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KR20080037435A - 리브보강 엔드플레이트 접합부 - Google Patents

리브보강 엔드플레이트 접합부 Download PDF

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KR20080037435A
KR20080037435A KR1020060104588A KR20060104588A KR20080037435A KR 20080037435 A KR20080037435 A KR 20080037435A KR 1020060104588 A KR1020060104588 A KR 1020060104588A KR 20060104588 A KR20060104588 A KR 20060104588A KR 20080037435 A KR20080037435 A KR 20080037435A
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KR
South Korea
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end plate
cheolgolbo
rib
joint
steel
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KR1020060104588A
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English (en)
Inventor
최성모
Original Assignee
서울시립대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 엔드플레이트의 두께를 작게 하면서도 내력 및 연성을 확보하여 엔드플레이트 연성파괴를 유도한 리브보강 엔드플레이트 접합부에 관한 것이다.
본 발명의 리브보강 엔드플레이트 접합부는
철골기둥; 상기 철골기둥의 기둥면에 볼트 접합하는 엔드플레이트; 및, 단부가 상기 엔드플레이트에 용접 접합하여 설치되는 철골보;를 포함하는 이루어지는 철골보-철골기둥 접합부로서,
상기 엔드플레이트는 상기 철골보의 단부면보다 큰 크기를 가지는 평판으로 철골보의 상하부면 위로 돌출되는 돌출면을 가지도록 설치되며,
상기 철골부의 상부면과 엔드플레이트의 돌출면에 동시에 접하도록 평판의 보강리브가 용접 접합하여 설치되되 상기 엔드플레이트와 보강리브를 합한 내력이 접합부의 설계하중보다 크면서 철골보의 모멘트극한하중(Mu) 및 볼트의 파괴하중보다 작게 설계되는 것을 특징으로 한다.
엔드플레이트, 철골보, 접합부, 리브, 파괴메커니즘

Description

리브보강 엔드플레이트 접합부{Rib reinforced endplate connection}
도 1은 종래의 엔드플레이트 접합부와 그 파괴메커니즘의 다양한 양상을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 리브보강 엔드플레이트 접합부와 그 파괴메커니즘을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 리브보강 엔드플레이트 접합부의 구조 성능을 보여주는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 철골기둥 20: 철골보
30: 엔드플레이트 35: 볼트
40: 보강리브 41: 노치
45, 50: 개구부
본 발명은 리브보강 엔드플레이트 접합부에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔드플레이트의 두께를 작게 하면서도 내력 및 연성을 확보하여 엔드플레이트 연성파괴를 유도한 리브보강 엔드플레이트 접합부에 관한 것이다.
미국의 노스리지 지진(1995)과 일본의 고베지진(1996) 이후 보항복으로 골조의 연성능력을 확보하는 구조개념이 일반화되고 있으며, 이를 바탕으로 접합부의 내진상세가 개발되고 있다. 철골구조의 접합부 내진상세에는 도 1(a)와 같은 엔드플레이트 접합부가 있으며, 엔드플레이트 접합부는 기존 용접 접합부를 대체할 수 있는 연성능력이 우수한 접합부이다. 특히, AISC와 FEMA-350에서는 엔드플레이트 접합부를 특별연성모멘트골조(SMF, special moment frame)의 성능을 발휘하는 접합부로 정의하고, 엔드플레이트 두께를 산정하는 방법을 제시하고 있다.
도 1(b)는 엔드플레이트 접합부 설계에 고려되는 파괴메커니즘을 보여주는 도면으로, 엔드플레이트 접합부는 파괴양상에 따라 볼트파괴형(가), 보 항복형(나), 엔드플레이트 항복형(다)으로 구분하여 설계된다. 이중 볼트파괴형과 엔드플레이트 항복형은 공통적으로 보 붕괴의 바탕인 보의 전소성 상태를 확보할 수 없다는 문제점을 가진다. 나아가, 볼트파괴형은 볼트파괴에 의한 취성거동의 문제점을 가지며, 엔드플레이트 항복형은 엔드플레이트를 사용할 경우 보 플랜지와 엔드플레이트의 용접부가 찢어지는 현상으로 인해 보의 항복모멘트에 도달하지 못한 채 붕괴가 일어날 수 있으므로 접합부의 내력과 강성을 확보하기 위해 소정 두께 이상을 가지는 엔드플레이트를 필요로 한다는 문제점을 갖는다. 이런 문제점 때문에 일반 적으로는 보 항복형을 기반으로 설계가 이루어진다.
하지만, 보 항복형 설계방법은 보의 춤이 클수록 보에 소성힌지 발생이 어려우므로 그 적용에 제한을 두고 있다. 즉, FEMA-350D(200)에서는 보의 스팬(보의 춤을 7배 이하), 보 춤(W24 이하), 보플랜지 두께(3/4″이하) 및 기둥 춤(W8-W14)에 대하여만 적용하도록 하고 있는 것이다. 또한, 보 항복형 설계방법은 45㎜ 정도의 두꺼운 엔드플레이트 사용이 불가피한 바, 접합부 제작비용의 증가하게 되며 이는 전체 철골구조물의 공사비 증가로 이어지는 문제를 갖는다. 더욱이, 철골보로 일반구조용 강재(SS400) 사용을 하게 되는 경우 일반구조용 강재는 그 항복강도에 큰 편차를 가지므로 보 항복형 설계방법을 따르더라도 경우에 따라서는 보 항복 전에 볼트파괴에 의한 취성거동의 발생가능성을 내재하게 된다.
본 발명은 상기한 종래의 문제를 개선하고자 안출된 것으로서, 엔드플레이트의 두께를 작게 하면서도 내력 및 연성을 확보하여 안정적으로 엔드플레이트 연성파괴를 유도할 수 있게 한 리브보강 엔트플레이트 접합부를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 엔드플레이트 항복형의 파괴메커니즘을 따르도록 하면서도 보의 전소성 상태를 확보할 수 있게 한 리브보강 엔드플레이트 접합부를 제공하는 것이다.
상기한 목적달성을 위해 본 발명은
철골기둥; 상기 철골기둥의 기둥면에 볼트 접합하는 엔드플레이트; 및, 단부가 상기 엔드플레이트에 용접 접합하여 설치되는 철골보; 를 포함하는 이루어지는 철골보-철골기둥 접합부로서,
상기 엔드플레이트는 상기 철골보의 단부면보다 큰 크기를 가지는 평판으로 철골보의 상하부면 위로 돌출되는 돌출면을 가지도록 설치되며,
상기 철골부의 상부면과 엔드플레이트의 돌출면에 동시에 접하도록 평판의 보강리브가 용접 접합하여 설치되되 상기 엔드플레이트와 보강리브를 합한 내력이 접합부의 설계하중보다 크면서 철골보의 모멘트극한하중(Mu) 및 볼트의 파괴하중보다 작게 설계되는 것을 특징으로 하는 리브보강 엔드플레이트 접합부를 제공한다.
이하 첨부한 도면과 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 리브보강 엔드플레이트 접합부와 그 파괴메커니즘을 도시한 도면이다.
본 발명의 리브보강 엔드플레이트 접합부는 도 2(a)에서 도시하고 있는 바와 같이 엔드플레이트(30)를 보강하는 보강리브(40)를 더 마련한다는데 특징이 있다. 즉, 철골기둥(10); 상기 철골기둥(10)의 기둥면에 볼트(35)접합 엔드플레이트(30); 및, 단부가 상기 엔드플레이트(30)에 용접 접합하여 설치되는 철골보(20); 를 포함하는 이루어지는 철골보-철골기둥 접합부에서, 상기 철골보(20)의 단부면보다 큰 크기를 가지는 평판의 엔드플레이트(30)를 철골보(20)의 상하부면 위로 돌출되는 돌출면을 가지도록 설치하면서, 상기 철골보(20)의 상부면과 엔드플레이트(30)의 돌출면에 동시에 접하도록 평판의 보강리브(40)를 용접 접합하여 설치한 것이다. 보강리브(40)의 보강으로 엔드플레이트(30)의 두께를 줄이면서도 접합부의 내력을 충분하게 확보할 수 있게 된다.
다만, 본 발명에서 보강리브(40)는 내력보강뿐만 아니라 접합부를 엔드플레이트 항복형으로 설계할 때 철골보(20)의 전소성 상태를 확보하기 위한 구성으로 마련된 것이므로, 접합부는 상기 엔드플레이트(30)와 보강리브(40)를 합한 내력이 접합부의 설계하중보다 크면서 철골보(20)의 모멘트극한하중(Mu) 및 볼트(35)의 파괴하중보다 작게 설계되어야 한다. 즉, 도 2(b)에서와 같이 엔드플레이트(30) 파괴에 앞서 보강리브(40) 파괴가 일어날 것이므로, 접합부를 엔드플레이트 항복형으로 설계하는 경우에도 보강리브(40) 파괴로부터 철골보(20)의 전소성 상태를 확보할 수 있게 되는 것이다. 이러한 설계로 접합부는 그 파괴메커니즘이 보강리브(40)의 연성파괴로부터 엔드플레이트(30)의 연성파괴로 서서히 진행되므로 구조물의 안전성 확보에 유리해진다. 물론, 안정적인 구조거동을 위해서 엔드플레이트(30)와 보강리브(40)에 내지진강재(SN강재)를 사용하는 것이 접합부의 내력과 연성능력을 향상시키데 더욱 유리할 것이다.
특히, 도 2(a)에서는 보강리브(40)가 면내에 개구부(45)가 형성되거나 비접합 부분에 노치(notch, 41)가 형성되도록 구성하고 있는데, 면내의 개구부(45)는 보강리브(40)의 연성능력을 증대시키기 위해 마련된 것이고, 비접합 부분의 노 치(41)는 응력이 집중되도록 하여 엔드플레이트(30) 항복에 앞서 보강리브(40)의 파괴를 유도하기 위해 마련된 것이다. 물론, 도 2(a)에서는 상기 철골부의 상부면과 엔드플레이트(30)의 돌출면이 만나는 모서리에 개구부(50)가 형성되도록 보강리브(40) 모서리를 절삭가공하고 있는데, 이 또한 연성능력을 증대시키기 위한 것이다. 다만, 이와 같이 보강리브(40)에 개구부(45) 또는 노치(41)를 형성하거나 모서리를 절삭 가공한다면 내력저하가 뒤따르게 될 것이므로, 전체 접합부의 설계내력을 고려하여 보강리브(40)를 설계하도록 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 리브보강 엔드플레이트 접합부의 구조 성능을 보여주는 도면으로, 도 3은 6가지의 해석모델을 보여주며, 도 4는 도 3의 해석모델의 내력을 평가한 결과를 보여준다.
도 4(a)에서와 같이 무리브의 항복내력은 400kN, 리브A 내지 리브E의 항복내력은 약 480MPa으로 보강리브(40) 설치시의 항복내력이 약 20% 증가하는 것으로 나타났으며, 도 4(b)에서와 같이 무리브의 초기강성은 142kN/㎜, 리브A 내지 리브E의 초기 168-178kN/㎜으로 나타나 보강리브(40)를 포함한 접합부의 초기강성은 무리브에 비하여 18-25%증가한 것으로 나타났다. 이로부터 엔드플레이트 접합부에 리브를 설치할 경우 접합부의 항복내력과 초기강성이 20% 정도 증가함을 알 수 있다.
이상과 같은 본 발명을 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 엔드플레이트의 두께를 작게 하면서도 충분한 내력 및 연성의 확보가 가능해져 엔드플레이트 항복형으로 설계할 수 있게 되는 바, 철골량의 감축을 통한 경제적인 접합부의 시공이 가능해진다.
둘째, 엔드플레이트 항복형의 파괴메커니즘을 따르도록 하면서도 보의 전소성 상태를 확보할 수 있으므로 구조적인 안정성을 향상시킨 접합부로 완성할 수 있게 된다.

Claims (3)

  1. 철골기둥(10);
    상기 철골기둥(10)의 기둥면에 볼트(35) 접합하는 엔드플레이트(30); 및,
    단부가 상기 엔드플레이트(30)에 용접 접합하여 설치되는 철골보(20);
    를 포함하는 이루어지는 철골보-철골기둥 접합부로서,
    상기 엔드플레이트(30)는 상기 철골보(20)의 단부면보다 큰 크기를 가지는 평판으로 철골보(20)의 상하부면 위로 돌출되는 돌출면을 가지도록 설치되며,
    상기 철골부의 상부면과 엔드플레이트(30)의 돌출면에 동시에 접하도록 평판의 보강리브(40)가 용접 접합하여 설치되되 상기 엔드플레이트(30)와 보강리브(40)를 합한 내력이 접합부의 설계하중보다 크면서 철골보(20)의 모멘트극한하중(Mu) 및 볼트(35)의 파괴하중보다 작게 설계되는 것을 특징으로 하는 리브보강 엔드플레이트 접합부.
  2. 제1항에서,
    상기 철골부의 상부면과 엔드플레이트(30)의 돌출면이 만나는 모서리에 개구부(50)가 형성되도록 상기 보강리브(40)는 모서리가 절삭 가공된 것임을 특징으로 하는 리브보강 엔드플레이트 접합부.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 보강리브(40)는 비접합 부분에 노치(notch, 41)가 형성되거나 면내에 개구부(45)가 형성된 것임을 특징으로 하는 리브보강 엔드플레이트 접합부.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180104242A (ko) * 2017-03-10 2018-09-20 이기환 2열 흙막이 구조물

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