합성보의 쉬어코넥트로 널리 사용되고 있는 스터드볼트는 현재 학회규준에 강재의 재질은 용접성을 고려한 SS400이 규정되어 있으며, 그 전단내력의 산정식은 압축강도 $300kgf/cm^2$ 이하의 콘크리트를 대상으로 하고 있다. 한편 합성구조의 보급에 따라 합성보 뿐만 아니라 다른 구조부분에서도 강재과 콘크리트를 결합하는 쉬어코넥트 혹은 다른 용도의 접합재의 필요성과 함께 강재와 콘크리트의 고강도화, 프리캐스트화가 예상된다. 따라서 본 연구에서는 고강도 콘크리트와 강부재를 결합하기 위한 고강도 스터드의 개발을 목적으로 행하여진 일련의 실험결과를 보고하였다. 또한 스터드의 강성을 증대시키기 위한 강관을 이용한 쉬어콘넥트(이하, 파이프 스터드라고 한다)를 고안하였다. 본 논문에서는 고강도 스터드의 용접성, 역학특성에 관한 실험적 검토와 동시에 고강도 고강성 스터드인 파이프 스터드의 강성 내력을 종래의 스터드 볼트와의 비교실험을 하여 파이프 스터드의 유효성을 검증한다.
벽식 스틸하우스 벽체의 구조재로 적용되어 오고 있는 박판냉간성형형강 스터드의 경우 열교현상에 의한 단열상의 문제를 가지고 있기 때문에 추가적인 단열재의 사용이 요구된다. 이러한 단열 문제를 해결하기 위하여 웨브에 슬릿이 배치된 냉간성형강 단열스터드가 개발되었다. 그러나 슬릿의 배치로 인하여 단면강도 산정은 대단히 어려운 문제점이 되고 있다. 본 논문에는 단열스터드의 압축강도 및 구조적인 거동에 대한 실험 및 해석적인 연구결과를 기술하였다. 슬릿의 길이, 간격 및 배열형태를 달리하는 세 종류의 단열스터드에 대한 압축실험을 단면의 파괴 시까지 수행하였으며, 실험 및 해석결과에 근거하여 복부에 슬릿이 있는 냉간성형강 스터드에 적용하기 위한 단순한 형태의 강도 산정방법을 제안하였다. 제안된 강도산정법에서는 단열스터드를 등가두께의 슬릿이 없는 일반스터드로 대치하고, 이 등가단면에 직접강도법을 적용하여 단열스터드의 공칭압축강도를 산출한다. 제안된 강도산정방법은 단열스터드 실험결과와 비교하여 검증하였다.
이 연구에서는 SC 전단벽의 전단 연결재인 스터드의 배치와 형상이 SC 전단벽의 거동에 미치는 영향을 살펴보기 위해 전단벽체가 전단력과 축하중을 받을 때의 거동을 해석적으로 검토하였다. 이를 위해 서로 다른 형상과 배열의 스터드가 배열된 SC 전단벽을 대상으로 유한요소해석을 수행하였다. 스터드의 간격이 과하게 떨어져 있을 경우 합성거동이 완벽하게 작용하지 못하며 강판이 설계곡선의 2차 항복 전단력 보다 적은 하중에서 항복함을 확인하였다. 스터드의 형상은 일반형 스터드뿐만 아니라 개선된 경사형 스터드도 전단거동에 큰 차이를 나타내지 않았고, 스터드의 간격이 합성거동에 영향을 미침을 확인하였다. 또한 이 연구를 통하여 경사형 스터드가 일반형 스터드에 비해 좌굴을 제어하는데 효과가 있음을 확인하였다.
본 논문의 목적은 경량기포모르터를 충전한 스틸스터드와 복합스터드 내력벽체의 내화성능을 KS규준에 따라 평가하는데 있다. 주거용과 상업용 건물의 최소 내화 요구시간은 2시간이다. 시험 결과로부터 스틸 스터드와 복합스터드에 경량기포 모르터를 충전한 두 시험체 모두 2시간 내화 성능을 만족하는 것으로 나타났다. 또한 복합스터드 패널 시험체의 경우 내화 성능면에서 스틸 스터드 패널 시험체 보다 우수하다는 것을 정량적 평가하였다.
본 연구는 축구화 겉창의 스터드개발시 운동역학적 연구가 스터드개발에 어떻게 영향을 끼치었는가를 국외 선행연구문헌을 고찰함으로서 그 과정을 발견하는데 그 목적을 두었다. 지난 70년간 축구화 스터드가 연구개발되는 과정에서 압력분포측정 실험 및 기타 상해유발요인을 분석함으로서 스터드의 형태을 변화시키는 과정에 있어서 축구장 바닥과 축구화 겉창과의 마찰력이 중요한 변수로 작용하였다. 징이 선수들의 미끄럼을 방지하고 순발력을 향상시켜 경기력 향상에 결정적인 도움을 준 것이다. 이후 징박힌 축구화가 보편화하면서 선수들은 공격수냐 수비수냐 또는 잔디 상태에 따라 징의 개수와 길이가 다른 축구화를 신게 되었는데, 그라운드 컨디션에 따라 신발이 개발되었다. 축구화는 징의 종류에 따라 길고 푹신한 잔디($5{\sim}7$월 잔디)에 신는 50(soft ground)형, 짧고 단단한 잔디(가을철 잔디)에 적합한 FG(firm ground)형, 인조잔디나 아주 짧은 잔디에 좋은 터프(Turf)형, 맨땅에 쓰는 HG(hard ground)형으로 대별되는데, SG형은 15mm가 넘는 마그네슘 징을 6개 박는데 순발력과 파워를 극대화하기 때문에 수비수에 어울리는 스타일이다. 짧은 플리우레탄 징 12개를 다는 FG형은 넓은 그라운드 접촉면을 이루면서도 잔디에 깊게 박히지 않아 유연성을 필요로 하는 공격수와 미드필더들에게 애용된다. 그라운드 상황이 좋지 않은 곳에서 뛰는 국내 고교, 대학 선수들은 12개의 징이 달린 축구화를 선호한다. 스터드가 많을 수록 그라운드에 닿는 면적이 넓어 안정감도 있고 발목이 꺾이는 현상을 줄여주기 때문이다. 지금까지의 연구현황은 압력분포 및 지면반력실험을 이용한 결과치를 이용하여 새로운 타입의 축구화 스터드의 개발결과를 기존결과와 비교 분석하여 상해유발발생요인이 적은 스타일의 스터드를 선호하였다. 이에 향후 연구개발시 운동역학적 연구의 디자인 시 상해유발요인분석과 운동역학적 연구결과의 조합을 결과를 비교분석해서 국내에서도 축구화 겉창 스터드 연구개발시 경기력을 향상시키고, 상해유발요인을 감소시킬 수 있는 연구디자인이 지속되는 것이 중요하다고 사료된다.
건물이 초고층화됨에 따라 고강도 콘크리트를 구조물에 적용하고 있으며 내화 시 폭열 예방을 위해서 고강도 콘크리트에 섬유를 첨가하는 경우도 있다. 초고층 구조물 합성부재에서 강재보와 콘크리트 슬래브의 합성작용을 위해서는 전단스터드를 필요로 하게 된다. 오늘날 제시된 전단스터드 설계식은 일반강도 콘크리트 실험에 의해 제시되었고 전단스터드는 항복강도에만 제한되는 것으로 나타났다. 따라서 본 논문은 초고층 건물에 적합한 고강도콘크리트를 기존 제안식으로 비교 분석하고 새로운 설계식의 필요성을 확인하며 ANSYS 모델링을 통한 전단스터드의 거동을 분석하는데 그 목적이 있다.
압축력을 받는 강판 콘크리트(SC) 벽체에서 표면강판의 좌굴은 중요한 한계상태이다. 표면강판은 스터드 또는 타이바 연결재를 통해 콘크리트에 정착된다. 이 논문에서는 실험을 통해 스터드와 타이바가 표면강판좌굴에 미치는 효과를 평가하였다. 실험체는 세 종류의 연결재를 대상으로 하였다; 모두 스터드인 경우, 모두 타이바인 경우, 스터드와 타이바가 교대 설치된 경우이다. 또한 스터드/타이바 간격 대 표면강판 두께비(세장비)를 달리하여 실험을 수행하였다. 실험결과, 스터드와 타이바가 조합된 SC벽체의 표면강판 좌굴형상 및 좌굴강도가 모두 스터드 또는 타이바가 설치된 SC벽체와 잘 일치하였다.
스틸스터드는 스틸하우스와 같이 수직하중을 받는 부위나 칸막이벽과 같이 수직하중을 받지 않는 부위에 널리 사용되는 건축 자재이다. 본 연구는 단열성능을 향상시키면 강도가 저하되는 단열스터드의 물리적 모순을 트리즈 방법론을 이용해 해결하고 새로운 컨셉의 고강도 단열스터드인 HSI스터드를 제안하였다. 본 연구를 통해 물리적 모순의 해결을 위한 트리즈의 원리가 새로운 건축 자재를 개발하는데 유용하게 적용될 수 있음을 확인하였다. 트리즈를 이용해 개발된 고강도 단열스터드인 HSI 스터드는 기존의 KS 표준형 자재와 비교하여 약 12%의 단열성능 향상이 가능하고 벽체의 두께를 약 10% 정도 줄일 수 있다. 구조성능의 경우, 길이가 긴 스터드의 경우 일부 최대 3.9%의 휨강도 저하가 예상되나 4.1%~8%의 압축강도 향상으로 전반적인 구조성능 향상을 기대할 수 있다.
벽체용 박판냉간성형 Lip-C-형강의 구조적인 거동에 관한 연구의 일환으로 횡하중을 받는 스터드 벽체의 휨강도에 관한 실험적인 연구가 수행되었다. 시험체는 3개 또는 4개의 Lip-C-형강 스터드 부재의 양단을 C-형강 트랙으로 고정하여 제작되었다. 실험의 주요 변수는 스터드 복부의 천공 여부, 보강채널(bridge channel)의 간격 및 개수 그리고 보강 채널의 고정 및 스터드 플랜지의 간격 유지용 특수 클립(Clip)의 개수 등이며, 스터드의 인장측 플랜지에 부착된 합판과 석고보드의 벽에 강도에 미치는 영향이 연구되었다. 실험에 의한 휨강도는 AISI시방서(1996)에 근거한 강도와 비교하였다.
유럽을 중심으로 스틸스터드의 약점으로 지목 받고 있는 열교현상을 억제하기 위한 스터드 개선 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 연구는 크게 마감재와 접촉 면적을 줄이는 방법, 웨브면에서 열전달 경로를 늘이는 방법, 열전도성이 낮은 소재를 사용하는 방법, 그리고 스터드를 피복하는 방법으로 구분할 수 있다. 비교적 저층의 주거용 건축물을 대상으로 하는 국외의 경우 에너지 소비에 초점이 맞춰져 있지만, 본 연구의 경우 중층화를 대비하여 구조적 성능도 고려하여 아연도금강판(SGC58)과 FRP를 에폭시로 부착하여 150SL 형태의 복합스터드를 개발하였다. 복합스터드의 소재로는 두께 1.0mm과 1.2mm 강판과 두께 4mm(4ply), 6mm(6ply)의 FRP를 적용하였고, 4가지의 접합 상세에 대한 제작 및 실험을 통해 최종적으로 우수한 결과를 보인 2가지를 선택하였다. 이와 같은 과정을 거쳐 개발된 복합스터드의 압축 성능을 확인하기 위해 2가지 접합 상세에 대해 단면 높이인 150mm에 대해 3, 6, 9, 12배 길이에 대해 압축 실험을 계획하였고, 기존 스틸 스터드와 비교하기 위하여 동일 형태의 비교 실험체도 제작하였다. 실험결과, 복합스터드의 최대하중은 강판 두께 1.0mm인 경우 동일 두께의 스틸 스터드보다 평균 1.62배, 1.2mm인 경우 평균 1.46배 증가하였으며, 가력 종료 시점에 이르기까지 일체 거동을 보여 구조적으로 우수함이 입증되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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