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구조성능실험
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Portal Frame 실구조물 실험
1실험목적
경량철골 박공형 골조의 구조적인 안정성 평가
부재간의 연결부 강성 및 내력평가
기둥 및 바닥과 앵커부위의 강성 및 내력 평가
주 구조재의 내력 및 강성평가
중도리에 의한 보의 횡좌굴 구속 검토
2실험체 설치 전경
3실험 결과
|
부 재 |
하 중 |
설계값 |
실험값 |
|
|---|---|---|---|---|
|
220×65×18×12×2.3T |
수 직 |
67.2 |
196.0 |
2.92 |
|
수직+수평 |
84.0 |
149.9 |
1.78 |
|
|
300×65×18×12×3.0T |
수 직 |
69.0 |
116.1 |
1.68 |
|
수직+수평 |
84.0 |
139.1 |
1.66 |
|
하중 |
설계치 |
실험변위(㎜) |
|
|
||
|---|---|---|---|---|---|---|
|
수직변위 (h/250):𝝳a |
수평변위 (ℓ/200):Δa |
수직변위 (㎜):𝝳e |
수평변위 (㎜):Δe |
|||
|
수직 |
28.8 |
20.0 |
18.2 |
5.26 |
0.632 |
0.263 |
4결론
경량철골 박공형 골조를 현장에서 비숙련공에 의해 조립ㆍ시공하여 설계하중을 가력한 결과 안정적인 거동을 함
실험체의 내력은 설계하중의 평균 1.8배로 충분히 안정적이다.
설계하중하에서 실험체의 변위는 허용설계변위의 0.18～0.63배로 안정적이다.
기둥재와 보부재의 경우 규준에 따라 설계하는 경우 안정성이 확보됨
접합부 정밀 해석 (‘주식회사 포스마이다스’ 수행)
1개요
부재와 부재 연결부 강성 및 내력은 구조적으로 충분한 것은 실험을 통해 확인됨
상부 플랜지가 없는 처마브라켓과 용마루브라켓의 상부플랜지 결손에 의한 접합부의 강성변화가 있을 것을 예상되므로 이에 대한 상세한 검토가 필요함.
2구조해석모델
구조형태 : 가로폭 15.4m, 기둥높이 4.5m, 기둥의 구배 10%인 2차원구조물(Portal Frame)
하중 : 접합부 강성 비교를 위하여 기둥에 단위 횡방향 하중을 작용.
일반해석 모델(접합부의 단면결손이 없는 모델) 보요소를 사용한 일반해석
모델 – 접합부에서의 강체연결조건 가정
상세해석 모델(접합부 단면결손을 고려한 모델) 접합부는 판요소를 사용하여 정밀하게 모델링하고 보요소로 연결
연결부 상세모델과 가정조건
접합부는 2개의 ‘ㄷ’형 철골과 1개의 연결판으로 모델링
접합부의 구속조건으로 Bolting 부분을 강체(Rigid link)로 연결
판요소를 사용한 부분과 보요소를 사용한 구간의 연결은 강체로 연결
3해석결과의 비교
해석결과는 연결점에서의 변위와 기둥의 바닥면에서의 모멘트 값을 비교하였다. 비교 결과 변위의 상대오차는 최저 2.25%에서 최대 4.99%까지
발생하였고, 모멘트의 상대오차는 최저 0.60%에서 최대 1.62%까지 발생하였다. 해석결과에 따르면 아래 표에서와 같이 상세 해석모델의 연결부
강성이 일반해석모델보다 상대적으로 약간 큰 것으로 알 수 있고 그 결과 값들의 차이는 크지 않음을 알 수 있었다.
|
구 분 |
일반모델 |
상세모델 |
상대오차(%) |
|
|---|---|---|---|---|
|
연결점의 |
A(내민처마) |
27.393mm |
26.776mm |
2.25 |
|
B(용 마 루) |
27.339mm |
26.411mm |
3.61 |
|
|
C(처 마) |
27.393mm |
26.025mm |
4.99 |
|
|
기둥의 |
왼 쪽 |
5.387ton-m |
5.350ton-m |
0.60 |
|
오 른 쪽 |
5.387ton-m |
5.300ton-m |
1.62 |
|
4결론
해석결과의 비교검토결과 횡변위량을 기준으로 한 비교에서 최대 4.99%까지 차이가 남을 알 수 있고 일반모델의 경우와 비교하여 모든 접합부에서
상대적으로 적은 변위를 보이고 있다. 따라서 접합부에 단면결손이 있는 상세모델의 경우가 오히려 접합부의 강성은 증가된 것으로 판단된다. 이것은
처마브라켓 상부플랜지의 단면결손을 보완하기 위하여 브라켓 하부에 비교적 큰 헌치를 두어 보강한 것이 주효한 것으로 판단된다. 따라서, 접합부의
단면결손에 의한 상대적인 강성저하는 발생하지 않을 것으로 예상되고, 기둥에서 발생된 휨모멘트의 상대적인 차이도 2%이내이므로 구조해석 및
설계 방법을 적용하여 구조적인 안정성을 검토하여도 무방할 것으로 판단된다.
접합부 고정도 실험 (포항산업과학연구원 강구조연구소)
1개요
부재와 부재 연결부 강성 및 내력은 구조적으로 충분한 것은 실험을 통해 연구함.
상부 플랜지가 없는 처마브라켓과 용마루브라켓의 상부플랜지 결손에 의한 접합부의 강성변화가 있을 것을 예상되므로 이에 대한
상세한 검토를 위해 새로운 형상의 브라켓으로 강성도 검토함.
기존의 베이스플레이트는 힌지형식의 베이스로 대공간구성에 취약하므로 이를 극복하기 위한 고정단 형식의 새로운 베이스플레이트를
제작하고 실험하여 고정도 검토함.
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