KR100627233B1 - 댐퍼기능을 갖는 철골구조물용 접합부재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2개 이상의 부재를 연결하는 철골구조물용 접합부재로서, 복수개의 체결공이 일정간격으로 형성되고 일 방향으로 구부러진 형태를 갖는 앵글과, 상기 앵글의 서로 다른 두 면에 일 단과 타 단이 각각 접합되고 1 개 이상의 홈이 형성되는 복수개의 스티프너를 포함한다. 이 접합부재는 철골구조물의 연결부분에서 발생하는 충격을 흡수하여 부재의 변형을 최소화시킨다.

Description

댐퍼기능을 갖는 철골구조물용 접합부재{CONNECTION MEMBER FOR STEEL STRUCTURE}
도 1은 볼트를 이용한 종래 철골구조물의 접합부를 나타낸 것이고,
도 2는 도 1에 도시된 접합부의 구조성능을 나타낸 그래프이고,
도 3은 종래 헌치형 스티프너를 이용한 철골구조물의 접합부를 나타낸 것이고,
도 4는 종래 헌치형 스티프너가 이용된 철골구조물의 국부 좌굴 상태를 나타낸 것이고,
도 5는 본 발명 댐퍼기능을 갖는 철골구조물용 접합부재의 한 실시예에 따른 사시도를 나타낸 것이고,
도 6은 도 5의 접합부재가 철골구조물에 결합된 상태를 나타낸 것이고,
도 7은 철골구조물에 작용하는 외력에 따른 접합부재의 변형을 나타낸 것이고,
도 8은 본 발명의 접합부재가 사용된 철골구조물의 접합부에 대한 하중-변형그래프이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 접합부재 110 : 접합부
112 : 체결공
120 : 스티프너 122 : 홈
본 발명은 철골구조물에 사용되는 접합부재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 철골구조물의 연결부분에 결합되어 서로 다른 부재를 연결하면서 외력에 의한 충격에너지를 흡수하여 주 부재의 변형을 최소화할 수 있는 댐퍼기능을 갖는 철골구조물용 접합부재에 관한 것이다.
일반적으로 철골구조 건물에서는 기둥과 보의 접합부를 볼트 또는 용접을 이용하여 결합한다. 접합부를 용접에 의해 접합하는 경우에는 어느 정도 내진성능을 발휘할 수 있으나, 현장용접이 많은 경우 용접결함이 발생하기 쉽고, 공기가 늘어나는 단점이 있다. 또한 용접접합부는 용접결함이 발생하지 않도록 품질관리를 철저하게 하더라도 대지진이 발생한 경우에는 지진에너지를 흡수할 수 있는 것은 기둥과 보의 소성변형에 의존하므로 기둥과 보가 손상을 입어 지진발생 후 건물의 복구가 어려우며, 건물을 해체하는 경우 용접부의 해체가 힘들어 부재의 재사용이 어렵다.
반면, 도 1에 도시된 바와 같이 접합부를 볼트로 접합하는 경우에는 시공이 간편한 장점이 있으나, 지진 등과 같은 수평방향의 외력을 받았을 때, 볼트접합부에 응력이 집중되어 도 2에 도시된 바와 같이 볼트의 취성파단이 조기에 발생한다. 때문에, 볼트접합은 내진성능을 제대로 발휘하지 못하는 경우가 많다. 이러한 이유로 볼트접합부의 단점을 보완하기 위하여 볼트접합부에 도 3에 도시된 바와 같이 헌치형의 스티프너를 설치한다. 이 경우 스티프너가 설치된 부분의 내력은 증가되어 볼트의 취성파단 등은 어느 정도 방지할 수 있다.
그러나, 스티프너가 너무 강하여 지진 등의 외력이 발생하면 스티프너에서 에너지를 흡수하지 못하고 그 에너지를 기둥 및 보에 그대로 전달하여 도 4에 도시된 바와 같이 스티프너가 끝나는 부분에서 국부좌굴 혹은 취성파단이 발생한다. 때문에 종래에는 기둥 및 보 부재의 재사용과 복구가 매우 힘들다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 용이하게 접합부에 결합되면서 접합부에서 발생하는 충격에너지를 흡수하여 주 부재의 변형을 최소화할 수 있는 댐퍼기능을 갖는 철골구조물용 접합부재를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면 2개 이상의 부재를 연결하는 철골구조물용 접합부재로서, 복수개의 체결공이 일정간격으로 형성되고 일 방향으로 구부러진 형태 를 갖는 앵글과, 상기 앵글의 서로 다른 두 면에 일 단과 타 단이 각각 접합되고 1 개 이상의 홈이 형성되는 복수개의 스티프너를 포함하는 댐퍼기능을 갖는 철골구조물용 접합부재가 제공된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명 댐퍼기능을 갖는 철골구조물용 접합부재의 한 실시예에 따른 사시도를 나타낸 것이고, 도 6은 도 5의 접합부재가 철골구조물에 결합된 상태를 나타낸 것이고, 도 7은 철골구조물에 작용하는 외력에 따른 접합부재의 변형을 나타낸 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 접합부재(100)는 앵글(110)과 복수개의 스티프너(120)로 구성된다.
앵글(110)은 일 방향으로 구부러진 형태로서 서로 다른 2개의 구조부재를 연결하는 기능을 한다. 앵글(110)의 구부러진 각도는 구조부재의 결합형태에 따라 변경될 수 있는데, 본 실시예에서는 기둥(10)과 보(20)의 결합구조를 고려하여 90도 하였다. 앵글(110)에는 일정간격마다 체결공(112)이 형성된다. 이 체결공(112)에는 볼트(30)가 체결된다. 따라서, 접합부재(100)는 볼트(30)를 매개로 기둥(10)과 보(20)에 용이하게 결합 및 분리된다.
스티프너(120)는 앵글(110)의 구부러진 각도를 일정하게 유지하면서 이를 통해 전달되는 충격에너지를 흡수하는 기능을 한다. 이를 위해 스티프너(120)의 양 단은 각각 앵글(110)의 서로 다른 두 면에 결합된다. 스티프너(120)와 앵글(110)의 결합은 용접에 의해 이루어진다. 스티프너(120)는 본 실시예에서와 같이 곡선형태 로 휘어지는 것이 좋다. 이처럼 스티프너(120)가 휘어져 있으면 앵글(110)을 통해 외력이 전달될 때 스티프너(120)가 보다 잘 변형될 수 있다. 그러나 필요에 따라서는 직선형태의 스티프너(120)를 사용할 수도 있다.
스티프너(120)에는 복수개의 홈(122)이 형성된다. 홈(122)은 스티프너(120)의 휨 방향에 수직하게 형성되어 스티프너(120)의 휨과 인장 변형이 보다 잘 일어나게 한다.
이와 같이 이루어진 접합부재(100)는 도 6에 도시된 바와 같이 기둥(10)과 보(20)의 접합부분에 볼트(30)를 매개로 결합되어 기둥(10)과 보(20)를 연결하고, 기둥(10)과 보(20)를 통해 전달되는 수평방향의 충격 에너지를 흡수하는 기능을 한다.
도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 접합부재(100)에 수평방향으로 압축력이 작용하면, 스티프너(120)의 위쪽에 형성된 홈(122)은 좁아지고 아래쪽에 형성된 홈(122)은 넓어지는 휨 변형이 일어나면서 수평방향으로 작용하는 충격 에너지를 흡수한다.
이와 반대로 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 접합부재(100)에 수평방향으로 인장력이 작용하면, 스티프너(120)의 위쪽에 형성된 홈(122)은 넓어지고 아래쪽에 형성된 홈(122)은 좁아지는 휨 변형이 일어나면서 수평방향으로 작용하는 충격 에너지를 흡수한다.
따라서, 본 발명의 접합부재(100)를 사용하면 기둥(10)과 보(20)가 항복되기 전에 스티프너(120)가 소성 변형되면서 수평방향의 충격 에너지를 흡수하므로 기둥 (10)과 보(20)의 직접적인 변형을 최소화시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 접합부재가 사용된 철골구조물의 접합부에 대한 하중-변형그래프로서, 볼트를 매개로 구조부재를 연결했음에도 불구하고 항복한 이후의 소성영역에서도 내력이 안정되고 변형능력이 우수함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 지진이 많은 지역에서도 충분히 사용가능하며 용접접합보다 더욱 큰 에너지를 흡수할 수 있다.
본 발명은 외력에 의한 충격을 최대한 흡수하여 기둥과 보의 변형을 최소화하므로 접합부의 내진성능을 최대화할 수 있고 지진발생 후에도 기둥과 보의 교체가 용이하다. 더 나아가 본 발명은 기둥과 보의 재사용을 가능하게 하므로 친환경적인 건축구조시스템을 구축할 수 있다.
또한, 본 발명은 용접 또는 별도의 접합자재 없이 기둥과 보를 접합하므로 시공이 간편하다. 따라서, 본 발명의 강재댐퍼를 사용하면 철골구조물의 공기를 단축할 수 있으며 이를 통해 건설비를 절약할 수 있다.
이상에서 댐퍼기능을 갖는 철골구조물용 접합부재에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (3)

  1. 2개 이상의 부재를 연결하는 철골구조물용 접합부재로서,
    복수개의 체결공이 일정간격으로 형성되고 일 방향으로 구부러진 형태를 갖는 앵글과,
    상기 앵글의 서로 다른 두 면에 일 단과 타 단이 각각 접합되고 1 개 이상의 홈이 형성되는 복수개의 스티프너를 포함하는 댐퍼기능을 갖는 철골구조물용 접합부재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 홈은 상기 스티프너의 길이방향을 따라 수직하게 형성되는 것을 특징으로 하는 댐퍼기능을 갖는 철골구조물용 접합부재.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스티프너는 곡선형으로 휘어진 것을 특징으로 하는 댐퍼기능을 갖는 철골구조물용 접합부재.
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