• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.817-827
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• 2008

본 연구에서는 기존 SM490강재와 국내에서 최근 개발된 내진용강재(SHN490, SN490)로 이루어진 특수모멘트골조의 기둥이음부를 부분용입용접으로 설계하여 내진성능평가를 위한 실물대 실험을 실시하였다. 부분용입용접에 의한 기둥이음부는 용접비용 및 공기의 절감에서 매력적 인 방안이다. 그러나 과거에 외국에서 수행된 몇몇 실험결과에 의하면 부분용입용접에 의한 후판기둥의 이음부는 인장응력에 대해 취성파단하는 거동을 보였다. 이런 이유로 인해 최근의 내진설계기준에서는 특수모멘트골조의 부분용입용접 기둥이음부의 강도는 예상 기둥소성모멘트 이상의 강도를 요구한다. 이를 반영하여 시험체의 부분용입용접 이음부의 설계강도는 AISC-LRFD의 기준식을 적용하여 기둥의 예상 소성모멘트 이상이 되도록 설계 및 제작하고 3등분점 하중으로 단조가력하였다. 압연형강 시험체 2개 및 조립형강 시험체 2개(총 4개 시험체)의 이음부 모두에서 기둥의 실제 소성모멘트 이상의 강도를 발휘하였다. 즉 AISC-LRFD의 부분용입용접 설계강도식의 신뢰성을 확인할 수 있었다. 다만 SM490 압연형강 시험체는 기둥의 소성모멘트를 발휘한 후 이음부에서 급격한 취성파단이 발생하였다. 이는 용접결함과 플랜지의 강도미달에 따른 복합적 원인에 의한 것으로 추정된다. 특히 SM490 강재의 경우는 항복강도와 인장강도가 규정치에 미달하는 등 성능편차가 큰 것으로 나타났다. 제한적 실험결과이긴 하지만 소재물성 및 이음부 거동의 측면 모두에서 내진용 신강재가 기존강재에 비해 전체적으로 우수함을 보여준 결과라 할 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권3호
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• pp.335-343
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• 2008

본 연구는 프리캐스트 콘크리트 모멘트 골조 시스템의 시공 성능 향상과 접합부 내진성능 향상을 위하여 새로운 개념의 PC 기둥 부재와 시공 공정을 개발하였다. 이 PC 기둥은 원심력으로 제조되어 내부에 공간이 비워있는 중공관 PC 부재로서, 이 기둥을 활용할 경우, 중공관을 통하여 현장타설 콘크리트와 동일한 일체성을 확보할 수 있다. 본 연구는 제안된 PC 기둥 접합부의 내진성능을 평가하기 위하여 반복가력 시험을 수행하였다. 실험체는 기둥 주철근의 연속성을 확보하기 위하여 기계적 이음과 겹침이음을 활용한 2가지 이음 방법을 적용하였으며, PC 기둥의 띠철근 배근 형태를 고려하여 실물 크기의 4개 실험체를 계획 실험하였다. 반복 횡력 시험 결과, 제안된 HPCC 기둥을 활용할 경우, 현장타설 RC 시스템의 접합부 내진성능을 충분히 확보할 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제29권2호
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• pp.135-145
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• 2017

본 연구는 춤이 큰 하이브리드 합성보의 1차 휨 성능 평가 후, 2차 연구로써 춤이 큰 하이브리드 합성보와 기둥 접합부의 내진성능평가 실험이다. 실험 변수는 보 춤, 부모멘트 철근 수, 브라켓과 보 이음부의 볼트 수 등으로 3개의 실험체를 제작하였다. 접합부 상세는 기둥에 브라켓을 접합 후, 브라켓에 하이브리드 보를 이음하였다. 브라켓과 보 이음은 하부와 웨브는 볼트접합, 상부는 용접접합하였다. 실험결과 내력은 정 부모멘트 모두 소성모멘트($M_p$) 이상을 확보하였으며, 변형능력은 3% 이상의 층간변위각을 확보하여 합성중간모멘트골조의 요구조건을 만족하는 것으로 나타났다. 그러므로 춤이 큰 하이브리드 합성보에 철골철근콘크리트 기둥을 적용하는 경우 본 연구결과의 접합부상세를 적용하면, 중간모멘트골조의 내진성능을 확보할 수 있다고 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제29권2호
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• pp.181-192
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• 2017

최근 경사단부강판과 고장력 볼트를 이용한 보 이음(Inclined end-plate beam splice) 공법이 개발되었다. 단부강판은 브래킷 단부에 용접되고 연결보는 고장력 볼트를 통해 이음시킨다. 기둥면에는 브래킷이 용접되고, 브래킷과 연결보 단부에 각각 경사단부강판과 고장력 볼트를 이용하여 이음 시킨다. 이 연구에서는 총 6개의 외부 보-기둥 모멘트접합부의 반복가력실험을 수행하였다. 실험변수는 단부강판 상세와 볼트 배열 상세이다. 모든 실험체는 AISC Design Guide 4에 따라 단부강판 및 볼트에 의한 모멘트 저항성능이 보 이음부 요구모멘트보다 크도록 설계되었다. 실험결과, 확장된 단부강판(Extended end-plate)을 사용한 보이음부의 경우 이음부 단부강판의 지레작용 및 볼트의 취성 파단 없이 중앙 보 모멘트가 단부 브래킷으로 효과적으로 전달되었다. 하지만, 보-기둥 접합부의 변형능력은 기둥면 보 플랜지 용접부의 취성파단으로 제한적이었다. 실험결과를 바탕으로, 기울어진 단부강판 이음부를 갖는 보-기둥 모멘트접합부의 내진설계를 위한 개선사항을 제안하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제22권6호
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• pp.741-751
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• 2010

이 연구에서는 프리캐스트 콘크리트(PC) U형 쉘을 사용하는 PC 모멘트 골조의 일부인 보-기둥 내부접합부의 내진성능을 평가하기 위하여 실험연구를 수행하였다. 5개의 PC 보-기둥 내부접합부와 1개의 현장타설 콘크리트 보-기둥 내부접합부를 실물 크기로 제작하여 반복가력 실험을 수행하였다. 주요 변수는 보 주철근비, 보 전단철근 간격, U형 PC쉘과 기둥 모서리의 보강철물 설치 유무이다. 실험 결과, 변수에 관계없이 PC 보-기둥 접합부는 현장타설 콘크리트 보-기둥 접합부와 비교하여 유사한 하중재하능력, 연성능력을 나타냈다. 그러나 주기 하중동안 PC 보-기둥 접합부는 보-기둥 이음부에서 보 주철근의 부착파괴로 인한 미끄러짐 변형과 대각방향의 전단균열로 인하여 심한 강도 저하를 나타냈고, 이로 인해 현장타설 콘크리트 보-기둥 접합부보다 접합부의 강성과 에너지소산능력이 감소되었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권4호
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• pp.503-514
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• 2011

본 연구에서는 콘크리트채움 U형 합성보와 H형강 기둥 십자형 합성접합부의 내진상세를 제시하고, 2개의 실물대 실험체를 설계/제작하여 강구조내진기준의 표준실험절차에 따라 내진성능을 평가하였다. 주요 실험체 구성요소는 춤 450mm(실험체 A) 및 550mm(실험체 B) U형 강재보, 두께 165mm의 골데크플레이트 위에 타설된 콘크리트 바닥슬래브, U형보의 완전합성작용을 하기 위한 전단스터드, 부모멘트 전달을 위한 4개의 주철근 및 H형강 기둥에 정착을 위한 용접커플러 그리고 접합부 보강을 위한 보강판으로 구성된다. 순수 강재 보-기둥 접합부와 상이한 U형 합성접합부의 독특한 특성을 고려하여, 지진하중 하에서 내진성능에 결정적 영향을 미치는 보-기둥 접합부의 용접부 취성파단, 강판의 국부좌굴, 주철근의 휨좌굴, 콘크리트 압괴 등의 한계상태가 적절히 제어되도록 실험체를 설계하였다. 강구조내진기준의 지진하중 가력프로그램에 따른 실험결과, 설계에서 의도한 바와 같이 여러 한계상태가 적절히 제어되어 실험체 A 및 B는 각각 6% 및 6.8% 라디안에 이르는 매우 뛰어난 층간변형능력을 발휘하였다. 이는 특수모멘트골조에 요구되는 4% 라디안 수준을 충분히 상회하는 만족스런 층간변형능력이다. 특히 접합부 강화전략에 의해 제안된 합성접합부 상세는 설계에서 의도한 것과 같이 소성힌지를 보강단부로서 밀어냄으로서 취약할 수 있는 보-기둥 용접접합부를 효과적으로 보호하였다. 실험체 A의 최종 파괴모드는 6.0% 층간변위에서 발생한 보강단부에 인접한 냉간성형 코너부의 점진적 저사이클피로에 의한 하부플랜지의 파단에 의해 발생하였다. 한편, 실험체 B는 8.0%의 높은 수준의 층간변위에서 발생한 볼트이음부 파단에 의해 내력을 상실하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.513-523
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• 2015

H형강 철골 모멘트 골조에서는 기둥의 강축 방향 용접 모멘트접합부를 활용하는 것이 구조적으로 가장 이상적이다. 하지만, 모멘트 골조가 직교하는 경우, 기둥의 약축 방향으로도 용접 모멘트접합부를 사용해야 한다. 국내에서는 특히 강축 및 약축 방향 모두를 용접 모멘트접합부를 자주 사용하는 관행이 있다. 대표적인 연성내진상세인 RBS(reduced beam section, 보단면감소)접합부의 경우 국내외적으로 강축접합 위주로 실험연구가 진행되어 약축 RBS 용접모멘트접합부에 대한 실험자료가 매우 희소하다. 본 연구에서는 RBS를 도입한 약축 용접 모멘트접합부의 내진성능을 실험적으로 고찰하였다. Gilton-Uang (2002)의 선행연구를 참고하여 보 플랜지는 연속판과 맞댐용접하고 웨브는 전단이음판과 C-형 필릿용접부로 설계하여 실험을 수행하였다. 보에 사용된 강재가 내진용 강재가 아닌 일반 SS400 강재임에도 불구하고 3% 이상의 소성회전각을 발휘하였다. 제한된 결과이긴 하지만, 전단이음판과 보 웨브 사이의 C-형 필릿용접부 설계에서 보 웨브에 작용하는 휨모멘트와 전단력의 편심의 영향을 구체적으로 고찰할 필요가 있는 것으로 판단된다. 본 실험결과를 토대로 전단이음판 부근의 보 웨브 파단을 방지할 수 있는 C-형 필릿용접 형상 및 설계방안을 제안하였다. 보 플랜지와 연속판의 완전용입 용접부는 맞댄이음(butt joint) 형식이 되어 국부좌굴에 취약하고 이로 인해 피로파괴가 발생하는 경향이 있으므로 용접작업에 지장이 없는 범위에서 용접접근공(스켈럽)의 크기를 최소화할 필요가 있다. RBS형상, 스틱아웃, 트림, 연속판 두께 증가 등과 같이 이미 검증된 약축 모멘트 용접접합부의 내진상세들은 따르는 것이 바람직하다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제22권3호
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• pp.271-280
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• 2010

본 연구에서는 국내 건축 구조용 강재인 SN490 강재를 사용하여 실물 크기의 H형강 보와 기둥으로 구성된 모멘트저항골조의 외부 T자형 용접모멘트접합부를 대상으로 실험을 계획하였다. 실험변수를 용접접근공형상, 접합부 이음 방식, RBS(Reduced Beam section)로 하여 9개의 시험체를 제작하였고, 반복재하 실물대 실험을 수행하였다. 실험에 따른 각 시험체의 파괴형태 및 모멘트-층간변위 관계, 변형률 분포를 나타내었으며, 재료인장 실험을 통하여 실험에 사용된 시험체의 전소성모멘트를 구한 다음 특수모멘트 접합부에 해당하는 시험체를 분류하였다. 각 시험체의 모멘트-층간변위 곡선을 골격곡선과 바우싱거곡선으로 분리하여 내력상승률, 소성배율, 에너지 소산량 등을 나타내었으며 이를 가지고 각 시험체의 소성변형능력을 평가하였다. 실험결과 용접접근공이 제거된 시험체가 기존 용접접근공형상을 가지는 시험체에 비하여 우수한 내진성능을 나타내었고, 보 웨브를 용접과 볼트를 병행하고 전단탭을 전체에 걸쳐 보강 용접한 시험체가 가장 우수한 내진성능을 나타내었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제26권1호
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• pp.55-68
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• 2014

본 논문에서는 콘크리트충전 각형강관에 구조용 피복콘크리트를 적용한 합성기둥 접합부의 내진 성능을 평가하였다. 이를 위하여 두 개의 강재 보와 두 개의 프리캐스트 콘크리트 보에 대한 접합부 실험체를 제작하고 반복주기하중실험을 실시하였다. 2/3 축소모델인 기둥 단면은 670mm이고 보춤은 강재보의 경우 488mm, 588mm, PC보의 경우 700mm이다. 강재 보는 보의 춤을 실험 변수로 하였으며 PC보는 보의 휨철근비를 실험 변수로 하였다. 프리캐스트 콘크리트 보의 상부 휨철근비는 1.1%, 1.5%이다. 플랜지는 연속강판을 사용하여 강관과 연결하였으며 휨철근의 정착 및 이음을 위해서는 커플러를 적용한 특수 상세가 사용되었다. 실험결과, 하나의 강재보 실험체를 제외한 모든 실험체는 특수모멘트골조 기준인 4% 이상의 회전각을 발휘하였다. 특히 PC보 실험체는 강도와 변형능력, 에너지 소산에 있어서 우수한 성능을 보였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권1호
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• pp.73-80
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• 2022

본 연구에서는 공장에서 L형강을 이용하여 선조립한 NRC 보와 NRC 기둥을 현장에서 볼트 조립하는 NRC 보-기둥접합부 상세를 개발하였다. 개발된 접합부 상세는 NRC-J형과 NRC-JD형이다. NRC-J형은 NRC 기둥 측면의 강재 플레이트와 NRC 보의 엔드플레이트의 측면과 하부면에 TS볼트로 인장접합하는 방식이다. NRC-JD형은 전단에 대해서 NRC 보와 NRC 기둥의 측면을 고력볼트접합하고, 휨에 대해서 접합부를 관통하는 철근연결재와 보의 보강재를 겹침이음하도록하는 강접합 방식이다. 접합부 내진성능평가를 위하여, 두 가지 NRC 보-기둥 접합부 상세를 가지는 NRC-J 실험체, NRC-JD 실험체와 RC 보-기둥 접합부 상세를 가지는 RC-J 실험체 등 3개의 실험체를 제작하였다. 반복횡하중가력 실험결과, 모든 실험체의 최종 파괴형상은 보-기둥 접합면에서 보의 휨파괴로 나타났다. 정가력에 의한 실험체 최대내력은 RC-J 실험체에 비하여 NRC-J 실험체와 NRC-JD 실험체가 각각 10.1%, 29.6% 크게 나타났다. 두가지 NRC 접합부 상세 모두 KDS 기준(KDS 41 3100)의 합성중간모멘트골조 모멘트접합부에서 요구되는 최소 총층간변위각 0.03 rad 이상의 연성능력을 확보는 것으로 평가되었다. 부재각 5.7%에서 NRC-J실험체, NRC-JD 실험체가 RC실험체에 비해 약 34.8%, 61.1% 큰 누적 에너지 소산능력을 보유하고 있었다. NRC 보-기둥 접합부의 실험내력이 KDS 기준식에 의한 이론내력에 비하여 30%~53% 큰 것으로 평가되어, 기준식이 보유성능을 안전측으로 평가하였다.