2HC 합성구조시스템의 성능평가 및 설계법 정립

Abstract

최근 건설시장에는 대규모 구조물의 수요가 늘어나고 있다. 이때 구조물의 평면이 다양성을 가지게 되고 자연스럽게 구조물이 초고층화 및 장스팬화 되면서, 강구조분야에서 구조성능이 우수하고 경제성이 있는 다양한 합성구조시스템이 개발되고 있다. 그러나 기존 합성구조시스템은 대부분 'U'의 형상을 가지는 합성보로 제작 시 절곡 및 롤포밍과 같은 2차 가공이 요구되어 제작기간이 늘어나고, 절곡 및 롤포밍이 가능한 생산설비시설이 있는 특정 철골제작업체에서만 제작이 가능하다는 점과 기존 강구조의 접합부 상세가 아닌 복잡한 접합부 상세로 인한 시공성 저하 등의 단점이 있어 개선이 요구되는 실정이다. 본 연구에서는 기존의 U형 단면을 한 쌍의 기성 H형강으로 대체하여 별도 2차 가공이 필요 없어 제작이 용이하고 국부좌굴에 대해 안전성을 가지고 기존 강구조의 접합부 상세를 적용하여 시공성 향상이 가능한 합성구조시스템을 개발하였고, 2HC 합성보, 2HC 합성보-기둥 접합부의 구조성능실험을 통해 합성구조시스템의 안전성에 대하여 평가하였다. 2HC 합성보의 휨 성능실험 시 변수는 합성보 하부연결판에 스터드볼트 유무를 고려하여 실험체 단부의 슬립량을 비교 분석하였다. 단순보의 지지조건으로 단조가력을 하여 실험한 결과 두 실험체 모두 초기에는 선형거동을 하였고, 좌측 가력점 위치의 콘크리트 슬래브의 균열이 발생하기 시작하였고, 균열이 점점 심화되고 최대하중에 도달한 이후 콘크리트 슬래브의 중앙부에서 파괴가 일어나 실험을 종료하였다. 합성보의 압축 및 인장 변형률을 검토한 결과 단면의 소성중립축은 콘크리트 슬래브 상부에서 약 150mm 지점에 형성된 것을 확인하였다. 최대실험휨강도는 현행기준을 통해 산정된 예상휨강도를 모두 상회하는 것으로 확인되어 현행기준을 통해 산정된 예상휨강도로 강도평가가 가능한 것으로 확인되었다. 2HC 합성보-기둥 접합부에 반복가력을 하여 실험한 결과 두 실험체 모두 가력초기에 볼트의 미끄러짐 현상이 발생하였고, 회전각이 점점 증가할수록 브라켓의 하부플랜지의 국부좌굴 및 찢어짐 현상이 발생하는 파괴양상을 보였다. 실험 후 변형능력을 검토한 결과 정 부 방향 모두 충분한 소성회전각을 확보하는 것으로 확인하였고, 정, 부방향 최대실험휨강도는 현행기준을 통해 산정된 예상휨강도를 모두 상회하여 현행기준을 통해 산정된 예상휨강도로 강도평가가 가능한 것으로 확인하였으며 합성중간모멘트골조의 회전성능인 3.0%를 모두 상회하는 것으로 확인되었다.