• 한국강구조학회 논문집
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• 제27권3호
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• pp.311-321
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• 2015

본 연구는 중 저층 건축물에 적용된 강재의 보-기둥 접합부에 따른 내진성능을 규명하기 위한 실험적 연구이다. 실험체는 보-기둥 접합부의 보 플랜지와 웨브의 접합형태에 따라 분류하여 총 5가지를 제작하였다. 실험체는 웨브와 플랜지 모두 용접한 접합부(SHN-W-W)와 웨브는 용접하고 플랜지는 고력볼트 접합한 접합부(SHN-W-B)와 웨브는 고력볼트 접합하고 플랜지는 용접접합한 접합부(SHN-B-W)와 웨브와 플랜지 모두 고력볼트 접합한 접합부(SHN-B-B)와 보 단부에 엔드플레이트를 이용하여 접합한 접합부(SHN-EP)이다. 실험은 KBC2009에서 제시하는 반복재하인증실험으로 층간변위각(${\theta}$)을 제어하기 위한 변위 제어방식으로 실시하였다. 실험으로부터 각 시험체의 하중-회전각 곡선을 나타내었으며, 접합부의 최종 파괴형상을 요약하였다. 접합부는 강성과 강도의 관점에서 강접합과 반강접합으로 분류하였으며 내진성능평가를 위한 에너지소산능력을 비교하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제17권6호통권79호
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• pp.689-697
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• 2005

보 플랜지 절취형 (Reduced Beam Section, RBS) 내진 철골모멘트접합부의 최근 실험결과를 살펴보면, 보 웨브를 볼트 접합한 시험체는 보 웨브를 용접한 시험체에 비해 조기에 스캘럽에서 취성파단이 발생하는 열등한 내진성능을 나타냈다. 과거 여러 연구자들이 수행한 실험 결과 및 본 연구의 수치해석 결과를 종합해 볼 때, 이러한 접합부의 조기 취성파괴는 고전 휨이론과 매우 다른 응력전달 메카니즘에서 기인하는 웨브 볼트의 슬립, 그리고 재료의 인성이 가장 낮은 스캘럽 부근의 응력집중과 밀접한 관련이 있는 것으로 분석된다. 본 연구에서는 실험 및 해석결과를 바탕으로 RBS 접합부의 실제 응력전달경로에 부합되는 새로운 보 웨브 볼트 설계법 및 개선된 상세를 제시하고 실물대 실험을 통하여 방안의 타당성을 입증하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제24권6호
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• pp.711-723
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• 2012

플랜지와 웨브에 서로 강도가 다른 이종강재를 사용한 CFT 합성구조의 거동특성을 파악하기 위하여, 플랜지는 건축용 800MPa급 강재인 HSA800, 웨브에는 일반강도 강재인 SM490 강재를 사용하여 실험연구를 수행하였다. 주요실험 변수는 강관의 강도 조합, 충전된 콘크리트의 강도, 콘크리트 충전효과이다. 이종강재간의 용접접합부는 낮은강도 강재에 적합한 용접부를 사용하여 접합부 성능을 검증하였다. 실험체의 거동특성을 평가하기 위해 편심압축 실험을 수행하였으며, 현행 설계기준들에 따른 예측결과와 비교하였다. 플랜지에 고강도 강재를 적용함에 따라 단면의 축강도 및 휨모멘트강도가 증가하였으며, 부재 강도를 충분히 발현한 이후 용접부에서 파괴가 일어났다. 실험결과 현행 설계기준을 적용하여 합성단면의 축력-모멘트 상관관계 및 유효휨강성을 안전측으로 예측 가능하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제21권3호
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• pp.211-219
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• 2009

비렌딜 트러스가 면내 휨모멘트 하중을 받는 지관 정방형의 각형강관 T형 접합부의 거동을 실험적으로 조사하기 위한 것이 본 논문의 목적이다. T형 접합부에서 각형강관 주관 플랜지면의 위에 각형강관 지관이 용접으로 접합되어 있다. 주요 변수로는 주관 두께에 대한 폭의 비($2{\gamma}$)로 ${16.7{\leq}2{\gamma}{\leq}33.3}$의 범위이고, 주관 폭에 대한 지관 폭의 비인 폭비($\beta$)로 ${0.40{\leq}{\beta}{\leq}0.71}$이다. 접합부에 면내 휨모멘트 하중이 작용하도록 총 9개의 실험체를 제작하여 실험하였다. 실험결과, 각형강관 지관 정방형의 T형 접합부에 대한 면내 휨강도는 주관 폭두께비와 폭비에 관계없이 주관 플랜지 휨변형에 의해 결정됨을 알 수 있다. 또한, 지관 정방형의 각형강관 T형 접합부의 면내 휨강도는 사용성에 의해 지배되는 것으로 나타나 면내 최대 휨강도는 1%B 변형시의 휨강도($M_{1%B}$)에 1.5배로 평가할 수 있는 것을 알 수 있다. 최종적으로 지관 정방형의 각형강관 T형 접합부에 대한 면내 휨강도는 주관의 폭두께비가 작을수록, 주관 폭에 대한 지관 폭의 비인 폭비가 클수록 접합부의 휨강도는 선형으로 증가하는 것으로 나타났다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제27권2호
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• pp.243-250
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• 2015

확장단부판(extended end-plate) 접합부는 보-기둥 모멘트 접합부의 한 형태로 접합부를 구성하는 단부판(end-plate)의 두께 및 길이, 고장력볼트의 개수 및 직경, 고장력볼트의 게이지 거리, 용접부의 치수 및 길이 등에 따라서 상이한 거동특성과 에너지소산능력을 발현한다. 이러한 확장단부판(extended end-plate)는 미국 및 유럽 등지에서는 다양한 기하학적 형상으로 기둥-보 접합부에 적용되고 있다. 그러나 현재 우리나라에서는 강구조 보-기둥 접합부에 적극적으로 적용되고 있지 못한 상황이다. 이렇게 적용성이 높지 않은 이유로는 기하학적 형상변화에 따른 설계강도식 제안, 에너지소산능력 평가 및 시공지침의 제공이 적절하게 이루어지지 못하고 있기 때문이다. 따라서 이 연구에서는 단부판(end-plate) 두께가 상대적으로 얇은 기하학적 형상을 갖는 비보강 확장단부판(unstiffened extended end-plate) 접합부의 에너지소산능력을 평가하여 에너지소산능력 예측모델을 제안하기 위한 기초자료를 제공하기 위하여 진행하였다. 이를 위하여 비보강 확장단부판(unstiffened extended end-plate) 접합부에 대한 3차원 비선형 유한요소해석을 단부판(end-plate)의 두께를 변수로 하여 수행하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.59-69
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• 2006

본 연구에서는 보 플랜지 절취형 (Reduced Beam Section, RBS) 철골모멘트접합부의 실험결과를 기초로 패널존의 적정강도를 제시하고자 하였다. RBS 충분한 실험자료가 보고 되어 있음에도 불구하고, 패널존의 적정강도 범위가 아직 제시된 바가 없다. 본 연구 및 다른 연구자의 실험결과에 의할 때, 패널존은 보 플랜지 그루브 용접부에 유해한 영향을 미치지 않고 0.01 radian의 소성회전각을 무난하게 발휘할 수 있음이 확인되었다. 또한 이 정도 크기의 패널존 소성변형을 허용하면 강한 패널존 시험체에 비해 횡비틀림 좌굴의 진폭이 절반 정도로 감소하였다. 이러한 실험적 관측을 토대로 RBS접합부의 소성변형능력을 향상시킴과 동시에 보의 소성힌지에 발생하는 좌굴의 크기를 줄일 수 있는 균형 패널존에 대한 강도 기준을 제안하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.153-153
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• 2011

현대 건축은 기능적이고 합리적이었지만 획일적이었던 박스형 건축에서 탈피해 형태와 공간에 있어서 다양한 변화를 시도하고 있다. 특별한 건축물의 실현을 위해 각 나라의 기술력은 급속한 발전을 이루었고, 보다 더 독특한 건축물에 대한 관심은 비정형 건축물에 대한 관심의 증대로 이어지고 있다. 이러한 비정형 건축물에 적합한 구조로써 프리폼(Free-Form) 구조가 있다. 프리폼 구조로 입체골조(Double Layered Structure)를 많이 사용하였으나, 최근 유리로 되어 투명하고 기하학적 모양의 건축물을 추구함에 따라 평면골조(Single Layered Structure)가 증가하고 있는 추세이다. 평면골조는 축력 지배형과 모멘트 지배형으로 분류할 수 있고 프리폼 구조의 구성 요소 중 가장 취약하고 중요한 부분은 노드이다. 본 연구에서는 프리폼 구조 중 가장 큰 관심이 고조되고 있는 평면골조 모멘트 지배형의 노드에 대한 국내외 기술 분석을 통해 향후 연구 방향성을 제시하고자 한다. 입체골조는 하나의 노드에 여러개의 부재가 3차원으로 결합되어야 하기 때문에 다른 골조 시스템에 비해 노드부가 복잡하지만, 건축물의 외관을 유리로 하여 투명하게 하고 비틀리고 구부러진 구조물에 대한 건축적 요구가 많아짐에 따라 평면골조의 인기가 높아지고 있다. 이러한 시대의 흐름에 발맞추어 건물의 구조적, 기하학적 요구를 충족시키기 위해 다양한 노드 시스템이 개발 중이며, 가해지는 하중의 특성에 따라 축력 지배형과 모멘트 지배형으로 구분하여 노드의 양상을 분류할 수 있다. 축력 지배형의 대표적인 시스템은 다이아그리드(Diagrid)이다. 축력 지배형 프리폼 구조의 노드는 전체 구조물의 하중을 축력으로 받아 모두 전달해야 하기 때문에 크기가 크고 가새가 2~4개층에 걸쳐서 설치되기 때문에 중량이다. 모멘트 지배형 노드를 갖는 프리폼 구조의 형태는 대부분 지붕 구조로써 지붕 자체의 하중만을 견디도록 설계된다. 따라서 노드부와 노드에 붙는 부재들이 가볍기 때문에 사람이 들 수 있고 노드의 크기가 작아 시공성이 좋으며 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다. 노드의 형태는 힘의 흐름과 쓰임에 따라 다양하다. 평면골조 모멘트 지배형의 노드는 접합방식에 따라 Splice node connection과 End-Face node connection 두 가지로 분류할 수 있다. Splice node connection은 각 부재의 종축으로 노드와 구조부재 사이에 이음재를 두어 연결하고, 연결 형태에 따라 전단력을 전달할 수 있는 1~2개의 접촉면이 생긴다. 전단응력을 받는 볼트로 이음재를 이어 조립하거나 용접으로 접합할 수 있다. 대표 노드로, SBP-1, SBP-2와 POLO-1 등이 있다. End-Face node connection은 각 연결된 부재의 단부와 노드 사이의 연결면은 종축방향의 수직이고, 인장응력을 받는 볼트를 사용하거나 용접에 의해 접합할 수 있다. 대표 노드로 SBP-4, WABI-1, MERO-1(Cylinder), MERO-2(Block), MERO-4(Double Dish) 등이 있다. 본 기술 현황 분석을 통해 현재 개발된 노드를 분류하고 가장 관심이 높은 Single Layer 모멘트 지배형 노드를 비교, 분석하였다. 최근 건물의 경향을 반영한 프리폼 구조를 실현하기 위해서 필수적인 노드의 개발은 국외에서 활발히 연구되고 있지만 그 기술이 개방되어 있지 않다. 국내에서는 동대문 디자인 플라자에 새로운 노드를 적용하고 고려대학교에서 모멘트 지배형 노드를 개발하는 등 발전 가능성을 보이고 있지만 국외 사례들에 비하면 아직 초기 단계라 할 수 있다. 따라서 현장 용접을 지양하고 공장 제작하여 현장에서 조립하며, 프로젝트 별로 상이한 노드를 사용하는 것이 아닌 다양한 요구를 효과적으로 수용하는 구조 효율성을 향상시킨 노드 상세의 개발이 이루어져야 할 것이다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제3권4호
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• pp.33-46
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• 1999

캘리포니아의 강구조 모멘트프레임은 1994년 노스리지 지진시 6.8의 규모와 진앙지에서 근접한 지리적인 악조건에도 불구하고 붕괴나 인명피해 없이 잘 견뎌냈다. 그러나 이후 시행된 조사에서 경제적으로 지진시 안전하다고 믿어져 널리 쓰인 welded flange-bolted web(WFBW) 강접합부(moment connection)의 기둥과 용접의 경계면에서 취성 파괴가 다수 발견되었다. 이논문은 선형파괴역학과 노스리지진이후의 WFBW 강접합부 실험을 이용하여 WFBW 강접합부와 노스리지지진이후 기존 강접합부의 대안으로 추천되고 있는 reduced beam section (RBS) 강접합부의 취성 파괴강도를 결정하는 수치적인 방법을 제안하고 이를 이용하여 이들 강접합부의 취성 파괴모드를 추정하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.807-815
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• 2008

1994년 노스리지 지진 이전 우수한 연성능력을 보유한 내진상세로 생각되던 WUF-B 접합부의 기둥-보플랜지 용접위치에서 발생 한 취성파괴는 WUF-B 접합부에 대한 새로운 고찰을 요구하였다. FEMA(Federal Emergency Management Agency)의 후원으로 SAC Steel Project에서는 WUF-B 접합부의 스캘럽(Weld access holes) 형상, 용접과정, 용접재료 등을 개정한 내진상세를 FEMA-350에 제안하 였다. AISC Seismic Provisions(2005)에서는 WUF-B 접합부를 OMF(Ordinary Moment Frames)로만 사용하도록 규정하고 있다. 본 연 구에서는 SM490 및 SN490 조립형강을 이용하여 FEMA-350에 제시된 WUF-B 상세 규정을 따라 강종(SM, SN), 보플랜지두께, 보의 춤을 변수로 기둥-보 접합부 실대 실험체 2개를 제작하여 실험을 수행하였으며, 내진성능 평가를 위한 가력 방법 및 내진성능을 평가하였다. JB-1, JB-2 실험체는 AISC Seismic Provisions(2005)에서 제시하고 있는 OMF와 SMF 내진성능을 만족하는 결과를 나타났으며, 보플랜지 두께와 보의 춤에 따른 WUF-B 접합부의 내진성능이 재정의 될 필요가 있는 것으로 사료된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제17권3호통권76호
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• pp.325-335
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• 2005

본 연구의 목적은 CFT각형기둥과의 접합에 성능이 개선된 합성 반강접 접합디테일을 제안하고 기둥-보 접합부의 단조가력시 역학적 거동을 보기 위함이다. 극한 거동에 결정적 영향을 끼치는 하부 접합부의 전단내력을 보강하고 시공성을 고려하여 합성 반강접 접합을 CFT구조 형식에 시도하여 CFT기둥-보 접합부의 접합디테일을 제안하였다. 본 연구에서 제안하는 하부 보 플랜지 용접접합(M-2)을 기존 합성 반강접 접합상세인 시트앵글접합(M-1)과 비교/검토하였다. 두 개의 실대형 CFT기둥-보 합성 반강접 접합부 실험체에 대한 단조가력실험을 수행하였다. 실험 결과, 제안형인 하부 보플랜지 용접접합된 실험체는 강접합된 철골보의 약 85%의 강성을 확보하였다. 이는 기존형 실험체와 거의 동일하였으며, 반강접으로 분류됨을 확인할 수 있었다. 제안형 실험체가 웨브 접합부에서 볼트지압에 의한 전단파괴가 발생하였으나 파단 직전까지는 슬래브 연성파괴가 일어난 기존형 실험체와 유사한 거동을 보였다. 슬래브 보강근에 의해 충분한 강성 및 내력이 확보되며, 웨브부분의 강관내의 앵커보강에 의해 전소성모멘트에 상응하는 내력 및 변형성능이 확보되어 충분한 연성거동을 보이는 것으로 판단된다.