• Steel and Composite Structures
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• 제21권2호
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• pp.357-371
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• 2016

Column base connections are critical components in steel structures because they transfer axial forces, shear forces and moments to the foundation. Exposed column bases are quite commonly used in low- to medium-rise buildings. To investigate shear transfer in exposed column base plates, four large scale specimens were subjected to a combination of axial load (compression or tension) and lateral shear deformations. The main parameters examined experimentally include the number of anchor rod, arrangement of anchor rod, type of lateral loading, and axial force ratio. It is observed that the shear resisting mechanism of exposed column base changed as the axial force changed. When the axial force is in compression, the resisting mechanism is rotation type, and the shear force will be resisted by friction force between base plate and mortar layer. The specimens could sustain inelastic deformation with minimal strength deterioration up to column rotation angle of 3%. The moment resistance and energy dissipation will be increased as the number of anchor rods increased. Moreover, moment resistance could be further increased if the anchor rods were arranged in details. When the axial force is in tension, the resisting mechanism is slip type, and the shear force will be resisted by the anchor rods. And the shear resistance was reduced significantly when the axial force was changed from compression to tension. The test results indicated that the current design approach could estimate the moment resistance within reasonable acceptance, but overestimate the shear resistance of exposed column base.

• Steel and Composite Structures
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• 제44권1호
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• pp.1-15
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• 2022

The weld quality has always been an important factor affecting the development of exposed CFT column-base joint. In this paper, a new type of exposed RCFST column-base joint is proposed, in which the high strength steel bars (USD 685) are set through the column and reinforced concrete foundation without any base plate and anchor bolts. Three specimens, the varying axial force ratio (0, 0.25 and 0.5), were tested under cyclic loadings. In addition, the bending moment capacity, energy dissipation capacity and deformation capacity of column-base joints were clarified. The experimental results indicated that the axial force ratio increases the stiffness and the bending moment and improves the energy dissipation capacity of column-base joints. This is because a large axial force can limit the slip between steel tubular and infilled concrete effectively. The specimens show stable hysteresis behavior.

• Steel and Composite Structures
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• 제45권5호
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• pp.749-766
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• 2022

This paper investigates the seismic performance of exposed RCFST column-base joints, in which the high-strength steel bars (USD 685) are set through the column and reinforced concrete foundation without any base plate and anchor bolts. Three specimens with different axial force ratios (n = 0, 0.25, and 0.5) were tested under cyclic loadings. Finite element analysis (FEA) models were validated in the basic indexes and failure mode. The hysteresis behavior of the exposed RCFST column-base joints was studied by the parametrical analysis including six parameters: width of column (D), width-thickness ratio (D/t), axial force ratio (n), shear-span ratio (L/D), steel tube strength (f_y) and concrete strength (f_c). The bending moment of the exposed RCFST column-base joint increased with D, f_y and f_c. But the D/t and L/D play a little effect on the bending capacity of the new column-base joint. Finally, the calculation formula is proposed to assess the bending moment capacities, and the accuracy and stability of the formula are verified.

• Steel and Composite Structures
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• 제32권4호
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• pp.497-507
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• 2019

Exposed column base connections are used in low- to mid-rise steel moment resisting frames. This paper is to investigate the effect of the base plate thickness on the exposed column base connection strength, stiffness, and energy dissipation. Five specimens with different base plate thickness were numerically modelled using ABAQUS software. The numerical model is able to reproduce the key characteristics of the experimental response. Based on the numerical analysis, the critical base plate thickness to identify the base plate and anchor rod yield mechanism is proposed. For the connection with base plate yield mechanism, the resisting moment is carried by the flexural bending of the base plate. Yield lines in the base plate on the tension side and compression side are illustrated, respectively. This type of connection exhibits a relatively large energy dissipation. For the connection with anchor rod yield mechanism, the moment is resisted through a combination of bearing stresses of concrete foundation on the compression side and tensile forces in the anchor rods on the tension side. This type of connection exhibits self-centering behavior and shows higher initial stiffness and bending strength. In addition, the methods to predict the moment resistance of the connection with different yield mechanisms are presented. And the evaluated moment resistances agree well with the values obtained from the FEM model.

• 대한건축학회논문집:구조계
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• 제34권12호
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• pp.11-20
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• 2018

The purpose of this study is to investigate the seismic performance of exposed column-base plate strong-axis connections for small-sized steel buildings. Even though the seismic design for small-sized buildings became mandatory since Dec.2017, the arbitrary connection details in steel structure have been applied at the construction site, which is considered to be very insufficient to secure structural safety and stability considering the increased seismic risk. Therefore, a series of experimental test programs had been carried out to develop enhanced connection details in order to ensue the adequate seismic safety of small buildings. The hysteretic behavior of the exposed column-base plate connections commonly used in Korea seem to be very pure poor due to the "Rocking" phenomena between anchor plate and concrete by the residual plastic deformation of anchor bolts. A series of hysteretic tests were conducted to find the solution to overcome the "Rocking" phenomena of the exposed column-base plate connections, finally the stable seismic behavior was obtained by uisng at least 8 anchor bolts with good bonding strength to the protptype specimen.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제11권3호
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• pp.67-76
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• 2011

주각부는 상부의 강구조와 철근콘크리트조 기초의 접합부로써 매우 중요한 부분이다. 현재 국내외 강구조 골조 공사에서 사용되는 주각부의 형식은 크게 구분하여 노출형 주각부 근권형 주각부, 매입형 주각부라고 할 수 있다. 이 중에서 부재의 재사용 및 재활용을 최우선으로 고려한다면 노출형 주각부가 가장 유리하다. 본 연구에서는 이러한 노출형 주각부의 시공 성능 및 역학적 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 형태의 강구조 선형상 노출형 주각부를 개발하고, 구조 성능 평가를 위한 탄소성 재하실험을 수행하였다. 그 결과 개발된 신형상 노출형 주각부는 수평 방향과 수직 방향의 시공 오차를 현장에서 간단히 흡수하여 기존 노출형 주각부의 시공 불량을 사전에 방지함으로써 구조 성능을 발휘한다. 또한 에너지 흡수형 고력볼트를 사용함으로써 변형 성능이 증가함을 알 수 있었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제29권4호
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• pp.269-280
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• 2017

본 연구에서는 기존 소규모 철골조에서 나타나는 현장상세 노출형 주각부와 이를 보완한 상세를 가진 약축방향 주각부에 대한 반복 가력 실험을 통해 다양한 상세를 가진 약축방향 노출형 주각부의 내진성능을 평가하였다. 실험변수는 베이스 플레이트의 두께, 앵커볼트의 개수와 매립깊이, 그리고 리브 플레이트의 유무이다. 앵커볼트의 부착성능이 주각부 내진성능에 미치는 영향을 알아보기 위해 본 연구에서는 원형강봉과 나사산이 있는 L형 갈고리 앵커볼트를 사용하였다. 실험결과, 앵커볼트의 부착성능과 베이스 플레이트의 항복유무는 주각부의 에너지 소산능력에 영향을 끼치는 것으로 나타났다. 특히, 베이스 플레이트가 현행 기준에서 제시하고 있는 최소 두께를 만족하더라도 강재 기둥이 소성모멘트에 도달하기 전 베이스 플레이트가 항복할 경우, 주각부의 구조성능이 저하될 수 있는 소지가 있는 것으로 나타났다. 하지만, 현행 구조기준에 따라 접합부 성능을 조사한 결과, 제안된 약축방향 주각부 상세는 부분 강접합으로 가정할 수 있는 것으로 나타났다. 기존의 원형강봉에 비해 부착성능이 우수한 나사산이 있는 L형 갈고리 앵커볼트는 반강접 노출형 주각부에 사용가능할 것으로 판단된다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제50권4호
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• pp.459-469
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• 2014

One of the most important structural components of steel structures is the column-base connections which are obliged to transfer horizontal and vertical loads safely to the reinforced concrete (RC) or concrete base. The column-base connections of steel or composite steel structures can be organized both moment resistant and non-moment resistant leading to different connection styles. Some of these connection styles are ordinary bolded systems, socket systems and embedded systems. The structures are frequently exposed to cycling lateral loading effects causing fatal damages on connections like columns-to-beams or columns-to-base. In this paper, connection of steel column with RC base was investigated analytically and experimentally. In the experiments, bolded connections, socket and embedded connection systems are taken into consideration by applying cyclic lateral loads. Performance curves for each connection were obtained according to experimental and analytical studies conducted and inelastic behavior of connections was evaluated accordingly. The cyclic lateral performance of the connection style of embedding the steel column into the reinforced concrete base and strengthening of steel column in upper level of base connection was found to be higher and effective than other connection systems. Also, all relevant test results were discussed.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권2호
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• pp.34-45
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• 2017

본 연구에서는 소규모 철골조에 대한 기존 건축물의 접합부 현황조사와 분석을 통해 노출형 주각부에 대한 내진성능을 평가하였다. 총 9개의 주각부에 대한 반복가력 실험을 통해 휨강도, 변형능력, 그리고 초기강성 등이 조사되었다. 실험의 주요 변수는 베이스 플레이트의 두께, 앵커볼트의 개수와 매립깊이, 앵커볼트 후크의 유무, 그리고 리브 플레이트의 유무이다. 본 실험결과에 의하면, 주각부의 휨거동은 앵커볼트의 개수와 매립깊이, 그리고 베이스 플레이트의 두께에 영향을 받는 것으로 나타났다. 반면에, 주각부에 설치된 리브플레이트는 휨강도에 큰 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 종합적으로 노출형 철골 주각부와 기초부 그리고 앵커볼트 등이 모두 현행 구조기준을 만족한다고 할지라도, 앵커볼트와 기초부 콘크리트 사이의 부착력이 충분하지 않을 경우, 슬립형 거동이 관측되어 개선이 필요한 것으로 파악되었다. 앵커볼트의 매립깊이가 현행 구조기준을 만족하고, 앵커볼트에 후크가 설치된 경우, 노출형 주각부의 초기강성은 주각부가 구속되었을 때의 휨강성 하한값의 약 15% 수준인 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제20권5호
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• pp.26-34
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• 2016

철골기둥-베이스 플레이트 접합부의 파괴유형은 베이스 플레이트 압축면과 인장면의 휨파괴, 앵커볼트의 인장파괴, 뽑힘, 전단파괴, 그리고 콘크리트 기초파괴 및 철골기둥의 소성힌지발생에 따른 파괴이다. 본 연구에서는 핀접합 또는 강접합으로 가정하여 설계되는 노출형 철골기둥-베이스 플레이트 접합부가 받을 수 있는 모멘트의 크기를 구하기 위하여, 한계상태 함수를 이용하여 철골기둥-베이스 플레이트 접합부의 휨성능 및 파괴유형을 예측하고 실험결과와 비교하였다. 한계상태함수를 이용하여 노출형 철골기둥-베이스 플레이트 접합부의 휨성능을 비교적 정확히 예측할 수 있는 범위는 축력이 있는 경우, 앵커볼트의 항복 또는 철골기둥의 항복으로 판별되었을 때이며 축력이 없는 경우, 베이스 플레이트의 항복으로 판별된 경우이다. 파괴유형까지 같이 고려할 경우, 축력이 있으며 앵커볼트의 항복으로 판별된 경우에만 한계 상태함수의 사용이 가능하다.