kobe 지진에서 많은 철골구조물의 보-기둥 접합부에 발생한 규열은 내진성능이 우수한 것으로 알려진 모멘트 저항 철골골조의 내진성능 개선에 대한 연구필요성을 제시하였다 일반적으로 모멘트 저항 골조가 강한 지진을 받을 때 보-기둥 접합부는 강도의 저하없이 소성 회전변형능력이 0.015이면 만족할 수 있다고 한다. 본 연구의 목적은 강한 지진하중에서도 철골구조의 보-기둥 접합부에서 용접부의 균열이 방지되고 연성적으로 충분한 에너지를 흡수하고 소산할 수 있는 접합부의 형태를 제안하고 그 거동을 조사하는 것이다 본 연구에서는 접합부의 형태를 제안하였으며 실험을 통하여 그 거동을 분석하였다 제안된 접합부 시험체에 대한 실험결과는 용접부에 균열이 발생하지 않았으며충분한 변형능력을 나타냈다. Cracking was observed in beam-to-column connections of many steel building frames during the 1994 Northridge and 1995 Kobe earthquakes. Thus extensive experimental researches are currently being conducted to improve the seismic performance of steel frames. A value of 0.015 radian was considered as a reasonable estimate of beam plastic rotation demand in steel moment-resisting frames subjected to severe earthquakes. The objective of this research is to develop a type of connection detail which moves the plastic hinge region in the beam away from the face of the column and can prevent cracking at the welded flange of the beam-to-column connection under seismic loading. An experimental investigation was undertaken on five beam-to-column connection specimens to study the performance of the connections with proposed details. The experiemental results showed that the flexural strength and rotational ductility of the beam connections were adequate for the seismic resistance steel frames to prevent possible cracks at the connections.

헌치로 보강된 철골모멘트골조의 지진응답 사례연구

이철호 한국지진공학회 1997 한국지진공학회논문집 Vol.1 No.2

철골 모멘트 접합부의 보 하부를 헌치로 보강하여 내진성을 크게 향상 시킬 수 있음이 최근의 실물대 보-기둥 "부분골조" 실험을 토하여 확인된 바 있다. 그러나 헌치보강에서 기인할 수 있는 부작용 (side effecs) 또는 보강구조체의 "시스템 레벨"의 거동에 관해서는 현재 잘알려진 것이 없다. 본 연구에서는 헌치보강시 생성되는 이중패널존의 거동을 해석과정에 반영하여 보강구조체의 시스템 레벨의 거동변화를 고찰하였다. 이중패널존의 모델링은 최근에 필자가 제시한 기법을 사용하였으며 1994년 노스리지 지진 당시 접합부 손상을 입은 13층 철골모멘트골조를 대상으로 연구를 수행하였다. 정적/동적 비선형해석에 의해 얻어진 원구조물과 부강구조물의 전체적 응답(global responses)은 큰 차이를 보이지 않았으며 취약층(weak story)의 촉진과 같은 유해한 부작용도 수반되지 않았다.은 유해한 부작용도 수반되지 않았다. Recent test results of steel moment connections repaired with a haunch on the bottom side of the beam have been shown to be a very promising solution to enhancing the seismic performance of steel moment-resisting frames. Yet, litle is known about the effects of using such a repair scheme on the system seismic performance of structures. To investigate the effects of haunch repair on the system seismic performance, a case study was conducted for a 13-story steel frame building damaged during the 1994 Northridge earthquake. When haunches are incorporated in a steel moment frame, the response prediction is complicated by the presence of "dual" panel zones in the column. A new analytical modeling technique for the dual panel zone recently developed by the author was incorporated in the analysis. Incorporating the behavior of dual panel zone was among the most significant consideration in the analyses. Both the inelastic static and dynamic analyses did not indicate detrimental side effects resulting from the repair.he repair.