Extended-End Plate 반강접 접합부의 거동에 관한 연구

Abstract

최근 건축물이 고층화, 장스팬화가 이루어지면서 철골구조의 사용이 일반화되었다. 새로운 건축물을 설계하거나 이미 지어진 철골 건축물에서 강구조의 거동을 규명하여야 할 때, 접합부에 대한 거동 파악은 매우 중요한 문제이다. 철골 구조물에서 모든 접합부는 해석의 편의상 강접 접합(FR: Fully Restrained)과 핀접합(Simple Shear Connection)으로 이상화하여 고려해 왔으나, 실제로는 모든 접합부가 강접과 핀접합 사이의 회전 강성을 가지고 있다. 따라서, 접합부의 정확한 해석을 위하여 반강접의 개념이 도입되었고, 이에 대한 적절한 모델 개발의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 하지만, 반강접은 연구단계에서만 고려될 뿐 실무에서 쓰일 수 있는 실제적인 모델의 개발은 아직 부족하기 때문에 실용화되지 못하고 있다. 그러므로, 실무 설계에서 반강접의 적용성을 확대하기 위하여 반강접 접합부의 거동을 파악하고, 실무에서 손쉽게 이용할 수 있는 모멘트-회전각 M-θ 설계식의 제안이 필요하다. 철골 구조물에서 보와 기둥을 연결하는 접합부 중에서 볼트 접합부가 용접 접합부에 비하여 현장에서의 공기가 짧고 인건비가 적게 들기 때문에 많이 사용된다. 특히 Extended-end plate 접합부는 현장작업의 간편성과 경제성, 강접에 가까운 초기 회전 강성으로 인하여 최근 철골 구조물의 모멘트 접합부로 많이 사용되고 있다. 하지만, Extended-end plate 접합부의 명확한 모멘트-회전각 관계가 규명되지 않았기 때문에, 이에 대한 반강접 설계도 실무에서 적용되지 못하고 있다. 본 논문은 여러 가지 접합부의 형태 중에서 Extended-end plate 접합부의 주요 변수들을 분석하여 단순화된 모멘트-회전각 식을 제안하였다. Extended-end plate 접합부의 기존 연구자들의 제안식들을 분석하고, 실험체에 대한 ANSYS 회귀분석에 의해 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. Kish와 Chen의 실험 데이터 베이스(SCDB)를 바탕으로 해석적인 변수 스터디를 해 본 결과, t_(bf)/b, t_(bw)/d는 d/b, t_(ep)/(p_(t)/2), t_(cf)/(g_(t)/2)에 비하여 많은 영향을 끼치지 않음을 알 수 있었다. 주요 변수로 추출된 d/b, t_(ep)/(p_(t)/2), t_(cf)/(g_(t)/2) 중에서 d/b가 Extended-end plate 반강접 접합부의 초기 강성에 가장 큰 영향을 미침을 알 수 있었다. 2. 인장 볼트 중에서 아래 라인의 볼트와 압축 볼트 중에서 위 라인의 볼트 사이의 거리인 l_(1,)가 작아서 초기 강성과 모멘트가 작은 경우나 보 플랜지를 중심으로 볼트가 대칭으로 위치하지 않고, 보의 중립축과 가깝게 위치하는 경우에는 초기강도 R_(kl)의 24%만을 고려하도록 하는 보정계수를 제안하였다. 3. 기둥 플랜지 두께에 비해서 Plate의 두께가 2배 이상인 경우는 회귀식에 고려된 t_(ep)/(p_(t)/2), t_(cf)/(g_(t)/2)의 영향 이상의 초기강성과 극한 모멘트를 가지는 것으로 나타났다. 이 것은 End-plate의 두께가 실제 영향보다 회귀식에 더 크게 고려되었음을 나타내기 때문에 기둥 플랜지 두께보다 End-plate 두께가 2배 이상인 모델에는 제한적으로 적용되는 보정계수를 고려하여야만 한다. 4. 본 논문에서는 Extended-end plate 접합부의 비선형 모멘트-회전각 곡선을 3개의 변수로 나타낼 수 있는 Three-parameter power model의 극한모멘트 M_(u), 초기 회전 강성 R_(ki), 형상함수 n을 다음과 같이 제안한다. ◁수식참조▷(원문을 참조하세요) 단, t_(cf)/t_(ep)가 0.5 보다 작을 때, (t_(cf)/t_(ep))^(0.55)라는 보정 계수가 고려되고, 보 플랜지를 중심으로 볼트가 대칭으로 위치하지 않고, 보의 중립축과 가깝게 위치하면 소성계수R_(ki)의 24%만을 고려하도록 한다.;The high-rise buildings become generalized the more steel structures are constructed. The exact grasping real behavior of the connections is necessity when needed to examine the behavior of steel structures that will be constructed or have been. The connections are idealized as rigid or pin connections when analyzed but the (act that all connections are between the two ideal extreme connections (rigid and pin) is verified by examinations. Therefore the semi-rigid connection model is reasonable to respect the deformation and the building's lifetime. Extended-end plate connections are used moment connection for strong initial stiffness, but applcated in office work because definite M-θ curve is not investigated. This research analyze important parameters of Extended-end plate connection and proposed simplified regression equations of M-θ curve. The result of a study on the behavior of extended-end plate semi-rigid connections is following. d/b, t_(ep)(p_(t)2), t_(cf)/(g_(t)/2) are important paraeters among t_(bf)/b, t_(bw)/d, d/b, t_(ep)/(p_(t)2), t_(cf)/(g_(t)2) through ANSYS analysis, and d/b is affected on initial stiffness. Modify coefficient of regression equations about pitch is 0.24 considered R_(ki) when bolts are teated closed to neutral axis of beam. Modify coefficient about end-plate and column flange is proposed. When end-plate thickness is twice than column flange, applied modify coefficient about M_(u), R_(k). Through this process, modified regression equations are following. ◁수식참조▷(원문을 참조하세요)