2개의 H형강을 적용한 합성보-기둥 접합부의 내진성능평가 = Seismic Performance Evaluation of Composite Beam-Column Joints with Two H-Shaped Steel Sections

국문 초록 (Abstract)

구조물의 대형화 및 장경간화에 따라 단면성능이 우수하며 골조공사비 절감을 위 한 합성구조시스템 개발이 이루어지고 있다. 현재 건설시장에서 대표적으로 사용되 는 U형 합성보가 있으나, 절곡강판을 제작하기 위해 2차가공이 필요하며 공사비 절 감을 위한 박판을 사용하여 국부좌굴이 우려된다. 또한 보-기둥 접합부의 복잡한 상세로 인해 시공성이 저하된다. 최근 이러한 U형 합성보의 단점을 보완하고자 2개 의 기성 H형강을 이용한 2HC 시스템을 개발하였다. 2HC 합성구조시스템은 좌우로 이격 배치한 H형강의 플랜지를 전단연결재로 결 속하여 폐단면을 형성하고, 내부에 콘크리트를 충전하는 방식으로, 보와 기둥 모두 적용가능하다. 2HC 합성구조시스템은 한 쌍의 H형강과 콘크리트 합성효과로 구조 성능이 향상되고, 기성품인 압연 H형강을 단순 조립하므로 제작공정이 단순하며, 보-기둥 접합부 상세가 기존 H형강과 동일하여 시공 적용성이 우수하다. 최근 다 양한 구조물에 2HC 합성구조시스템이 적용하고 있으며, 2HC 합성보의 구조성능과 2HC 합성보-기둥 접합부에 대한 내진성능을 다룬 실험 및 해석연구가 이루어졌다. 이 연구에서는 선행연구인 2HC 합성보-기둥 성능실험을 통해 하중-변위 관계, 파괴모드 등을 분석하여 2HC 보-기둥 접합부의 이력거동 특성을 분석하고, 이를 기반으로 실험결과와 비선형해석프로그램인 PERFORM-3D를 통한 주기하중 해석 결과 비교 및 이력거동 매개변수 수정 반복을 통해 구조해석 모델의 매개변수를 도 출하였다. 이를 바탕으로 2HC합성구조시스템의 접합부 거동 파악 및 RH보+CFT 기둥시스템과 비교를 위하여 14층 규모의 예제구조물을 현행 설계기준을 토대로 설계하였다. 이후 각 시스템의 내진성능을 비교하기 위하여 비선형 정적해석과 비 선형 동적해석을 수행하였다. 비선형 정적해석의 가력패턴은 각 방향별 1차모드를 토대로 해석을 수행하였고, 해석 결과를 통해 구조물의 파괴모드, 소성힌지분포, 층 간변형각 등을 확인하였다. 비선형 동적해석은 예제구조물에 상응하는 지진파를 산 정하여 해석을 수행하여 밑면전단력, 층간변형각, 접합부의 이력거동 등을 확인하였 으며, 2HC 합성구조시스템과 RH보+CFT기둥시스템의 물량비교를 통해 경제성 분 석을 하여 2HC 합성구조시스템의 합리적인 실무 적용 가능성을 확인하였다. Keyword : 2HC Composite Beam-Column Joint, Seismic Evaluation, Pushover Analysis, Time history Analysis, AISC 360-16

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 ⅰ
• 목 차 ⅱ
• 표 목 차 ⅴ
• 그림목차 vi
• 기호목차 viii
• Ⅰ. 서 론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 연구목적 3
• 1.3 연구방법 및 내용 3
• Ⅱ. 선행연구 5
• 2.1 개 요 5
• 2.2 실험 계획 5
• 2.2.1 실험체 제원 5
• 2.2.2 실험 방법 13
• 2.3 실험 결과 및 분석 16
• Ⅲ. 접합부 구조해석모델 제안 및 검증 18
• 3.1 개 요 18
• 3.2 접합부 구조해석모델 제안 및 검증 19
• Ⅳ. 예제구조물 내진성능평가 및 경제성 분석 26
• 4.1 예제구조물 설계 26
• 4.1.1 예제구조물 개요 26
• 4.1.2 예제구조물 설계결과 29
• 4.2 예제구조물 해석모델 31
• 4.2.1 보 31
• 4.2.2 기둥 31
• 4.2.3 보-기둥 접합부 32
• 4.2.4 벽체 32
• 4.2.5 연결보 33
• 4.2.6 기본설계모델과 비교 34
• 4.3 비선형 정적해석 39
• 4.3.1 하중 패턴 39
• 4.3.2 구조물 파괴모드 39
• 4.4 비선형 동적해석 44
• 4.4.1 평가 지진파 44
• 4.4.2 구조물 거동 비교 46
• 4.5 경제성 분석 53
• 4.5.1 개요 53
• 4.5.2 물량 비교 53
• Ⅴ. 결론 60
• 참고문헌 61
• Abstract 62