이 논문은 정적 재하상태에 있는 무피복 강합성보와 내화피복을 적용한 강합성보를 대상으로 화재 시 내부 온도 및 수직처짐에 대 한 내화피복의 영향을 평가한 결과를 제시한다. 열응력해석을 위한 화재하중으로는 American Society for Testing and Materials E119 의 표준화재곡선을 사용했으며, 강재거더 표면에 부착하는 내화재료의 방화효과를 구현하기 위해 외기에서 강합성보로 전달되는 열 의 전달계수를 감소시켰다. 실규모 무피복 강합성보에 대한 구조화재실험에서 내부 온도분포와 수직처짐을 측정하였고 실험 결과와 의 비교를 통해 비선형 구조화재해석 결과의 타당성을 검증하였다. 내화피복이 적용된 강합성보의 구조화재해석 결과로부터 강재거 더 표면에 내화재를 적용할 경우 동일 화재 조건에서 무피복 강합성보에 비해 내부 온도와 수직처짐이 감소함을 알 수 있었다. 또한 열 전달계수의 변화에 따른 열응력 응답으로부터 화재 시 강합성보의 온도 및 구조거동에 대한 내화피복의 영향을 제시하였다.

국내 건설현장에서 장스팬 구조물이 증가함에 따라 콘크리트와 강재를 조합한 충전형합성보의 적용이 증가하고 있 다. 충전형합성보는 경제적이며 시공성이 향상되고 콘크리트 축열효과에 따라 내화성도 우수하다. 충전형합성보 내부에 휨성능 을 향상시키기 위해 Re-bar로 보강하여 사용한다. 이는 콘크리트 균열에 의해 부식 되어 내력저하를 유발한다. CFRP Re-bar는 경량이며 내부식성이 우수하다. 그러나 임계온도가 250℃로 낮기 때문에 화재에 취약으로 적절한 내화피복재를 적용해야된다. 따라서 열전달해석을 통해 내부 CFRP Re-bar가 보강된 충전형합성보의 온도분포를 확인하였다. 온도 상승에 따른 휨내력을 산 정하여 피복두께를 제안하고자 한다. 해석결과 단면크기에 상관없이 콘크리트 피복두께 40mm와 뿜칠내화피복재 20mm를 적용 하면 표준화재에서 3시간 내화성능을 확보하는 것으로 평가되었다.

In this study, to verify the structural performance of the Composite Joint System (CJS) hybrid structural model, a cyclic load test was performed and evaluated and verified through the test. To verify the structural performance of the CJS hybrid structural systems’ joint and evaluate the seismic performance, four three-dimensional real-size specimens were developed with three internal beam-column specimens and one external beam-column specimen. The three interior column specimens were classified by different methods of joining the upper column and lower column, and the same bonding method as the primary specimen was used for the exterior column. The structural performances in terms of drift, strength, and energy dissipation capacity were analyzed and compared based on the experimental results. From the displacement-based loading experiment, all specimens showed a lateral drift of 4.0% without any significant strength drop and stable energy dissipation capacity.

This paper presents the effect on the inelastic behavior and structural performance of concrete and filled steel pipe through a numerical method for reliable judgment under various load conditions of the CJS composite structural system. Variable values optimized for the CJS synthetic structural system and the effects of multiple variables used for finite element analysis to present analytical modeling were compared and analyzed with experimental results. The Winfrith concrete model was used as a concrete material model that describes the confinement effect well, and the concrete structure was modeled with solid elements. Through geometric analysis of shell and solid elements, rectangular steel pipe columns and steel elements were modeled as shell elements. In addition, the slip behavior of the joint between the concrete column and the rectangular steel pipe was described using the Surface-to-Surface function. After finite element analysis modeling, simulation was performed for cyclic loading after assuming that the lower part of the foundation was a pin in the same way as in the experiment. The analysis model was verified by comparing the calculated analysis results with the experimental results, focusing on initial stiffness, maximum strength, and energy dissipation capability.

본 연구는 재래 철근콘크리트공법의 거푸집 및 철근보강재를 FRP 판으로 대체한 개념이다. FRP판에 리브를 갖게 하여 FRP 판과 콘크리트 합성을 개선하고 거푸집의 강성증가를 유도하여 영구거푸집 및 철근보강재로 활용하는 방안이다. 본 연구는 전단경간비가 짧고 리브가 있는 FRP 판과 콘크리트 합성보의 휨/전단 파괴거동과 균열형태를 비교 분석하였다. 콘크리트의 경우 CDP 모델을 사용하였고, 외연적 비선형 유한요소해석 결과와 기존 실험결과를 정점 하중 및 균열형태에 대해 비교 분석하였다. 유효균열방향 개념을 사용하여 콘크리트 균열패턴을 시각적으로 표현하였다. 인장 등가소성변형률이 0 보다 큰 곳에서 균열이 시작된다고 가정하고, 균열평면에 수직인 벡터의 방향은 최대 주소성변형률의 방향과 평행한 것으로 가정하였다. 이 방향을 콘 크리트의 균열으로 생각하여 실험에서 확보한 균열형태와 비교 분석하였다. ABAQUS/Explicit 의 CDP 모델은 FRP 합성구조체의 비선형 거동 및 균열형태 모사가 가능한 것으로 판단된다. 초기강성의 불일치는 리브가 있는 FRP 판과 콘크리트 사이의 미세균열 및 접착력 등의 문제로 인해 발생한 것으로 사료되며 1차 정점 하중 및 균열형태를 적절히 추적할 수 있으므로 앞으로 다양 한 FRP 합성구조시스템의 거동 및 균열해석에 이용 가능할 것으로 판단되나 보다 다양한 파괴 매카니즘에 대한 지속적인 연구가 필요하다고 사료된다.

본 논문에서는 조립트러스 매립형 합성보의 실험과 해석을 통하여 휨 및 전단의 구조적 거동을 분석한다. 본 합성보는 복부가 개방된 트러스를 콘크리트 속에 매입함으로써 콘크리트와의 맞물림작용 및 일체성이 뛰어남으로 휨재로서 완전합성 거동을 한다. 본 합성보에서는 콘크리트 단면의 복부를 가로지르는 외곽 2열의 강재 복재가 상, 하 접합부로 긴결되어 있어서 철근콘크리트 보의 스터럽(Stirrup)과 같은 전단보강재의 역할을 한다. 그러나 본 합성보에서는 복재 접합부의 강도에 따라서 전 단보강재인 경사재 및 수직재의 전단내력이 변화되므로 이에 맞는 구조적 안전성이 확보된 새로운 전단강도식을 제안한다. 실험 및 해석결과, 조립트러스 매립형 합성보의 모든 실험체는 휨강도에 대하여 강재앵커가 있는 완전합성보로 평가되며, 제안된 전단강도식은 구조적 안전성이 충분히 확보된 것으로 평가된다.

AU(A plus U-shaped) composite beam was developed for reducing the story height in the residential buildings, and saving the cosrtuction cost of floor structures. Structural performance and economic feasibility of the composite beam have been sufficiently approved through the structural experiments and the analytical studies. Fire safety for the practical application of the composite beam has also been verified through the fire resistance tests and the heat transfer analyses. In this study 2-points bending tests were performed on the four specimens already tested for fire resistance to evaluate the residual bending strength of AU composite beam after fire accident. The same bending test was performed on the one fresh specimen having the same section and span of the specimens for practically comparative study.

본 연구는 FRP-콘크리트 합성구조의 휨/전단에 대한 구조적 성능 및 거동 특성을 해석적으로 규명하고자 휨/전단 저항성능에 대해 외연적 유한요소해석을 이용하여 FRP 합성보의 휨/전단파괴거동 해석을 실시하여 기 수행한 실험과 비교분석 하고, 적용된 콘크리트손상소성모델의 각각의 인자들의 영향에 대해 매개분석하고 최적화된 안을 제시하고자 하였다. 기하학적 및 재료적 비선형성 큰 경우 유한요소해석 중 내연적 해석의 경우 수렴에 많은 문제점을 내포함으로 외연적 유한요소 접근법이 보다 합리적임을 수치해석을 통해 보였다. 본 연구의 경우 콘크리트손상소성모델의 여러 인자들에 대한 매개변수 해석을 수행한 결과, 다이레이션각의 경우는 26°, 파괴에너지 값으로 100Nm/m2, 인자 Kc의 값으로는 0.667 그리고 손상계수는 감안하는 것이 합리적이다.

The BX composite beam is designed to have the same cross-section regardless of the size of the momentum, which is a disadvantage of the existing steel structure. Combination of the H-beam end compressive material and the H-section steel tensile reinforcement according to the moment size in a single span, It is possible to say that it is an excellent synthesis which increases the performance. When underground and overhead structures are constructed, it is possible to reduce the bending, increase lateral stiffness, reduce construction cost, and simplify joints. The seamability of the joining part is a simple steel composite beam because of the decrease of the beam damping at the center of the beam and the use of the end plate of the new end compressing material. In the case of structures with long span structure and high load, it is advantageous to reduce the material cost by designing large steel which is high in price at less than medium steel.

합성보에 휨모멘트가 작용하면, 콘크리트 슬래브의 아랫면과 강재보의 윗면은 각각 인장력과 압축력에 의하여 팽창과 수축을 한다. 필연적으로 두 부재의 사이에서는 미끄러지려고 하는 수평전단력이 작용하게 되며, 이에 저항할 수 있는 전단 연결재의 역할이 매우 중요하다. 이 연구에서는 화약의 폭발력을 사용하여 강재보의 플랜지에 전단연결재를 고정하는 방법을 개발하였다. 개발 고정방법의 구조성능을 검증하기 위하여 보-기둥 접합부 실험과 유한요소해석을 수행하였다. 실험 및 해석결과를 기반으로 판단했을 때, 개발된 접합방식을 통하여 충분한 연성 및 강도를 확보할 수 있을 것으로 판단된다.

Recently various composite beams in which concrete is filled in the U-shaped steel plate have been developed for saving story height and reducing construction period. Due to the high flexural stiffness and strength, they are widely being used for the building with large loads and long spans. The semi-slim AU composite beam has proven to take highly improved stability compared to the existing composite beams, because it consists of the closed steel section by attaching cap-type shear connectors to the upper side of U-shaped steel plate. In this study the finite element analyses were performed to evaluate the safety of the AU composite beam with unconsolidated concrete which were sustained through the closed steel section during the construction phase. The analyses were performed on the two types of cross section applied to the fabrication of AU composite beams, and the results were compared to the those of 2-point bending tests. In addition, the flexural performance according to the space of intermittent cap-type shear connectors and the location of reinforcing steel bars for compression was comparatively investigated. Through the results of analytical studies, it is preferable to adopt the yield moment of AU composite beam for evaluating the safety in the construction phase, and to limit the space of intermittent shear connectors to 400 mm or less for the construction load.

공작물 주차장은 제한된 높이를 갖는 시설물로써, 제한된 층고 내에 합리적 구조가 되도록 계획하는 것이 중요하다. 공작물 주차장은 제한된 층고 내에 주차 통로부(6m)와 주차공간부(5m)를 고려한 11m 전후의 장스팬이 대부분이다. 기존의 합성보는 제한된 층고내에서 충분한 보춤을 확보할 수 없기 때문에, 처짐과 같은 사용성에 대한 문제가 발생한다. 본 연구에서는 박스형 강재보의 상부플랜지를 콘크리트 슬래브의 마감면까지 노출시킨 형상의 합성보를 개발하였다. H형 합성보, U형 합성보, Box형 합성보를 대상으로 2점가력 휨실험을 수행하여, 구조특성을 비교하였다. 그리고 주차장 모듈에 대해 대안설계를 수행하여 경제성과 효율성을 비교평가하였다.

Recently, composite beams have been developed in which concrete is filled in a U-shaped steel plate for saving height of story. And due to high flexural stiffness and bending strength, it is widely applied in the field where high load and long span are required. The AU composite beam was improved the instability of the existing beams because it makes a closed section by attaching a cover type shear connection to the existing U - shaped composite beam with open upper section. In this study, AU composite beam resisted by composite-section during the using phase was evaluated the safety through the finite element analysis. The analysis is performed on the five specimens of AU composite beams according to applied deck-system and compared with the results of 2 - point bending test. As a result of the analysis, behavior of beam was shown by integrated composite section. And the evaluation of flexible capacity was p

The SLIM AU composite beam consists of U-shaped steel plate, A-shaped steel cap and infilled concrete. The bottom steel plate acts as tension bars, and the top steel cap takes roles of shear connector and compression bars in the conventional reinforced concrete section. In this paper the shear strength of this composite beam with closed steel section has been evaluated through the concentrated loading shear experiments. Test results under the symmetrical and asymmetrical loading conditions were compared with the predicted values based on the KBC 2016. The composite beam showed the greater shear strength capacities than those of the theoretical evaluation.

SLIM AU(A plus U-shaped) composite beam had been developed for not only reducing the story height in residential and commercial building, but also saving the cost of floor construction. The structural performance and economic feasibility was sufficiently approved by means of structural experiments and analytical studies. Even though fire resistance of the SLIM AU composite beam was evaluated throughout furnace fire test, the fire performance of the composite beam using finite element analysis is not analysed yet. Therefore the predictions of fire resistance simulations with loading as well as temperature distribution of the composite beam are summarized in this paper.