KR102521720B1 - Structure having excellent earthquake resistant property and method for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내진성능이 우수한 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대형보를 사용하면서도 우수한 내진성능을 가지는 구조물 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a structure having excellent seismic performance and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a structure having excellent seismic performance while using a large beam and a method for manufacturing the same.
Description
본 발명은 내진성능이 우수한 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대형보를 사용하면서도 우수한 내진성능을 가지는 구조물 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a structure having excellent seismic performance and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a structure having excellent seismic performance while using a large beam and a method for manufacturing the same.
최근 전세계적으로 지진 발생의 회수 및 강도가 증가하고 있어, 내진설계에 대한 관심이 높아지는 추세이다. 일반적으로 강구조물은 철근 콘크리트보다 가볍고, 변형능력이 우수하여 내진성능이 우수한 것으로 알려져 있다. 하지만 강구조물의 장점에도 불구하고, 큰 지진 발생 시 힘이 집중되는 보-기둥 접합부 부근의 취성파단이 발생하여 구조물의 내력이 급격하게 저하되어 심하게는 건물이 붕괴되거나 큰 피해로 이어진다.Recently, as the frequency and intensity of earthquake occurrences are increasing worldwide, interest in earthquake-resistant design is increasing. In general, steel structures are known to have excellent seismic performance because they are lighter than reinforced concrete and have excellent deformability. However, despite the advantages of steel structures, when a large earthquake occurs, brittle fracture occurs near the beam-column junction, where the force is concentrated, and the strength of the structure is rapidly reduced, leading to collapse of the building or major damage.
이를 방지하고자, 보와 기둥의 접합 시, 보 단면의 일부를 따내는 RBS (Reduced Beam Section) 공법을 적용하며, 국내에서는 수평 스티프너를 부착하여 강도 보강을 하고자 하는 시도들이 늘고 있다.In order to prevent this, when connecting beams and columns, the RBS (Reduced Beam Section) method, which takes out a part of the cross section of the beam, is applied, and in Korea, attempts to reinforce strength by attaching horizontal stiffeners are increasing.
도 1은 미국에서 특수모멘트 접합부로 사용되는 RBS 공법으로, 이의 문제점을 나타낸다. RBS는 모재의 일부를 절취하여 보 단부에서 집중되는 응력을 단면 절취부로 이동시켜 기둥과 접합되는 보 단부에서의 취성파단을 방지하고 절취부에서 소성힌지 발생을 유도하여 연성적 거동이 가능한 접합부이다. 다만, RBS 상세는 모재를 절취하기 때문에 일반 접합상세 대비 최대내력이 감소하여 낮은 변형각에서 조기 국부좌굴이 발생하는 문제점이 있다.1 is an RBS method used as a special moment joint in the United States, and shows its problems. RBS cuts a part of the base material to move the stress concentrated at the end of the beam to the cross-section cutout to prevent brittle fracture at the end of the beam connected to the column and induces the generation of a plastic hinge at the cutout to enable ductile behavior. However, since RBS details cut the parent material, the maximum load capacity is reduced compared to general joint details, resulting in premature local buckling at low deformation angles.
도 2는 일반적인 보-기둥 접합부 상세에 연성 및 강도 향상을 위하여 스티프너를 부착한 것의 문제점을 나타내는 것이다. 일반 수평 스티프너 보강법은 접합부에서 최대하중이 발생하는 단부에 수평 스티프너를 보강하여 비보강 보 대비 높은 내력을 보유할 수 있는 공법이다. 다만, 단순히 수평 스티프너로 보강하게 되면 용접부 단부에서 취성파단을 유발할 수 있는 문제점이 있다.Figure 2 shows the problem of attaching a stiffener to improve ductility and strength to a general beam-column connection detail. The general horizontal stiffener reinforcement method is a method that can retain a higher load capacity than non-reinforced beams by reinforcing horizontal stiffeners at the end where the maximum load occurs at the joint. However, simply reinforcing with a horizontal stiffener has a problem of causing brittle fracture at the end of the welded part.
한편, 최근 건설시장이 대형화, 장스팬화를 요구하는 경향으로, 높이가 큰 보의 적용의 증가가 불가피하다. 따라서, 보 높이가 큰 경우, 접합부의 중간모멘트 골조 또는 특수모멘트골조의 구조성능을 발휘하는 접합상세가 요구된다. 그러나, 국내외 수많은 접합상세들이 제시되었으나, 높이가 큰 보에 적용하였을 경우 요구 변형능력을 만족하지 못하며 구조성능 향상에 한계가 있는 것으로 나타났다. On the other hand, as the recent construction market tends to require large-scale and long-span structures, an increase in the application of high-height beams is inevitable. Therefore, when the height of the beam is large, joint details that exhibit the structural performance of the intermediate moment frame or special moment frame of the joint are required. However, although numerous joint details have been proposed at home and abroad, when applied to high beams, the required deformability was not satisfied, and it was found that there was a limit to improving structural performance.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내진성능이 우수한 구조물 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.According to one aspect of the present invention, it is to provide a structure with excellent seismic performance and a manufacturing method thereof.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 않는다. 통상의 기술자라면 본 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above. A person skilled in the art will have no difficulty understanding the further subject matter of the present invention from the general content of this specification.
본 발명의 일 측면은, H형강의 보; H형강의 기둥; 및 상기 보와 기둥을 연결하는 접합부를 포함하는 구조물로서,One aspect of the present invention, beams of H-beams; H-beam column; And a structure comprising a joint connecting the beam and the column,
상기 접합부에는 용접접근공이 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 구조물을 제공할 수 있다.It is possible to provide a structure characterized in that a welding access hole is not formed in the junction.
상기 H형강의 소재는 항복비가 0.8 이하이고, 0℃에서 샤르피 충격흡수에너지가 27J 이상일 수 있다.The material of the H-beam may have a yield ratio of 0.8 or less and a Charpy shock absorption energy of 27J or more at 0 ° C.
상기 구조물은 0.04rad의 층간변위에서 보 Mp(공칭소성모멘트)의 80% 이상이 유지되고 소성회전각이 0.03rad 이상 발현될 수 있다.The structure may maintain more than 80% of the beam Mp (nominal plastic moment) at an interlayer displacement of 0.04 rad and exhibit a plastic rotation angle of 0.03 rad or more.
상기 구조물은 보의 높이가 900mm 이상일 수 있다.The structure may have a beam height of 900 mm or more.
본 발명의 다른 일 측면은, H형강의 보; H형강의 기둥; 및 상기 보와 기둥을 연결하는 접합부를 포함하는 구조물의 제조방법으로서,Another aspect of the present invention, beams of H-beams; H-beam column; And a method of manufacturing a structure comprising a joint connecting the beam and the column,
H형강인 보 및 기둥을 준비하는 단계;Preparing beams and columns that are H-beams;
상기 보 및 기둥 접합부분에 개선각도를 가지도록 보 플랜지를 컷팅하고, 접합부분 부근에 백업바 및 엔드탭을 설치하는 단계;Cutting the beam flange to have an improved angle at the beam and column junction, and installing a backup bar and an end tap near the junction;
상기 보와 기둥의 접합부분을 논스캘럽으로 용접하는 단계;Welding the junction of the beam and the column with a non-scallop;
상기 설치된 백업바 및 엔드탭을 제거하고 가우징하는 단계; 및removing and gouging the installed backup bar and end tap; and
접합부 부근에 보강 모살용접하는 단계를 포함하는 구조물의 제조방법을 제공할 수 있다.It is possible to provide a manufacturing method of a structure comprising the step of performing reinforcement welding in the vicinity of the junction.
상기 H형강의 소재는 항복비가 0.8 이하이고, 0℃에서 샤르피 충격흡수에너지가 27J 이상일 수 있다.The material of the H-beam may have a yield ratio of 0.8 or less and a Charpy shock absorption energy of 27J or more at 0 ° C.
상기 구조물은 보의 높이가 900mm 이상일 수 있다.The structure may have a beam height of 900 mm or more.
상기 개선각도는 30~35°일 수 있다.The improvement angle may be 30 to 35°.
상기 용접 단계 시, 용접봉은 YGW12이고, 완전 용입 용접으로 용접할 수 있다.In the welding step, the welding rod is YGW12 and can be welded by full penetration welding.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내진성능이 우수한 구조물 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a structure with excellent seismic performance and a manufacturing method thereof.
도 1은 특수모멘트 접합부의 일반적인 형상인 RBS 공법의 문제점을 나타내는 것이다.
도 2는 보-기둥 접합부의 스티프너 보강법의 문제점을 나타내는 것이다.
도 3은 본 발명의 보 및 기둥의 H형강 제작허용오차를 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 H형강의 웨브 두께에 따른 용접부 제작 기준을 나타낸 것이다.
도 6은 보-기둥 접합부의 일반적인 형상인 스캘럽 용접공법의 문제점을 나타내는 것이다.
도 7은 본 발명의 논스캘럽 Pos-H 보-기둥 접합부를 그림으로 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 접합부를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 접합부의 보호영역을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 보-기둥 접합부의 용접과정을 그림으로 나타낸 것이다.
도 11은 보-기둥 접합부의 용접과정을 나타낸 것으로, 구조물 제작과정 및 현장 설치 과정을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 논스캘럽 보-기둥 접합부의 용접 제작도를 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 논스캘럽 접합부의 판 두께에 따른 용접 적층도의 예시를 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 접합부의 실대형 실험방법을 나타낸 것으로, 실험체 세팅 구성도, 실험전경 및 가력조건을 나타낸 것이다.
도 15 내지 도 19은 각각 실시예 1 내지 5의 모멘트-회전각, 모멘트-소성회전각, 종국상황에서 소성힌지 및 변형된 양상을 나타낸다.
도 20은 실시예 1의 구간별 인장변형도 곡선 및 0.05rad 구간별 인장변형도를 나타낸 것이다.
도 21 및 도 22는 유한요소해석을 위한 모델링 형상이며, 실시예 1과 유한요소해석 결과의 모멘트-회전각 관계를 비교한 그래프를 나타낸 것이다.
도 23은 실시예 1과 유한요소해석 결과의 형상 비교를 나타낸 것이다.
도 24는 보 높이 700mm, 800mm, 900mm, 1000mm에 대하여 각각 논스캘럽 접합을 적용하여 소성힌지가 발생하는 것을 유한요소해석 수행한 것으로, 좌굴 발생 직전 사진을 3D로 나타낸 것이다.
도 25는 본 발명의 구조물 조건을 만족하지 않는 예시를 나타낸 것이다.
도 26은 종래 접합부에 대하여 취성파단이 발생한 예시를 나타낸 것이다.1 shows the problem of the RBS method, which is a general shape of a special moment joint.
Figure 2 shows the problem of the stiffener reinforcement method of the beam-column connection.
Figure 3 shows the manufacturing tolerance of the H-beam of the beam and column of the present invention.
4 and 5 show welded manufacturing standards according to the web thickness of the H-beam of the present invention.
Figure 6 shows the problem of the scallop welding method, which is a general shape of the beam-column joint.
Figure 7 is a picture showing the non-scallop Pos-H beam-column junction of the present invention.
8 shows the joint of the present invention.
Figure 9 shows the protection area of the junction of the present invention.
10 is a pictorial representation of the welding process of the beam-column joint of the present invention.
11 shows the welding process of the beam-column joint, and shows the structure manufacturing process and on-site installation process.
12 shows a welding production drawing of a non-scalloped beam-column joint of the present invention.
13 shows an example of a welding laminated view according to the plate thickness of the non-scallop joint of the present invention.
14 shows a real-scale test method of the joint of the present invention, and shows a test specimen setting configuration diagram, an experimental view, and loading conditions.
15 to 19 show the moment-rotation angle, the moment-plastic rotation angle, the plastic hinge in the final situation, and the deformed aspect of Examples 1 to 5, respectively.
20 shows the tensile strain curve for each section and the tensile strain for each 0.05 rad section of Example 1.
21 and 22 are modeling shapes for finite element analysis, and show graphs comparing moment-rotation angle relationships of Example 1 and finite element analysis results.
23 shows a shape comparison between Example 1 and finite element analysis results.
24 is a finite element analysis of the occurrence of plastic hinges by applying non-scallop joints to beam heights of 700 mm, 800 mm, 900 mm, and 1000 mm, respectively, and is a 3D view of a photograph immediately before buckling occurs.
25 shows an example that does not satisfy the structural condition of the present invention.
26 shows an example in which brittle fracture occurred with respect to a conventional joint.
이하에서는 본 발명의 바람직한 구현예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 구현예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 구현예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 구현예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. These embodiments are provided to explain the present invention in more detail to those skilled in the art.
본 발명자는 구조물의 소재 및 역학 측면으로 제어하여 응력 전달의 원활함을 유도하고, 용접 제작 시 노치 발생 및 응력 전달에 문제가 될 수 있는 인자들을 제거하기 위해 연구하였다. 그 결과, 본 발명에서 보-기둥 접합부 부근의 취성파단을 방지하고, 보 접합부 단부의 보호영역대로 힘을 유도하여 소성힌지를 특정구간에 발생시킴으로써, 연성 능력 및 강도가 증대되는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The present inventors have studied to induce smooth stress transmission by controlling the material and mechanical aspects of the structure, and to remove factors that may cause problems in stress transmission and notch generation during welding. As a result, in the present invention, it was confirmed that the brittle fracture in the vicinity of the beam-column junction is prevented, and the ductility capability and strength are increased by generating a plastic hinge in a specific section by inducing force to the protection area at the end of the beam junction. came to complete the invention.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
이하에서는, 본 발명의 구조물에 대해 자세히 설명한다.Hereinafter, the structure of the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 측면에 따르는 구조물은 보 및 기둥을 포함하고, 상기 보와 기둥을 연결하는 접합부를 포함하는 구조물로서, 상기 접합부에는 용접접근공이 형성되지 않을 수 있다.A structure according to one aspect of the present invention includes a beam and a column, and includes a joint connecting the beam and the column, and a welding access hole may not be formed in the joint.
보 및 기둥beams and columns
본 발명의 구조물은 보 및 기둥을 포함할 수 있다.The structure of the present invention may include beams and columns.
본 발명에서 보 및 기둥은 H형강일 수 있으며, 본 발명의 구조물은 높이가 900mm 이하인 보를 포함할 수 있으며, 900mm 이상인 초대형보 또한 포함할 수 있다. 본 발명의 보 및 기둥은 내진 조밀단면으로 구성될 수 있으며, 도 3의 제작 허용오차와 도 4 및 도 5의 용접부의 제작 기준으로 제작된 고연성 H형강일 수 있다. 도 3은 본 발명의 H형강의 제작 허용오차를 나타낸 것이며, 도 4 및 도 5는 웨브 두께에 따른 용접 종류와 용접 조건을 나타낸 것이다. 도 4에서와 같이, 웨브 두께가 16mm 이하일 경우는 표의 조건에 따라 필릿용접을 적용할 수 있으며, 도 5와 같이, 웨브 두께가 16mm를 초과할 경우 그루브용접을 조건과 같이 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 보 및 기둥은 항복비가 0.8 이하인 소재로 형성될 수 있으며, 상기 소재는 0℃에서 샤르피 충격흡수에너지가 27J 이상일 수 있다. 또한, 상기 소재는 용접성 향상을 위하여 불순물 P를 0.02중량% 이하, S를 0.015중량% 이하로 제어될 수 있다. 본 발명에서 일 측면에 따르는 실시예로는 보 및 기둥으로 Pos-H를 사용할 수 있다.In the present invention, beams and columns may be H-beams, and the structure of the present invention may include a beam having a height of 900 mm or less, and may also include a super-large beam having a height of 900 mm or more. The beam and column of the present invention may be composed of a seismic dense cross section, and may be a high ductility H-beam manufactured according to the manufacturing tolerance of FIG. 3 and the manufacturing standard of the welded part of FIGS. 4 and 5. Figure 3 shows the manufacturing tolerance of the H-beam of the present invention, Figures 4 and 5 show the welding type and welding conditions according to the web thickness. As shown in FIG. 4, when the web thickness is 16 mm or less, fillet welding may be applied according to the conditions in the table, and as shown in FIG. 5, when the web thickness exceeds 16 mm, groove welding may be applied according to the conditions. In addition, the beam and column of the present invention may be formed of a material having a yield ratio of 0.8 or less, and the material may have a Charpy shock absorption energy of 27J or more at 0 ° C. In addition, the impurity P of the material may be controlled to 0.02% by weight or less and S to 0.015% by weight or less in order to improve weldability. In an embodiment according to one aspect of the present invention, Pos-H may be used as beams and columns.
접합부copula
본 발명의 구조물은 상기 보와 기둥을 연결하는 접합부를 포함할 수 있으며, 상기 접합부는 용접접근공이 형성되지 않을 수 있다.The structure of the present invention may include a junction connecting the beam and the column, and the junction may not have a welding access hole formed.
본 발명에서는 보와 기둥으로 이루어지는 본 발명의 구조물은 스캘럽(용접접근공)이 형성되지 않은 접합부를 포함할 수 있다. In the present invention, the structure of the present invention consisting of beams and columns may include a junction in which scallops (welding access holes) are not formed.
도 6을 참조하면, 강 구조로 이루어진 보-기둥 접합부의 일반적인 접합 상세로, 접합되는 보 웨브 단부에 용접접근공(스캘럽)을 두어 용접을 용이하게 할 수 있다. 다만, 이러한 스캘럽은 지진 발생 시 응력 전달이 원활하지 않아 용접접근공에 응력이 집중되어 상하부 플랜지 단부에 취성파단이 발생하는 문제점이 있을 수 있다.Referring to FIG. 6, as a general joint detail of a beam-column joint made of steel structure, welding can be facilitated by placing a welding access hole (scallop) at the end of the beam web to be joined. However, such a scallop may have a problem in that stress is not smoothly transmitted when an earthquake occurs, and brittle fracture occurs at the upper and lower flange ends due to stress being concentrated in the welding access hole.
따라서, 본 발명에서는 용접접근공(스캘럽)을 배제하여, 보 단부의 응력의 흐름이 원할하게 하고, 아울러 노치로 인한 취성파단을 방지하고자 한다. 도 7 및 도 8은 본 발명의 논스캘럽 Pos-H 보-기둥 접합부를 그림으로 나타낸 것으로, 용접접근공(스캘럽)이 형성되지 않은 것을 확인할 수 있다. 이러한 본 발명의 접합부는 도 9과 같이, 보 높이(춤)의 절반은 일체 가공을 하지 않아 해당 영역에서 소성힌지 발생이 원활하도록 한다.Therefore, in the present invention, by excluding the welding access hole (scallop), the flow of stress at the end of the beam is smooth, and brittle fracture due to the notch is prevented. 7 and 8 are pictures showing the non-scalloped Pos-H beam-column joint of the present invention, and it can be confirmed that no welding access hole (scallop) is formed. As shown in FIG. 9, the joint of the present invention does not process half of the height (dance) of the beam so that the plastic hinge is smoothly generated in the corresponding area.
이하에서는, 본 발명의 구조물의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the structure of the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 측면에 따르는 구조물은 보 및 기둥을 준비, 백업바 설치, 용접, 가우징 및 모살용접을 하여 제조될 수 있다.A structure according to one aspect of the present invention may be manufactured by preparing beams and columns, installing backup bars, welding, gouging, and rough welding.
보 및 기둥 준비 단계Stages of preparation of beams and columns
본 발명에서 보 및 기둥을 준비할 수 있다.Beams and columns can be prepared in the present invention.
본 발명에서 보 및 기둥은 H형강일 수 있으며, 본 발명의 구조물은 높이가 900mm 이하인 보를 포함할 수 있으며, 900mm 이상인 초대형보 또한 포함할 수 있다.In the present invention, beams and columns may be H-beams, and the structure of the present invention may include a beam having a height of 900 mm or less, and may also include a super-large beam having a height of 900 mm or more.
보 플랜지 부재를 컷팅하고 백업바 및 엔드탭 설치 단계Cutting beam flange member and installing backup bar and end tab
본 발명의 보 및 기둥 접합부분에 개선각도를 가지도록 보 플랜지를 컷팅하고, 접합부분 부근에 백업바 및 엔드탭을 설치할 수 있다.The beam flange can be cut to have an improved angle at the beam and column junction of the present invention, and a backup bar and end tap can be installed near the junction.
종래에는 용접 시, 보와 기둥의 접합부에 용접의 편이성을 위하여 웨브 단부에 스캘럽을 두게 되는데 이러한 스캘럽은 응력을 집중시켜 후에 파단이 발생하는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 스캘럽을 배제하여, 보 단부의 응력의 흐름이 원할하게 하고, 아울러 노치로 인한 취성파단을 방지하고자 한다. 따라서, 스캘럽은 배제하고, 보 플랜지 부재에 개선각도를 가지도록 컷팅만을 할 수 있다. 보 플랜지 부재의 개선각도는 용접 성능을 향상시킬 수 있는 것으로, 본 발명에서는 30~35° 이상일 수 있다. 도 10은 보-기둥 접합부의 용접과정을 그림으로 나타낸 것으로, 컷팅 및 개선각도를 확인할 수 있다.Conventionally, when welding, a scallop is placed at the end of the web for the convenience of welding at the junction of the beam and the column, but this scallop concentrates stress and there is a problem that fracture occurs later. Therefore, in the present invention, by excluding the scallop, the flow of stress at the end of the beam is smooth, and brittle fracture due to the notch is prevented. Therefore, it is possible to exclude the scallop and only cut the beam flange member to have an improved angle. The improvement angle of the beam flange member can improve welding performance, and may be 30 to 35 ° or more in the present invention. 10 is a pictorial representation of the welding process of the beam-column joint, and cutting and improvement angles can be confirmed.
또한, 본 발명에서는 용접의 용이성 및 용접 성능을 위하여 백업바 및 엔드탭을 설치할 수 있다. 도 11은 보-기둥 접합부의 용접과정을 나타낸 것으로, 백업바 및 엔드탭을 설치를 통한 구조물 제작과정 및 현장 설치 과정을 나타낸 것이다.In addition, in the present invention, a backup bar and an end tap may be installed for ease of welding and welding performance. 11 shows a welding process of a beam-column joint, and shows a structure manufacturing process and field installation process through installation of a backup bar and an end tap.
보와 기둥의 접합부분 용접 단계Welding step of beam and column joint
상기 보와 기둥을 논스캘럽으로 용접할 수 있다.The beams and columns can be welded non-scalloped.
본 발명에서는 보와 기둥의 용접 시, 용접접근공이 형성되지 않는 논스캘럽 방식으로 용접할 수 있다. 본 발명에서 보와 기둥의 용접 시, 용접봉은 YGW12 와이어를 사용할 수 있으며, 용접은 완전 용입 용접을 적용할 수 있다. 용접 시, 패스의 수는 보의 판 두께에 따라 조절될 수 있으며, 제조비용, 입열량 등을 고려하여 조절될 수 있다. 도 12는 본 발명의 논스캘럽 보-기둥 접합부의 용접 제작도를 나타낸 것이다. 도 13은 본 발명의 논스캘럽 접합부의 판 두께에 따른 용접 적층도의 예시를 나타낸 것이다. 도 13에 나타낸 적층도의 착색부는 패스간 온도가 250℃ 이하로 추정되는 범위를 나타낸 것이다.In the present invention, when welding the beam and the column, it can be welded in a non-scalloped method in which a welding access hole is not formed. In the present invention, when welding beams and columns, YGW12 wire may be used as a welding rod, and full penetration welding may be applied. During welding, the number of passes may be adjusted according to the plate thickness of the beam, and may be adjusted in consideration of manufacturing cost, heat input, and the like. 12 shows a welding production drawing of a non-scalloped beam-column joint of the present invention. 13 shows an example of a welding laminated view according to the plate thickness of the non-scallop joint of the present invention. The colored part of the laminated view shown in FIG. 13 shows the range in which the inter-pass temperature is estimated to be 250° C. or less.
백업바 및 엔드탭 제거 및 가우징 단계Back-up bar and end tap removal and gouging step
상기 접합부분의 용접 후 백업바(또는 백바) 및 엔드탭을 제거하고 가우징할 수 있다.After welding the junction, the backup bar (or back bar) and the end tap may be removed and gouged.
용접 시에 설치한 백업바 및 엔드탭을 제거하고, 용접의 품질을 향상시키기 위하여 가우징할 수 있다. 가우징은 통상적인 방법으로 행해질 수 있으며, 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.Backup bars and end taps installed during welding can be removed, and gouging can be performed to improve the quality of welding. Gouging may be performed in a conventional manner, and is not particularly limited thereto.
보강 모살용접 단계Reinforcement fill welding step
상기 접합부 부근에 보강 모살용접을 행할 수 있다.Reinforcement brush welding may be performed in the vicinity of the joint.
본 발명에서는 용접 후, 보강 모살용접에 대하여 특별히 한정하지 않으며, 이는 필요에 따라 수행될 수 있다.In the present invention, after welding, there is no particular limitation on reinforcement rough welding, which may be performed as needed.
상기와 같이 제조된 본 발명의 구조물은 보와 기둥의 접합부의 연성 및 강도 향상을 통하여 내진성능을 향상되었으며, 접합부의 취성파단을 방지할 수 있다. 규정된 반복재하 지진하중에 대해 최소 0.04rad의 층간변위에서 보 Mp(공칭소성모멘트)의 80% 이상이 유지되고 소성회전각이 0.03rad 이상 발현되어야 하는 특수모멘트 접합부나, 0.02rad의 층간변위에서 보 Mp의 80% 이상이 유지되어야 하는 중간모멘트 접합부의 성능을 구비할 수 있다. 상기 특수모멘트 접합부 성능은 본 발명에서 보의 높이가 900mm 이하일 때도 발현될 수 있으며, 보 높이가 900mm 이상의 초대형보에서도 발현이 가능하다.The structure of the present invention manufactured as described above has improved seismic performance by improving the ductility and strength of the joint between the beam and the column, and can prevent brittle fracture of the joint. For the specified repetitive load seismic load, at least 0.04rad of interlayer displacement, 80% or more of the beam Mp (nominal plastic moment) must be maintained and the plastic rotation angle must be more than 0.03rad, or at the interlayer displacement of 0.02rad. It is possible to have the performance of an intermediate moment joint in which 80% or more of the beam Mp must be maintained. The special moment joint performance can be expressed even when the height of the beam is 900 mm or less in the present invention, and it can be expressed even when the height of the beam is 900 mm or more.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 아래의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, it should be noted that the following examples are only for illustrating the present invention in more detail and are not intended to limit the scope of the present invention.
(실시예)(Example)
하기 표 1에는 본 발명의 접합부 성능 검증을 위하여 실대형 실험체의 보 및 기둥의 규격, 접합부 조건 및 기타 조건을 나타내었다. 보 및 기둥은 Pos-H를 사용하였으며, 구조물 제작과정은 본 발명에서 제안하는 과정을 모두 만족하였다. 용접방법은 동일하게 논스캘럽을 적용하였으며, 용접 전 보의 플랜지를 개선각도 30°로 컷팅하였으며, 용접 시, YGW12 와이어를 사용하였다. 하기 표 1의 조건으로 실험을 하였으며, 실험 방법은 도 14에서 나타낸 바와 같이, 실험 세팅 구성도, 실험전경 및 가력조건을 나타낸 것이다. 보 및 기둥을 접합하여 반복가력 실험을 하였다. 3000kN 용량 Actuator를 사용하였으며 최대변위는 ±300mm이다. 이 때, 가력방법은 KDS2019에 제시된 접합부 반복 재하 절차를 적용하였다. 최종가력은 가력장치인 액츄에이터의 변위한계인 층간변형각 0.05rad까지 가력을 하였다.Table 1 below shows the specifications of beams and columns of a real-sized specimen, joint conditions, and other conditions for the purpose of verifying the joint performance of the present invention. Pos-H was used for beams and columns, and the structure manufacturing process satisfied all the processes proposed in the present invention. The same non-scalloped welding method was applied, the flange of the beam before welding was cut at an angle of 30°, and YGW12 wire was used during welding. The experiment was conducted under the conditions of Table 1 below, and the experimental method shows the experimental setting configuration diagram, experimental foreground and loading conditions, as shown in FIG. 14 . A repeated load test was conducted by connecting beams and columns. A 3000kN capacity actuator was used and the maximum displacement was ±300mm. At this time, as the loading method, the repeated loading procedure of the joint presented in KDS2019 was applied. The final load was applied up to the interlayer deformation angle of 0.05 rad, which is the displacement limit of the actuator, which is a load device.
(보 플랜지)welding detail
(beam flange)
실시예 1 내지 5는 본 발명의 조건을 만족하는 것으로, 특수모멘트 접합부의 성능이 구현되는 것을 확인하였다. 도 15 내지 도 19는 각각 실시예 1 내지 5의 결과를 나타낸 것으로, 모멘트-회전각, 모멘트-소성회전각, 종국상황에서 소성힌지 및 변형된 양상을 나타낸다. 이들은 특수모멘트 조건인 층간변형각 0.04rad에서 0.8Mp를 초과하는 모멘트-회전각 관계를 나타내고 있다. 탄성변형각을 제외한 소성회전각이 층간변형각 0.03rad 이상을 만족해야 하는 규정도 만족하는 것을 모멘트-소성회전각에서 나타내고 있다. 종국 상황에서 보와 기둥과 같은 메인 구조물에 일체의 취성파단 없이 보 단부쪽, 보호영역구간의 상하부 플랜지 및 웨브에 소성힌지가 발생하여 외부의 에너지를 흡수한 모습도 확인할 수 있다.Examples 1 to 5 satisfy the conditions of the present invention, and it was confirmed that the performance of the special moment joint is implemented. 15 to 19 show the results of Examples 1 to 5, respectively, and show moment-rotation angle, moment-plastic rotation angle, plastic hinge and deformed aspect in the final situation. They show a moment-rotation angle relationship exceeding 0.8 Mp at a special moment condition of 0.04 rad for the interlayer strain angle. It is shown in the moment-plastic rotation angle that the plastic rotation angle excluding the elastic deformation angle satisfies the rule that the interlayer deformation angle must be 0.03 rad or more. In the final situation, it can be confirmed that the main structures such as beams and columns do not have any brittle fracture, and plastic hinges are generated on the upper and lower flanges and webs of the protection area section at the end of the beam, absorbing external energy.
구체적으로, 실시예 1 및 2는 용접 시, 상하향 및 하향용접을 행한 것으로 실시예 1은 상부플랜지는 하향용접을, 하부플랜지는 상향용접을 하였으며, 실시예 2는 상하부플랜지 모두 하향용접을 한 것으로, 이들은 모두 본 발명의 특수 모멘트 조건을 만족하였다. Specifically, in Examples 1 and 2, up-down and down-down welding was performed during welding. In Example 1, the upper flange was down-welded and the lower flange was up-welded, and in Example 2, both the upper and lower flanges were down-welded. , they all satisfied the special moment condition of the present invention.
실시예 3은 보 플랜지 두께가 35mm인 것으로, 소성힌지 발현이 불리한 조건이나, 본 발명에서의 강재 및 용접방법을 적용하여 특수모멘트 성능이 구현되었다. 실시예 3은 보 플랜지가 35mm로 두꺼워져 실시예 1 및 2와 비교하여 단부면의 뒤쪽에서 소성힌지가 발생한 것을 알 수 있다.In Example 3, the beam flange thickness is 35 mm, and the plastic hinge development is unfavorable, but the special moment performance is realized by applying the steel material and welding method in the present invention. In Example 3, it can be seen that the beam flange is thicker to 35 mm, and a plastic hinge occurs at the rear of the end face compared to Examples 1 and 2.
실시예 4는 칼럼트리 형식으로, 브라켓 이음부가 있어 볼트로 연결되는 것을 나타내었다. 실시예 5는 데크바닥을 구성하여 합성효과를 고려한 실험체로 현장과 가장 유사한 형태를 구비한다. 실시예 5는 합성효과로 인하여 정부방향의 내력 차이가 있으나, 특수모멘트 접합부의 조건을 만족하였다. 또한, 데크가 설치되어 있음에도 상하부 플랜지에 소성힌지가 발생하였고, 오히려 데크 바닥에 의하여 횡비틀림에 유리함도 보여주고 있다.Example 4 shows that it is connected with a bolt in a column tree type, with a bracket joint. Example 5 is a test specimen considering the synthesis effect by configuring the deck floor, and has the most similar shape to the field. Example 5, although there was a difference in yield strength in the positive direction due to the synthesis effect, satisfied the special moment joint condition. In addition, even though the deck was installed, plastic hinges occurred on the upper and lower flanges, and rather, the deck floor showed an advantage in horizontal twisting.
도 20은 실시예 1의 구간별 인장변형도 곡선 및 0.05rad 구간별 인장변형도를 나타낸 것이다. 기둥 외주면에 가까울수록 응력이 집중되는 것을 확인할 수 있다.20 shows the tensile strain curve for each section and the tensile strain for each 0.05 rad section of Example 1. It can be seen that the closer to the outer circumference of the column, the more stress is concentrated.
도 21 및 도 22는 유한요소해석을 위한 모델링 형상이며, 실시예 1과 유한요소해석 결과의 모멘트-회전각 관계를 비교한 그래프를 나타낸 것이다. 초기 항복 값 외에는 거의 유사한 이력거동을 나타내어 유한요소해석의 신뢰도를 높였음을 알 수 있다.21 and 22 are modeling shapes for finite element analysis, and show graphs comparing moment-rotation angle relationships of Example 1 and finite element analysis results. It can be seen that the reliability of the finite element analysis has been increased by exhibiting almost similar hysteretic behavior except for the initial yield value.
도 23은 실시예 1과 유한요소해석 결과의 형상 비교를 나타낸 것이다. 좌굴 및 응력 집중 현상이 거의 동일함을 나타내고 있다. 도 23에 나타난 바와 같이, 유한요소해석 결과가 초기 강성 해석 값이 약간 높게 형성되었으며, 내력저하 발생 전 0.02rad까지의 최대 내력은 다소 높은 경향이 나타났다. 국부 좌굴이 두드러지게 발생하는 0.03rad 이상부터는 실험내력과 유사한 경향을 나타내었으며, 해석 결과 실제 실험보다 반 cycle 늦은 0.03rad 정방향에서 최초 국부좌굴이 발생하였다. 23 shows a shape comparison between Example 1 and finite element analysis results. It shows that the buckling and stress concentration phenomena are almost the same. As shown in FIG. 23, the finite element analysis result showed that the initial stiffness analysis value was slightly high, and the maximum yield force up to 0.02 rad before the occurrence of yield loss tended to be somewhat high. From 0.03 rad or higher, where local buckling occurs remarkably, a similar trend to the experimental history was shown. As a result of the analysis, the first local buckling occurred in the forward direction of 0.03 rad, which was half a cycle later than the actual experiment.
도 24는 보 높이 700mm, 800mm, 900mm, 1000mm에 각각 논스캘럽 접합을 적용하여 소성힌지가 발생하는 것을 유한요소해석 수행한 것으로, 좌굴 발생 직전 사진을 3D로 나타낸 것이다. 이는 높이가 작을 경우에도 안정적으로 거동함을 알 수 있다.24 is a finite element analysis performed on the occurrence of plastic hinges by applying non-scallop joints to beam heights of 700 mm, 800 mm, 900 mm, and 1000 mm, respectively, and is a 3D view of a photograph immediately before buckling occurs. It can be seen that it behaves stably even when the height is small.
한편, 도 25는 본 발명의 구조물 조건을 만족하지 않는 예시로, 보 높이(춤)가 692mm인 종래의 H형강이며, 스캘럽을 적용하여 접합하였다. 그 결과, 접합부 부근에서 취성파단이 발생한 것을 확인할 수 있다.On the other hand, Figure 25 is an example that does not satisfy the structural conditions of the present invention, a conventional H-beam with a beam height (dance) of 692 mm, and was joined by applying a scallop. As a result, it can be confirmed that brittle fracture occurred in the vicinity of the junction.
또한, 도 26은 종래 접합부에 대하여 취성파단이 발생한 예시를 나타낸 것이다.In addition, FIG. 26 shows an example in which brittle fracture occurred with respect to a conventional joint.
이상에서 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.Although the present invention has been described in detail through examples above, other types of embodiments are also possible. Therefore, the spirit and scope of the claims set forth below are not limited to the embodiments.
Claims (9)
상기 접합부에는 용접접근공이 형성되지 않고,
상기 H형강의 소재는 항복비가 0.8 이하이고, 0℃에서 샤르피 충격흡수에너지가 27J 이상이며,
상기 보의 높이가 900mm 이상이고,
상기 웨브는 소성힌지 발생이 가능한 보호 영역을 포함하고,
상기 보호 영역은 상기 웨브의 상기 기둥과 용접 결합된 측의 단부로부터 상기 보의 길이 방향으로 상기 보의 높이의 절반까지의 영역이며,
0.04rad의 층간변위에서 보 Mp(공칭소성모멘트)의 80% 이상이 유지되고 소성회전각이 0.03rad 이상 발현되는 것을 특징으로 하는 구조물.
Beams of H-beams including flanges and webs; H-beam column; And a structure comprising a junction for welding the flange and the column to connect the beam and the column, and welding the web and the column,
A welding access hole is not formed in the joint,
The material of the H-beam has a yield ratio of 0.8 or less, a Charpy shock absorption energy of 27J or more at 0 ° C,
The height of the beam is 900 mm or more,
The web includes a protection area in which a plastic hinge can occur,
The protection area is an area from the end of the web welded to the column to half the height of the beam in the longitudinal direction of the beam,
A structure characterized in that more than 80% of the beam Mp (nominal plastic moment) is maintained at an interlayer displacement of 0.04 rad and a plastic rotation angle of more than 0.03 rad is expressed.
H형강인 보 및 기둥을 준비하는 단계;
상기 보 및 기둥 접합부분에 개선각도를 가지도록 보 플랜지를 컷팅하고, 접합부분 부근에 백업바 및 엔드탭을 설치하는 단계;
상기 보를 이루는 플랜지 및 웨브와 상기 기둥의 접합부분을 논스캘럽으로 용접하는 단계;
상기 설치된 백업바 및 엔드탭의 적어도 일부를 제거하고 가우징하는 단계; 및
접합부 부근에 보강 모살용접하는 단계를 포함하고,
상기 H형강의 소재는 항복비가 0.8 이하이고, 0℃에서 샤르피 충격흡수에너지가 27J 이상이며,
상기 보의 높이가 900mm 이상이고,
상기 웨브는 소성힌지 발생이 가능한 보호 영역을 포함하고,
상기 보호 영역은 상기 웨브의 상기 기둥과 용접 결합된 측의 단부로부터 상기 보의 길이 방향으로 상기 보의 높이의 절반까지의 영역이며,
상기 용접하는 단계 시, 개선각도가 30~35°이고, 상부플랜지는 하향용접을, 하부플랜지는 상향용접을 행하는 구조물의 제조방법.
Beams of H-beams including flanges and webs; H-beam column; And a method of manufacturing a structure including a junction for welding the flange and the column to connect the beam and the column, and welding the web and the column,
Preparing beams and columns that are H-beams;
Cutting the beam flange to have an improved angle at the beam and column junction, and installing a backup bar and an end tap near the junction;
Welding the junction of the flange and the web and the pillar constituting the beam with a non-scallop;
removing and gouging at least a portion of the installed backup bar and end tap; and
Including the step of welding reinforcement in the vicinity of the joint,
The material of the H-beam has a yield ratio of 0.8 or less, a Charpy shock absorption energy of 27J or more at 0 ° C,
The height of the beam is 900 mm or more,
The web includes a protection area in which a plastic hinge can occur,
The protection area is an area from the end of the web welded to the column to half the height of the beam in the longitudinal direction of the beam,
In the welding step, the improvement angle is 30 to 35 °, the upper flange is downwardly welded, and the lower flange is upwardly welded.
상기 용접 단계 시, 용접봉은 YGW12이고, 완전 용입 용접으로 용접하는 구조물의 제조방법.
According to claim 5,
During the welding step, the welding rod is YGW12, and a method for manufacturing a structure welded by full penetration welding.
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Legal Events
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