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CFT 기둥-보 내다이아프램의 형상변화를 고려한 인장실험
곽성신(Sung-Shin Kwak),최병정(Byong-Jeong Choi) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.2
콘크리트 충전강관(Concrete Filled Steel Tube, 이하 CFT) 기둥에 사용되는 내다이아프램은 사용 강재량은 적으나 강관과 네 면을 용접해야 하므로 용접이 까다롭고 개구부가 필요한 단점을 가지고 있다. 본 연구에서 살펴보고자하는 개선 다이아프램은 콘크리트 충전을 위한 중앙부 홀을 4등분하여 각 코너부위를 절삭했다. 개선 다이아프램은 중앙부 홀의 넓이는 기존 다이아프램과 동일하지만 강관과 접하는 다이아프램의 폭이 감소하여 용접 길이가 기존 다이아프램 대비 약 70%가 감소된다. 개선 다이아프램의 인장성능을 검토하기 위하여 콘크리트 타설 홀의 반지름인 R값을 설계 변수로 3개의 실험체를 제작하였다. 단순 인장 실험을 통하여 내다이아프램에 동일 하중을 받았을 때 각 실험체의 면내 변형률을 분석하였다. 범용 유한요소해석 프로그램을(ANSYS 19.2)를 사용하여 실제 단순 인장 실험과 동일한 조건으로 해석을 수행하고 개선 다이아프램과 기존 다이아프램의 하중 전달을 비교하였다. 다이아프램의 폭이 플랜지 폭과 같거나 작을 때는 다이아프램의 단부에서부터 응력이 집중되고 플랜지 폭이 더 클 때는 중앙부에서 응력이 집중되는 것을 확인하였다. The diaphragm used for CFT columns has a small amount of steel to be used, but has a disadvantage that welding is difficult and openings are required because the steel tube and four sides must be welded. The improved diaphragm to be examined in this study was cut into four corners by cutting the center hole for concrete filling. In the improved diaphragm, the width of the center hole is the same as that of the previous diaphragm, but the width of the diaphragm contacting the steel tube is reduced, thereby reducing the welding length by about 70% compared to the previous diaphragm. The in-plane strain of each specimen was analyzed when the same load was applied to the interior diaphragm through a simple tensile test. Using the general FEM program(ANSYS 19.2), the analysis was performed under the same conditions as the actual simple tensile test, and the load transfer between the improved diaphragm and the previous diaphragm was compared. When the width of the diaphragm is equal to or smaller than the flange width, stress is concentrated from the end of the diaphragm, and when the flange width is larger, stress is concentrated at the center.
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ANSYS를 이용한 화재 후 온도에 따른 합성보 성능에 관한 해석적 연구
곽성신(Sung-Shin Kwak),최병정(Byong-Jeong Choi) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.1
화재발생 시 구조물의 부재는 온도상승에 의하여 본래의 강성을 잃게 되어 하중 지지력이 감소하게 된다. 구조 부재에 급격한 내력 상실은 구조물의 붕괴 및 인명 피해로 이어질 수 있다. 구조물의 화재 시간이 길어지게 되면 구조 부재에 대한 내력 상실은 더욱 증가하게 된다. 건축물의 붕괴를 방지하기 위하여 부재 손상 여부의 파악은 매우 중요한 과제이나 국내에서 부재의 잔존내력을 진단하고 평가하는 지침이 될 만한 자료는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구는 구조 부재 중합성구조인 합성보를 유한요소해석을 통하여 내화성능을 분석하고자 한다. 합성보 모델링은 한국전력기술의 협조를 받아 원자력 발전소 보조건물(Electrical Penetration Room, EPR)에 사용되는 도면을 바탕으로 수행하였다. 유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 이용하여 정해석 단계의 열전달 해석과 구조해석을 수행하였다. 열전달 해석 결과로 얻어진 온도분포를 데이터로 확보하여 구조해석에 열전달해석 결과를 반영시켰다. 잔존성능을 분석하기 위하여 합성보의 온도분포와 열 영향을 받은 구조해석의 최대변위 결과를 도출하여 실험 결과 데이터와 구조해석 결과 데이터를 비교분석하였다. In the case of fire, a structure loses its original stiffness due to the temperature rise, and the load bearing capacity decreases. The loss of structural strength increases with increasing fire time of the structure. To prevent the collapse of buildings, it is very important to understand whether or not the members are damaged. On the other hand, there is insufficient data to be a guideline for diagnosing and evaluating the residual strength of the members in Korea. Therefore, this study examined the resistance performance by Finite-Element-Analysis of composite beams, which are composite structures among structural members. Composite beam modeling was carried out based on the model used in the Electrical Penetration Room (EPR) in cooperation with KEPCO. The heat transfer analysis and structural analysis of the critical phase were performed using ANSYS, a finite element analysis program. ANSYS was used to perform heat transfer analysis and structural analysis at the static analysis. To analyze the residual performance, the temperature distribution of the composite beam and the maximum displacement result of the heat-affected structure analysis were derived and the experimental data and the structural analysis result data were compared and analyzed.
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