KR200294215Y1 - 리브와 도그본 및 부분용접을 이용한 철골용보-기둥접합장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 리브와 도그본 및 부분용접을 이용한 철골용 보-기둥접합장치에 관한 것으로, 보-기둥 접합부위에서의 취성파괴를 방지하여 내진성능을 개선하고자 강화개념의 리브를 덧대고, 보의 플랜지에 약화개념의 도그본을 도입하며, 보의 웨브와 기둥의 플랜지가 밀착되는 부위를 부분용접으로 결합시킨 구조이다. 이 때 상기 리브에는 보의 플랜지에 근접한 위치로 관통구가 형성되어 있으며, 상기 부분용접은 중앙은 제외하고 높이방향을 따라 상·하 양측에 편중된 용접결합 구조이다.

Description

리브와 도그본 및 부분용접을 이용한 철골용 보-기둥접합장치{A Steel Beam-Column Connetion Device With Rib, Dog-bone And Partial Welding}

본 고안은 철골구조에서 사용되는 기둥 및 상기 기둥에 결합되는 보에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지진 발생시 보와 기둥의 접합부위에서 발생할 수 있는 취성파괴를 방지하고자 강화 개념의 리브와 약화 개념의 도그본을 동시에 도입하고, 이에 더하여 리브 끝단에서의 보 플랜지의 응력집중을 완화하고자 보의 웨브와 기둥의 프랜지가 부분용접으로 결합되고, 리브에 관통구가 형성된 구조의 리브와 도그본 및 부분용접을 이용한 철골용 보-기둥접합장치에 관한 것이다.

일반적으로 철골구조는 건축 및 토목 분야에서 사용하는 대표적인 구조체로서, 특히 철 재료 자체의 뛰어난 연성은 구조물의 내진성능 확보에 큰 도움이 되는 것으로 알려져 있다.

하지만, 재료 자체의 우수한 특성에도 불구하고 지진 발생시 보에 소성힌지가 생성되기 이전에 기둥의 플랜지와 보의 플랜지가 연결되는 부분에서 취성파괴가 발생하여 충분한 내진성능이 발휘되지 못하는 문제점이 있다.

이에 따라 철골구조 보-기둥 접합부의 내진성능 개선을 위하여 약화방안으로서 보의 플랜지 일부분을 절취하여 보를 약화시키는 도그본(Dog-bone)과 강화방안으로서 보의 플랜지와 기둥의 플랜지가 만나는 부분에 리브(Rib)로 보강하는 구조가 이미 개발되어 있다.

이와 같은 리브와 도그본은 각각만으로도 내진성능을 향상시킬 수 있지만, 보의 스팬(span)이 짧아 보의 과도한 절삭이 요구되어 도그본의 도입이 어려운 경우 리브와 도그본을 동시에 도입하는 것은 매우 효율적인 내진성능 향상방안이 될 것이다.

하지만, 용접 접합부에서 리브와 도그본을 동시에 도입하더라도 기둥의 플랜지와 보의 플랜지가 만나는 부분의 취성파괴는 방지할 수 있으나, 리브와 보 플랜지 접합부분의 끝단에서 응력집중으로 인한 균열이 발생되는 단점이 있다.

이러한 균열로 인하여 리브가 보강재로서 기능을 다하지 못할 수 있다. 따라서 철골구조물의 보-기둥 접합부에서 내진성능 개선을 위하여 리브와 도그본을 동시에 도입한 경우에 리브 끝단의 보 플랜지 부분에 발생하는 응력집중을 방지할 수 있는 방안의 개발이 요구되고 있다.

따라서 본 고안은 상기와 같은 종래 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 고안의 제 1목적은, 철골 구조용 기둥 및 보의 접합부위에서 보 플랜지와 리브가 만나는 영역에 대한 응력집중 완화 및 취성파괴를 방지할 수 있도록 관통구가 형성된 리브 및 도그본을 도입하여 이루어지는 구조의 리브와 도그본 및 부분용접을 이용한 철골용 보-기둥접합장치를 제공하는 것이다.

그리고 본 고안의 제 2목적은, 보의 웨브와 기둥의 플랜지가 만나는 영역에서의 전단력 역전현상을 방지할 수 있도록 부분용접으로 이루어진 결합구조의 리브와 도그본 및 부분용접을 이용한 철골용 보-기둥접합장치를 제공하는 것이다.

이러한 본 고안의 목적들은, 높이방향을 따라 세워져 전후로 제 1플랜지(11)가 구비되는 철골용 기둥(10);

축선방향을 따라 상호 평행하게 대면하도록 양측에 각각 위치하는 한쌍의 제 2플랜지(21) 및

상기 각 제 2플랜지(21)의 사이로 위치하는 웨브(22)로 이루어져 상기 제 1플랜지(11) 전면에 상기 각 제 2플랜지(21) 및 웨브(22)의 일단이 밀착 용접되는 철골용 보(20);로 이루어지며,

상기 제 1플랜지(11) 및 상기 각 제 2플랜지(21)의 밀착으로 형성되는 각 코너영역에 형상적으로 대응하여 각 한쌍씩 총두쌍이 용접 결합되는 리브(40)가 포함되고,

상기 제 2플랜지(21)에는 상기 각 리브(40)에 근접한 부위로 폭방향을 따라 안측으로 둥글게 파여져 도그본(21a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 리브와 도그본 및 부분용접을 이용한 철골용 보-기둥접합장치에 의하여 달성된다.

여기서 상기 제 1플랜지(11)에 대한 상기 웨브(22)의 용접 결합은 중앙 부위에 비해 상대적으로 높이방향을 따라 양측부위에 편중되어 있는 것이 바람직하다.

그리고 상기 각 리브(40)에는 상기 제 2플랜지(21)에 대한 연결부위에 근접하여 소정내경의 관통구(41)가 더 형성되는 것이 바람직하다.

본 고안의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 철골용 보-기둥접합장치의 제 1사시도,

도 2는 본 고안에 따른 철골용 보-기둥접합장치의 제 2사시도,

도 3은 본 고안에 따른 철골용 보-기둥접합장치의 정면도,

도 4는 본 고안에 따른 철골용 보-기둥접합장치의 우측면도,

도 5는 본 고안에 따른 철골용 보-기둥접합장치의 평면도이다.

< 도면의 주요부분에 따른 부호의 설명 >

10: 철골용 기둥 11: 제 1플랜지

20: 철골용 보 21: 제 2플랜지

21a: 도그본 22: 웨브

30: 가설용 플레이트 31: 볼트

40: 리브 41: 관통구

50: 부분 용접결합부 100: 보-기둥접합장치

다음으로는 본 고안에 따른 리브와 도그본 및 부분용접을 이용한 철골용 보-기둥 장치에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 설명하기로 한다.

도 1은 본 고안에 따른 철골용 보-기둥접합장치의 제 1사시도이고, 도 2는본 고안에 따른 보-기둥접합장치의 제 2사시도이며, 도 3은 본 고안에 따른 보-기둥접합장치의 정면도이고, 도 4는 본 고안에 따른 철골용 보-기둥접합장치의 우측면도이다.

도 1, 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 보-기둥접합장치(100)는 철골구조에 사용되는 철골용 기둥(10)에 대한 철골용 보(20)의 용접 결합으로 이루어지며, 보(20)에는 도그본(Dog-bone)(21a)이 도입되어 있고, 기둥(10)과 보(20)의 각 플랜지(11,21)가 만나는 부분에는 관통구(41)가 형성되어 있는 리브(Rib)(40)가 구비되며, 기둥(10)의 제 1플랜지(11)와 보(20)의 웨브(22)가 만나는 지점에는 부분적으로 용접결합되어 있는 구조를 취하고 있다.

여기서 상기 기둥(10)은 보(20)가 결합되는 방향을 따라 전후로 각각 제 1플랜지(11)가 위치하여 높이방향을 따라 세워져 있는 격자 구조의 철재 프레임으로, 상기 제 1플랜지(11)의 전면에는 철골용 보(20)가 수직으로 결합되어 있다.

상기 보(20)는 축선방향을 따라 양측으로 각각 제 2플랜지(21)가 구비되어 있으며, 상기 각 제 2플랜지(21)의 마주보는 각 일면에는 축선방향을 따라 직사각의 판재 형태의 웨브(22)가 결합되어 있어 폭방향 단면으로 분류하면 H 빔 형태이다.

이러한 상기 보(20)가 상기 기둥(10)에 대한 결합시에는 기둥(10)의 높이방향을 따라 상기 각 제 2플랜지(21)가 상하로 위치하도록 기둥(10)의 제 1플랜지(11)의 전면에 각각 맞대어져 용접되는데, 상기 각 제 2플랜지(21)의 끝단부가 상기 제 1플랜지(11)의 전면에 밀착됨으로써, 위아래로 각각 절곡된 코너 부위가 형성된다.

이러한 상기 각 코너부위에는 보강재로서 각 한쌍식 총 두쌍의 리브(40)가 구비되는데, 상기 리브(40)의 양측부위가 상기 제 1플랜지(11) 및 각 제 2플랜지(21)에 밀착되며, 밀착부위는 모살용접(Fillet Welding)으로 결합되어 있다.

이 때 상기 각 리브(40)에는 상기 제 2플랜지(21)에 대한 접합부위에 근접한 위치로 앞에서 언급된 관통구(41)가 형성되어 있다.

또한 상기 보(20)의 웨브(22)도 상기 제 1플랜지(11)의 전면에 밀착되어 용접결합되는데, 이에 앞서 보(20)의 결합위치를 미리 지정하는 가설용 플레이트(30)가 상기 제 1플랜지(11)에 높이방향을 따라 모살용접으로 밀착 결합된 뒤, 상기 가설용 플레이트(30)에 웨브(22)를 맞대고 연속 관통한 뒤, 볼트(31)로 체결하여 가조립한다.

이를 통해 위치가 정해진 상기 웨브(22)에서 상기 제 1플랜지(11)의 전면에 밀착되는 부위를 용접 결합하는데, 이때 시행되는 용접결합은 상기 맞댐용접(Groove Welding)으로 밀착되는 부분에서 중앙부위를 제외하고 상대적으로 상하 즉 양측으로 편중되도록 용접하게 된다.

여기서 상기 가설용 플레이트(30) 및 볼트(31)를 이용한 상기 제 1플랜지(11)에 대한 웨브(22)의 가조립은 하중의 전달에 기여하지 않으며, 가조립 이후 상기 제 1플랜지(11) 및 웨브(22)의 맞댐용접을 통해 하중이 전달된다. 이와 같이 부분 용접 즉 맞댐용접으로 결합된 부위가 부분용접 결합부(50)이다.

따라서 상기 각 부분용접 결합부(50)는 높이방향(Y축방향)을 따라 상호 소정간격을 두고 형성되어 있다.

도 5는 본 고안에 따른 철골용 보-기둥접합장치의 평면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 보-기둥접합장치(100)에서 보(20)의 제 2플랜지(21)에는 안측으로 양측이 둥글게 파여진 부분이 있는데, 그 형상이 개의 뼈와 비슷하다고 해서 도그본(21a)이라 불리우는 부분이다.

아울러 상기 보(20)의 스팬이 상대적으로 짧거나 보(20)의 춤이 스팬에 비해 상대적으로 깊어서 설계상 제 2플랜지(21)의 과도한 절삭(예를 들어 50% 이상)으로 인한 도그본(21a) 형성이 요구될 경우가 있다.

즉, 비틀림 강성의 과도한 저하로 도그본(21a)만으로는 접합부의 설계가 허용되지 않는 경우에 발생될 수 있는데. 이러한 경우 본 고안에서는 상기 리브(40)의 관통구(41)의 형성 및 부분용접으로 인한 결합구조가 병행되어 있어 상호 보완이 가능하다.

이상에서와 같은 본 고안에 따른 리브와 도그본 및 부분용접을 이용한 철골용 보-기둥접합장치(100)에서, 상기 도그본(21a)은 철골 구조물의 규모에 따라 각 제 2플랜지(21)를 따라 다수개가 연속 형성될 수 있으며, 그 형성 크기 또한 달리하여 사용할 수 있다.

아울러 리브(40)의 개수, 리브(40)에 형성되는 관통구(41)의 위치 및 개수 또한 구조물의 규모에 따라 달리하여 사용할 수 있다.

이상에서와 같은 본 고안에 따른 리브와 도그본 및 부분용접을 이용한 철골용 보-기둥접합장치에 따르면, 부분용접과 리브의 관통구 도입으로 기존 접합부의 단점을 보완하고, 내진성능을 극대화할 수 있는 특징이 있다.

아울러 기존에 비해 설계변경 정도가 크지 않고 시공 또한 용이하며, 신규건물의 내진설계에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 이미 시공된 건물으 보수 및 보강에도 적용할 수 있는 효과가 있다.

비록 본 고안이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 고안의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 고안의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims (3)

1. 높이방향을 따라 세워져 전후로 제 1플랜지(11)가 구비되는 철골용 기둥(10);

   축선방향을 따라 상호 평행하게 대면하도록 양측에 각각 위치하는 한쌍의 제 2플랜지(21) 및

   상기 각 제 2플랜지(21)의 사이로 위치하는 웨브(22)로 이루어져 상기 제 1플랜지(11) 전면에 상기 각 제 2플랜지(21) 및 웨브(22)의 일단이 밀착 용접되는 철골용 보(20);로 이루어지며,

   상기 제 1플랜지(11) 및 상기 각 제 2플랜지(21)의 밀착으로 형성되는 각 코너영역에 형상적으로 대응하여 각 한쌍씩 총두쌍이 용접 결합되는 리브(40)가 포함되고,

   상기 제 2플랜지(21)에는 상기 각 리브(40)에 근접한 부위로 폭방향을 따라 안측으로 둥글게 파여져 도그본(21a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 리브와 도그본 및 부분용접을 이용한 철골용 보-기둥접합장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1플랜지(11)에 대한 상기 웨브(22)의 용접 결합은 중앙 부위에 비해 상대적으로 높이방향을 따라 양측부위에 편중되어 있는 것을 특징으로 하는 리브와 도그본 및 부분용접을 이용한 철골용 보-기둥접합장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 각 리브(40)에는 상기 제 2플랜지(21)에 대한 연결부위에 근접하여 소정내경의 관통구(41)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 리브와 도그본 및 부분용접을 이용한 철골용 보-기둥접합장치.