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• TSC 합성보와 CRC 합성기둥의 내진접합부 성능실험(Seismic Performance Test of TSC Composit Beam to CRC Composit Column Connections)

– 저자 : 정재천, 이창남, 이승환, 김형섭

The Centrifugal Reinforced Concrete(CRC) column developed by SEN Engineering is a method utilizing PHC(Prestressed High Strength Pre-Stressed Concrete) piles as columns. The CRC column is able to obtain the maximum capacity as for a reinforced concrete column due to its manufacturing method using centrifugal force to produce high strength concrete same for PHC and inserting a reinforced cage instead of a pre-stressed wire decreasing compressive strength in PHC. This expeditious and economical way to produce concrete of strength more than 80MPa by centrifugal casting makes CRC columns be easily and quickly applied to the construction site than PC(Precast Concrete). CRC column is not only improve applicability but it also enhances constructability because its buckling capacity higher than H-section column leads to increase the depth of penetration. If a required service load is higher than the capacity of the CRC column, it can be reinforced by additional concrete casting with re-bars in the site to obtain sufficient strength. The seismic resistance performance of the CRC column-to-TSC beam connection is previously demonstrated in accordance with KBC 2009 by experimental test, and the real scale test of the connection is conducted in this study. As a result, the seismic resistance performance of the connection meets the requirements of KBC2009; therefore, the CRC column-to-TSC beam connection can be used as IMF or SMF.

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• TSC 합성보와 다양한 기둥 구조시스템을 적용한 합성보-기둥 접합부의 내진성능

– 저자 : 김성배, 박홍근, 이철호, 김상섭, 이창남

최근 2∼3년 사이 일본과 뉴질랜드, 칠레, 파키스탄, 아이티, 중국 등에서 큰 지진이 잇달아 발생하였다. 지진으로 인한 인명피해와 가옥, 각종 시설물 피해 등은 선진국, 후진국을 가리지 않으며 최근 일본 지진은 그 피해규모를 정확하게 산정할 수도 없는 상황이다. 이렇게 국제적으로 지진피해가 증가할수록 국내 건축구조물에 대한 내진안전성과 지진 피해방지에 대해서도 관심이 고조되고 있는 바, 본 기사에는 합성구조의 내진성능확인과 함께 TSC 합성보와 각종 기둥 구조시스템을 적용한 연구결과를 중심으로 합성보의 내진성능평가를 정리하였다.

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• 용접용철근을 이용한 철근선조립 공법

– 저자 : 이창남, 김형섭, 엄태성, 박홍근, 이승환

철강재 가격의 상승으로 인해 철골 구조로 향하던 건설업계의 향방이 다시 철근 콘크리트구조 선호로 회귀하는 추세에 있다. 특히, 기둥의 지배 응력 조건은 ‘압축’이므로 자재비가 저렴하면서도 압축력에 강한 재료인 콘크리트를 사용하는 철근 콘크리트기둥이 철골 기둥에 비하여 경쟁력이 높다. 그러나 보를 철골 구조로 설계하고 기둥만 철근 콘크리트구조를 적용하는 경우 기둥과 보의 접합이 복잡하며, 기둥 콘크리트 양생이 끝날 때까지 보의 가설지주를 제거하지 못하는 단점이 있다. 따라서 철근을 주로 사용하면서 공장에서 선조립 할 수 있는 기둥과 보의 제작 방안의 모색이 필요하다. 이번 기사에서는 용접용 철근을 이용한 철근 선조립 공법 (PRC: pre-fabricated reinforced concrete)의 새로운 상세 및 접합부를 소개하고자 한다. 이 PRC 공법에서는 철근과 철근의 결속을 기본적으로 용접에 의존하므로 고강도 용접용철근(SD400W, SD500W 등)을 사용하였다. 특히, 그동안 설계․시공한 PRC 공법의 대부분은 기둥에 한정되어 있었지만 본 기사에서는 기둥뿐만 아니라 보의 철근을 선조립 제작할 수있는 공법을 제시하고자 한다. 공장용접으로 선조립을 한 보와 기둥의 철근 케이지를 현장에 반입하여 조립․설치하고, 현장에서는 간단한 추가 배근과 함께 선조립을 한 보 및 기둥 철근 케이지에 거푸집을 설치한 다음 콘크리트를 타설한다. 따라서 현장에서의 철근 적재 및 가공 공정 생략으로 인하여 공기단축 및청결한 현장관리가 가능하고, 공장에서 철근을 가공․조립하기 때문에 절단 및 절곡 과정에서 발생하는 철근 토막들의 손실을 최소화할 수 있어서 경제적이다.
구조적인 관점에서 PRC 공법은 기존 철근 콘크리트 공법과 동일하게 일체화된 보-기둥 접합부 시공이 가능하다. 그러나PRC 공법은 효율적인 기둥 이음, 보-기둥 접합부의 제작 및 조립을 위하여 용접, 커플러 이음, 기계적 정착 등이 사용되므로접합부의 성능에 대한 명확한 검증이 필요하다.

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• 강판 영구거푸집을 이용한 기둥-보 접합부의 내진성능 평가

– 저자 : 김성진, 김성배, 김형근, 윤영호, 이창남, 김상섭

본 논문은 현재 지속적으로 연구 개발 중인 강판 영구거푸집 기둥과 기 개발된 TSC 보를 접합하여, 접합부의 내진성능을 평가하는 것이 목적이다. 본 접합부실험은 접합형태와 가력방향을 변수로 하였다. 가력방법은 ANSI/AISC SSPEC 2002 PROGRAM에 의거하여 반복가력 실험을 하였고, 접합부의 내진성능은 Mmax/Mp와 소성에너지를 지표로 하여 평가하였다. 실험결과 기둥-보 접합부의 모든 실험체는 정-부모멘트 구간에서 0.04radian까지 전소성모멘트 이상의 값을 나타내어 내진성능이 우수한 것으로 판단된다.

This paper is a object to evaluate the seismic performance of connection which are connectting continuously a developing column with y type playe and developed TSC(T type Steel Composite beam)beam at previously. The experiment of connection is that type of connection and direction of load is a parameter. It was tested using the ANSI/AISC SSPEC 2002 Cyclic loading program. The seismic performance of connection was evaluated from Mmax/Mp and plastic-energy. All specimens are more than Mp on 0.004 radian of positive moment and negative moment, it conclude that the seismic performance evaluation of connection is excellent.

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• 콘크리트채움 U형 강재보 – 콘크리트 기둥 접합부의 내진성능

– 저자 : 황현종, 박홍근, 이철호, 박창희, 이창남, 김형섭, 김성배

In thisstudy,theseismicdetailsofaconcrete-encased,U-shaped steelbeam-to-RC column connection were developed.Three specimens of the beam-to-column connection were tested under cyclic loading to evaluate the seismic performance of the connection. The test parameters were the beam depth and the column section shape. The depths of
the composite beams were 610 and 710 mm, including the slab depth. For the RC columns, a square section and a circular section were used. Special details using diagonal re-bars and exterior diaphragm plates were used to strengthen the connections with the rectangular and circular columns, respectively. The test results showed that the specimens exhibited good strength, deformation, and energy dissipation capacities. The deformation capacity exceeded 4% interstory drift angle,which is the requirement for the Special Moment Frame.

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• 콘크리트채움 U형합성보-H형강기둥 십자형 합성접합부의 내진성능

– 저자 : 박창희, 이철호, 박홍근, 황현종, 이창남, 김형섭, 김성배

본 연구에서는 콘크리트채움 U형 합성보와 H형강 기둥 십자형 합성접합부의 내진상세를 제시하고,2개의 실물대 실험체를 설계/제작하여 강구조내진기준의 표준실험절차에 따라 내진성능을 평가하였다.주요 실험체 구성요소는 춤 450mm(실험체 A)및 550mm(실험체 B)U형 강재보,두께 165mm의 골데크플레이트 위에 타설된 콘크리트 바닥슬래브,U형보의 완전합성작용을 하기 위한 전단스터드,부모멘트 전달을 위한 4개의 주철근 및 H형강 기둥에 정착을 위한 용접커플러 그리고 접합부 보강을 위한 보강판으로 구성된다.순수 강재 보-기둥 접합부와 상이한 U형 합성접합부의 독특한 특성을 고려하여,지진하중 하에서 내진성능에 결정적 영향을 미치는 보-기둥 접합부의 용접부 취성파단,강판의 국부좌굴,주철근의 휨좌굴,콘크리트 압괴 등의 한계상태가 적절히 제어되도록 실험체를 설계하였다.강구조내진기준의 지진하중 가력프로그램에 따른 실험결과,설계에서 의도한 바와 같이 여러 한계상태가 적절히 제어되어 실험체 A 및 B는 각각 6% 및 6.8% 라디안에 이르는 매우 뛰어난 층간변형능력을 발휘하였다.이는 특수모멘트골조에 요구되는 4% 라디안 수준을 충분히 상회하는 만족스런 층간변형능력이다.특히 접합부 강화전략에 의해 제안된 합성접합부 상세는 설계에서 의도한 것과 같이 소성힌지를 보강단부로서 밀어냄으로서 취약할 수 있는 보-기둥 용접접합부를 효과적으로 보호하였다.실험체 A의 최종 파괴모드는 6.0% 층간변위에서 발생한 보강단부에 인접한 냉간성형 코너부의 점진적 저사이클피로에 의한 하부플랜지의 파단에 의해 발생하였다.한편,실험체 B는 8.0%의 높은 수준의 층간변위에서 발생한 볼트이음부 파단에 의해 내력을 상실하였다.

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• 콘크리트채움 U형 합성보와 선조립기둥의 내진접합부 성능실험

– 저자 : 김형섭, 이창남, 이승환, 김법렬

In this paper, the connection details of the prefabricated RC/SRC columns and a concrete-encased U-shaped steel beam is presented, and their seismic resistance performance is evaluated through a full-scale test. One of the life-scale column specimens for the test is a prefabricated RC column built with reinforcing bars, and the other one is a prefabricated SRC column built with L-shaped angle steels and reinforcing bars. Both of the columns are fully fabricated at factory by precise shop welding, so they don’t need on-site bar arrangement and temporary supports. Although there were many other seismic resistance performance evaluation tests with the forenamed columns and beams, but most of the previous tests were mainly arranged to demonstrate the performance of the connections as the special moment frame (SMF). However, in majority of real-world cases special moment frame is generally not common due to high cost and low workability. This paper presents more practical connection details of beam-to-column connections which accord with the intermediate moment frame (IMF) conditions as defined in the Korea Building Code 2009 (KBC2009) and, also, presents the result of the test which proves the aforementioned claim by using the life-scale specimens and finite element analysis.

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• TSC 합성보 – PSRC 합성기둥 접합부에 대한 주기하중 실험 (Cyclic Loading Test for TSC Beam – PSRC Column Connections)

– 저자 : 황현종, 엄태성, 박홍근, 이창남, 김형섭

In the present study, details of the TSC beam-to-PSRC column connection for low and middle seismic zones were developed. For ease construction, the top and bottom flanges of the steel section of the TSC beam were discontinuous at the joint face on purpose, while the web passes through the joint. Thus, tensile resistance of the top and bottom flanges is not considered in the calculation of nominal strength of the connection. Cyclic loading tests on two interior connections and an exterior connection were performed to verify the seismic performance. The test parameter for two interior connections was the depth of the TSC beams: 600 and 700 mm including the slab depth. The test results showed that the nominal strength of the connections predicted by KBC 2009 correlated well with the test results. The connection specimens exhibited relatively good deformation and energy dissipation capacities, greater than the requirements for the ordinary and intermediate moment frames. Ultimately, the connection specimens were failed at the story drift ratios of 3.0 to 4.0 % due to local buckling and tensile fracture of the web of the TSC beam passing through the joint. By modifying the existing provisions of ASCE, the joint shear strength of the TSC beam-PSRC column connection was evaluated.

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• PSRC 합성기둥의 반복가력 실험 (Cyclic Loading Tests for Prefabricated Composite Columns Using Steel Angle and Reinforcing Bar)

– 저자 : 황현종, 엄태성, 박홍근, 이창남, 김형섭

PSRC composite column is a concrete encased steel angle column. In the PSRC composite column, the steel angles placed at the corner of the cross-section resists bending moment and compression load. In the present study, using the performance criteria in KBC 2009, cyclic lateral loading test was performed for PSRC columns to verify the seismic performance. The test parameters were the column type, the use of continuous hoop, and the use of studs for steel angle. 2/3 scale specimens of a conventional composite column and three PSRC columns were tested. The test results showed that the load-carrying capacity predicted by KBC 2009 correlated well with the test results. The specimens also exhibited good deformation and energy dissipation capacities. After concrete cover spalling under cyclic loading, the load-carrying capacity were decreased by buckling of longitudinal bars and steel angles. When continuous hoop was used, the deformability of the PSRC column was improved, preventing early buckling of the steel angles.