• Steel and Composite Structures
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• 제26권1호
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• pp.31-44
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• 2018

This paper reports a novel steel beam-to-column connection suitable for use in the weak axis of I-section column. Monotonic and cyclic loading experimental investigations and numerical analysis of the proposed weak-axis connection were conducted, and the calculation procedure of the beam-column relative rotation angle and plastic rotation angle was developed and described in details. A comparative analysis of mechanical property and steel consumption were employed for the proposed I-section column weak-axis connection and box-section column bending connection. The result showed that no signs of fracturing were observed and the plastic hinge formed reliably in the beam section away from the skin plate under the beam end monotonic loading, and the plastic hinge formed much closer to the skin plate under the beam end cyclic loading. The fracture of welds between diaphragm and skin plate would cause an unstable hysteretic response under the column top horizontal cyclic loading. The proposed weak-axis connection system could not only simplify the design calculation progress when I-section column is adopted in frame structural design but also effectively satisfy the requirements of 'strong joint and weak member', as well as lower steel consumption.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권1호통권68호
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• pp.169-180
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• 2004

강구조 기둥-보 접합부에 대한 연구는 그동안 국내외에서 오랜 기간 연구가 진행되어 내진성능 및 집합부의 강도를 개선시킬 수 있는 많은 접합 디테일이 개발되어 사용 중에 있으나, 현재 국내에서는 시공성을 고려하여 기존의 브라켓 형식의 접합부를 선호하고 있다. 본 연구에서는 약축 접합부의 연성적인 거동을 확보하면서 시공이 편리한 기둥-보 접합부를 실험과 이론해석을 통해 개발함으로써 철골구조시스템이 중저층 건물에도 사용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. 또한 약축에 대한 기둥-보 접합부의 구조설계 및 시공에 필요한 기초 자료를 제시하고자 한다.

• Steel and Composite Structures
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• 제27권3호
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• pp.337-353
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• 2018

In previous weak-axis moment connection tests, brittle fracture always initiated near the edge of the beam flange groove weld due to force flow towards the stiffer column flanges, which is the opposite pattern as strong-axis moment connections. As part of the China NSFC (51278061) study, this paper tested two full-scale novel weak-axis reduced beam section moment connections, including one exterior frame connection specimen SJ-1 under beam end monotonic loading and one interior frame joint specimen SJ-2 under column top cyclic loading. Test results showed that these two specimens were able to satisfy the demands of FEMA-267 (1995) or ANSI/AISC 341-10 (2010) without experiencing brittle fracture. A parametric analysis using the finite element software ABAQUS was carried out to better understand the cyclic performance of the novel weak-axis reduced beam section moment connections, and the influence of the distance between skin plate and reduced beam section, a, the length of the reduced beam section, b, and the cutting depth of the reduced beam section, c, on the cyclic performance was analyzed. It was found that increasing three parametric values reasonably is beneficial to forming beam plastic hinges, and increasing the parameter a is conducive to reducing stress concentration of beam flange groove welds while increasing the parameters b and c can only reduce the peak stress of beam flange groove welds. The rules recommended by FEMA350 (2000) are suitable for designing the proposed weak-axis RBS moment connection, and a proven calculation formulation is given to determine the thickness of skin plate, the key components in the proposed weak-axis connections. Based on the experimental and numerical results, a design procedure for the proposed weak-axis RBS moment connections was developed.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제16권5호통권72호
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• pp.641-652
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• 2004

철골 기둥-보 강축 접합부에 대한 연구는 그 동안 국내외에서 오랜 기간 연구가 진행되어 내진성능 및 접합부의 강도를 개선시킬 수 있는 많은 접합 형식이 개발되어 사용 중에 있으나, 약축 접합 형식에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 또한 현재 국내에서는 시공성을 고려하여 기존의 브라켓형식 용접 접합부를 선호하고 있으나, 용접량이 많아 취성적인 거동이 우려되며 과대 설계된 경향이 있다. 본 연구의 실험 결과에서 기존 브라켓 형식 용접접합은 용접량이 과도한 것으로 나타났으며, 기둥 웨브와 보의 웨브의 용접은 불필요한 것으로 판단된다. 그리고 본 연구에서 제안한 새로운 기둥-보 약축 접합형식들에 대한 실험 결과에서 기존 브라켓형식 용접접합보다 우수한 내력 및 연성을 보유하여 구조적으로 안전함을 확인할 수 있었다.

• Earthquakes and Structures
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• 제8권5호
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• pp.1039-1054
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• 2015

The purpose of this study was to evaluate the seismic performance of weak-axis column-tree type connections used in steel moment frames. These connections are composed of a shop-welded and fieldbolted steel structure and can improve welding quality. On this basis, column-tree type connections are widely used in steel moment resisting frames in Korea and Japan. In this study, splices designed with a semirigid concept regarding the seismic performance of column-tree connections were experimentally evaluated. The structures can absorb energy in an inelastic state rather than the elastic state of the structures by the capacity design method. For this reason, the plastic hinge might be located at the splice connection at the weak-axis column-tree connection by reducing the splice plate thickness. The main variable was the distance from the edge of the column flange to the beam splice. CTY series specimens having column-tree connections with splice length of 600 mm and 900 mm were designed, respectively. For comparison with two specimens with the main variable, a base specimen with a weak-axis column-tree connection was fabricated and tested. The test results of three full-scale test specimens showed that the CTY series specimens successfully developed ductile behavior without brittle fracture until 5% story drift ratio. Although the base specimen reached a 5% story drift ratio, brittle fracture was detected at the backing bar near the beam-to-column connection. Comparing the energy dissipation capacity for each specimen, the CTY series specimens dissipated more energy than the base specimen.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권3호
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• pp.295-304
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• 2011

국내외적으로 강구조 약축접합부의 접합방법으로는 브라켓타입이 주로 사용되고 있다. 브라켓타입의 약축접합부는 기둥-보접합부를 공장에서 제작한 후, 현장에 운반하여 시공하므로 보이음부가 추가된다. 따라서 보이음부의 설치비용 및 공사기간이 증가되므로 강구조물의 경쟁력이 저하된다. 본 연구에서는 기존의 표준약축접합부를 개선하여 힘의 흐름이 명확하고, 접합상세가 간결하며, 시공성을 향상시킨 신형상 약축접합부를 제안하였다. 실험결과를 통하여 신형상 약축접합부는 기존의 표준약축접합부보다 최대내력이 크게 나타났으며, 또한 연성적으로 거동하는 것으로 나타났다. 여기서 기존의 표준약축접합부는 스칼럽 또는 보이음용접부에서 응력집중으로 인하여 파괴되는 반면에, 신형상 약축접합부는 응력이 집중되는 스칼럽 및 보이음용접부가 없으며, 또한 H형강기둥과 보를 결합하기 위한 용접플레이트의 두께를 자유롭게 조절할 수 있으므로 이러한 차이가 기둥-보접합부의 최대내력 증가 및 연성적 거동에 기여하는 것으로 판단된다.

• Steel and Composite Structures
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• 제26권3호
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• pp.329-345
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• 2018

This paper systematically investigated the mechanical performance of the weak-axis cover-plate connection, including a beam end monotonic loading test and a column top cyclic loading test, and a series of parametric studies for exterior and interior joints under cyclic loading using a nonlinear finite element analysis program ABAQUS, focusing on the influences of the shape of top cover-plate, the length and thickness of the cover-plate, the thickness of the skin plate, and the steel material grade. Results showed that the strains at both edges of the beam flange were greater than the middle's, thus it is necessary to take some technical methods to ensure the construction quality of the beam flange groove weld. The plastic rotation of the exterior joint can satisfy the requirement of FEMA-267 (1995) of 0.03 rad, while only one side connection of interior joint satisfied ANSI/AISC 341-10 under the column top cyclic loading. Changing the shape or the thickness or the length of the cover-plate did not significantly affect the mechanical behaviors of frame joints no matter in exterior joints or interior joints. The length and thickness of the cover-plate recommended by FEMA 267 (1995) is also suitable to the weak-axis cover-plate joint. The minimum skin plate thickness and a design procedure for the weak-axis cover-plate connections were proposed finally.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제29권2호
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• pp.169-180
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• 2017

본 연구에서는 국내 소규모 철골조 건축물에서 실제 시공된 보-기둥 약축 접합부에 대한 현황조사를 바탕으로 시공성을 향상시킨 약축접합부 상세를 제안하였으며, 제안된 약축접합부에 대한 반복가력 실험을 통해 접합부 내진성능을 평가하였다. 실험변수는 보-기둥 접합부에 사용된 볼트의 개수이다. 실험결과, 본 연구에서 제안하고 있는 보-기둥 약축 접합부의 거동은 수평 스티프너에 연결되는 고력볼트의 개수의 의해 결정되는 것으로 나타났다. 접합부에 4개 이상의 볼트접합이 사용될 경우 현행 기준에서 요구하는 부분 강접합 요구조건을 만족시키는 것으로 나타났다. 모든 실험체는 플랜지 연결플레이트의 연단쪽 보 플랜지 볼트 구멍 주위에서 국부적인 지압파괴와 파단 등이 발생하였다. 하지만, 웨브 높이와 플랜지 폭이 작은 기둥을 사용할 경우, 접합부에 사용되는 고력볼트의 개수가 제한적으로 사용되어야 할 것으로 판단되므로 향후 이 부분에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권5호
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• pp.615-627
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• 2011

강구조에서 약축에 대한 접합기술 및 연구는 소수의 연구자들에 의해 진행되고 있으며, 연구실적 및 접합부 기술발전의 성과가 많이 부족한 실정이다. 기존 브라켓타입의 약축접합부는 효율적인 시공성 및 $CO_2$배출량의 저감을 위하여 개선될 필요가 있으며, 구조성능이 우수하고 $CO_2$배출량이 적은 새로운 형태의 약축접합부로 대체되어야 할 것이다. 그러나 새로운 형태의 약축접합부는 구조성능의 검증 및 안전성에 대한 검토가 선행되어야 하며, $CO_2$저감에 관한 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구는 기존 브라켓타입의 약축접합부, 표준약축접합부 및 초간편 약축접합부를 대상으로 구조성능을 검토하였으며, 약축접합에 필요한 접합재료의 소요수량 및 $CO_2$배출량을 정량적으로 평가하였다. 그 결과, 초간편 약축접합부가 구조성능이 우수하고, $CO_2$배출량도 적으며, 접합재료의 소요수량이 적기 때문에 시공성이 우수하여 기존 브라켓타입의 약축접합부를 대체할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.663-670
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• 2007

국내의 경우 철골 보-기둥의 접합부에 브라켓 형식이 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 브라켓 형식의 접합부에서 약축방향의 접합부를 대상으로 접합부의 디테일을 바꿈으로서 보다 경제적이면서 동시에 기존의 접합 디테일을 사용한 접합부와 구조적으로 유사한 성능을 발휘할 수 있는 접합부를 개발하였다. 접합 디테일을 다르게 한 4개의 접합부를 제안하고 이에 대해 경제성을 비교하였다. 또한 제안된 접합형식의 구조적 성능을 검증하기 위해 기존 접합 디테일을 포함하여 총 다섯 개의 시험체를 제작하고 이에 대한 최대내력 실험연구를 수행하였다. 4개의 제안된 접합형식 모두 기존의 접합형식에 비해 경제적인 것으로 나타났으며 최대내력 실험의 경우 한 접합형식을 제외하고 모두 보의 소성모멘트를 발휘할 수 있었으며 기존의 접합형식과 유사한 충분한 변형특성을 발휘할 수 있는 것으로 나타났다.