KR20240114561A - Reinforcement method to make the timber beam behave plastically and reinforced steel timber beam produced by the same method - Google Patents

Reinforcement method to make the timber beam behave plastically and reinforced steel timber beam produced by the same method Download PDF

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KR20240114561A
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방성준
오정권
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서울대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법과 설계하는 방법이 개시된다. 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법은 목재 보를 마련하는 단계, 상기 목재 보의 하부에 판 형상의 강재를 밀착시키는 단계, 및 상기 목재 보와 상기 강재를 복수개의 스크류로 고정하는 단계, 를 포함한다.
목재 보가 소성 거동하도록 설계하는 방법은 강재의 인장 항복강도로 목재 보의 소성휨모멘트와 최대휨모멘트를 설계하고 실제 하중지지능력을 실험적으로 검증할 수 있는 예측모델을 포함한다.
The present invention discloses a method of manufacturing and designing a wooden beam so that it undergoes plastic behavior. A method of manufacturing reinforcement so that a wooden beam has plastic behavior according to an embodiment of the present invention includes the steps of providing a wooden beam, attaching a plate-shaped steel material to a lower part of the wooden beam, and combining the wooden beam and the steel material into a plurality of pieces. It includes a step of fixing with screws.
The method of designing a wooden beam to have plastic behavior includes designing the plastic bending moment and maximum bending moment of the wooden beam using the tensile yield strength of the steel material and a prediction model that can experimentally verify the actual load bearing capacity.

Description

목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법 및 그 방법에 의해 제조된 강재 보강 목재 보 {REINFORCEMENT METHOD TO MAKE THE TIMBER BEAM BEHAVE PLASTICALLY AND REINFORCED STEEL TIMBER BEAM PRODUCED BY THE SAME METHOD}Method for manufacturing wooden beams to have plastic behavior and steel reinforced wooden beams manufactured by the method {REINFORCEMENT METHOD TO MAKE THE TIMBER BEAM BEHAVE PLASTICALLY AND REINFORCED STEEL TIMBER BEAM PRODUCED BY THE SAME METHOD}

본 발명은 목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법 및 그 방법에 의해 제조된 강재 보강 목재 보에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강판과 스크류를 이용하여 목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of reinforcing a wooden beam to have plastic behavior and to a steel-reinforced wooden beam manufactured by the method. More specifically, it relates to a method of reinforcing and manufacturing a wooden beam to have plastic behavior using a steel plate and screw.

현대 건축물의 주요구조부재를 이루는 철근콘크리트 구조와 강구조는 강재의 연성능력을 적극 활용하여 구조물이 외부하중에 대해 소성거동하도록 설계한다. 반면, 목조건축물은 목재의 취성파괴에 의해 목재에 높은 안전률을 적용하고 탄성거동 범위에서 설계한다. 본 발명은 강재로 간편히 목재보가 소성거동 하도록 설계하는 방법과 그 제조방법을 제공한다.Reinforced concrete structures and steel structures, which constitute the main structural members of modern buildings, are designed to have plastic behavior against external loads by actively utilizing the ductility of steel materials. On the other hand, wooden buildings are designed with a high safety factor applied to wood due to brittle fracture of wood and within the elastic behavior range. The present invention provides a method of designing a wooden beam to have plastic behavior using steel and a method of manufacturing the same.

일반적으로 친환경적인 산책로, 보행로, 등산로, 계단 다리 등을 만들기 위해 목재를 마감 시공하는 경우가 많다. 이와 같은 목재 소재는 자연 친화적일 뿐만 아니라 충격이나 진동을 효율적으로 흡수해주고 시각적으로 부드럽고 편안한 느낌을 주어 많이 사용된다.In general, wood is often finished and constructed to create eco-friendly trails, walking paths, hiking trails, stair bridges, etc. Wood materials like this are not only environmentally friendly, but are also widely used because they efficiently absorb shock and vibration and provide a visually soft and comfortable feeling.

그러나 이와 같은 목재는 재질이 나무이기 때문에 눈이나 비를 맞고 건조됨을 반복하면서 목재의 갈라짐이나 뒤틀림 등이 발생하여 목재에 변형이 발생하게 되는 문제점이 있다. 천연 목재의 문제점을 해결하기 위해 천연 목재에 비해 변형이 없는 합성 목재를 사용하기도 한다.However, since such wood is made of wood, there is a problem in that cracking or distortion of the wood occurs as it is repeatedly exposed to snow or rain and dried, causing deformation of the wood. To solve the problems of natural wood, synthetic wood, which does not deform compared to natural wood, is sometimes used.

그러나 이와 같은 합성 목재도 천연 목재에 비해 변형이 적게 일어날 뿐이며, 장시간 사용으로 인한 내구성 약화, 자외선 등에 의한 물성변화 등을 방지할 수 없는 문제점이 있다. 특히, 반복적인 온도 변화에 의해 합성 목재에 수축과 팽창이 반복적으로 일어나게 되는데, 이는 합성 목재의 내구성을 약화시키게 된다. 이외에도 합성 목재는 목재를 사용하기 때문에, 병충해에 의해서 내구성이 약화되면서 손상되는 문제점이 있다.However, such synthetic wood also has problems such as less deformation than natural wood, weakening of durability due to long-term use, and inability to prevent changes in physical properties due to ultraviolet rays, etc. In particular, repetitive temperature changes cause repeated contraction and expansion in synthetic wood, which weakens the durability of synthetic wood. In addition, since synthetic wood uses wood, there is a problem in that its durability is weakened and damaged by pests and diseases.

그런데, 종래에는 합성목재 자체를 내부에 공간부가 있는 중공체로 만들고, 이러한 합성목재 내부의 공간부에 금속 재질의 보강심재를 박아서 보강하는 구조라서 추후에 금속재의 보강심재와 합성목재 사이의 결합력이 떨어지고 틈새가 많이 생기며, 나아가, 이들 사이의 틈새가 많이 벌어짐으로 인하여 합성목재 자체가 휘어지는 현상도 초래되는 등 여러 가지 면에서 좋지 못한 경향이 있으며, 합성목재를 만들고 보강심재를 다시 박아주어야 하는 문제점이 있다.However, in the past, the synthetic wood itself was made into a hollow body with a space inside, and the space inside the synthetic wood was reinforced by inserting a metal reinforcing core material, so the bonding force between the metal reinforcing core material and the synthetic wood was later reduced. It tends to be bad in many ways, such as falling off and creating many gaps, and furthermore, the widening of the gaps between them can cause the synthetic wood itself to bend, and there is a problem of having to make synthetic wood and re-install the reinforcing core. there is.

목재 보에 대한 종래기술은 목재의 강성이 낮아 대경간을 시공하기 위해서는 대단면이 요구되며, 특히 취성파괴 되기 때문에 높은 안전율을 적용하고 있다.Conventional technology for wooden beams requires a large cross-section to construct large spans due to the low rigidity of wood, and a high safety factor is applied because it is particularly brittle and fractures.

대한민국 등록특허공보 제10-2011487호에는 구조강도가 향상된 목재외관을 갖는 난간용 지주 조립체가 개시되어 있다.Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011487 discloses a railing support assembly having a wooden exterior with improved structural strength.

종래 기술은 보강 플레이트를 목재에 삽입하도록 구성되어 있으나, 자제의 양이 많이 투입되고 구조가 복잡하여 제조 과정이 어려워 공정 효율성이 낮고, 그 효과도 알 수 없는 문제가 있다.The prior art is designed to insert a reinforcing plate into wood, but the manufacturing process is difficult due to the large amount of material being input and the structure is complex, resulting in low process efficiency and unknown effects.

대한민국 등록특허공보 제10-2011487호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011487

본 발명의 일 실시 예는 상기 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 목재 보 아래에 강재를 복수개의 스크류로 고정하여 강재와 목재 사이에 발생하는 전단력에 대해 목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법 및 그 방법에 의해 제조된 강재 보강 목재 보를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is a method of manufacturing reinforcement so that the wooden beam behaves plastically against the shear force generated between the steel and the wood by fixing the steel material under the wooden beam with a plurality of screws in order to overcome the problems of the prior art, and the method thereof. The aim is to provide steel reinforced wooden beams manufactured by .

현대 건축의 주요 구조(철근콘크리트, 강구조)는 소성개념을 도입하여 연성파괴되도록 설계한다. 반면, 목구조의 목재보는 취성파괴되므로 탄성개념으로 설계하고 있으며 타구조(철근콘크리트, 강구조)와 설계기법이 달라 구조설계에 어려움이 있다. 이는 경제성과 연관이 있고 목구조의 선택을 주저하게 하는 주요 요인이다. 목재가 취성파괴가 아닌 연성(소성)파괴되는 기술을 개발한다면 목재를 더 효율적이고 안전하게 사용할 수 있고, 구조전문가는 목조건축물을 타구조(철근콘크리트, 강구조)와 유사한 방법으로 쉽고 경제적으로 설계할 수 있을 것이다. 그래서 목구조를 소성개념으로 설계할 수 있는 기술을 제공하고자 한다.The main structures of modern architecture (reinforced concrete, steel structures) are designed to ductile fracture by introducing the concept of plasticity. On the other hand, wooden beams in wooden structures are brittle and fractured, so they are designed with an elastic concept, and the design techniques are different from other structures (reinforced concrete, steel structures), making structural design difficult. This is related to economics and is a major factor that discourages the choice of wooden structures. If we develop a technology that causes ductile (plastic) failure of wood rather than brittle failure, wood can be used more efficiently and safely, and structural experts can easily and economically design wooden buildings in a similar way to other structures (reinforced concrete, steel structures). There will be. Therefore, we would like to provide technology that can design wooden structures based on the plasticity concept.

본 발명의 일 측면에 따르면, 목재 보를 마련하는 단계, 상기 목재 보의 하부에 판 형상의 강재를 밀착시키는 단계, 및 상기 목재 보와 상기 강재를 복수개의 스크류로 경사지게 고정하는 단계, 를 포함한다.According to one aspect of the present invention, it includes the steps of providing a wooden beam, attaching a plate-shaped steel material to a lower part of the wooden beam, and obliquely fixing the wooden beam and the steel material with a plurality of screws.

상기 복수개의 스크류로 고정하는 단계는, 상기 복수개의 스크류를 평면을 기준으로 15도 내지 25도 각도로 상기 목재 보와 상기 강재를 고정한다.In the step of fixing with the plurality of screws, the wooden beam and the steel are fixed at an angle of 15 to 25 degrees with respect to the plane with the plurality of screws.

상기 복수개의 스크류로 고정하는 단계는, 상기 복수개의 스크류를 측면을 기준으로 40도 내지 50도 각도로 상기 목재 보와 상기 강재를 고정한다.In the step of fixing with the plurality of screws, the wooden beam and the steel are fixed at an angle of 40 to 50 degrees with respect to the side of the plurality of screws.

상기 복수개의 스크류로 고정하는 단계는, 상기 복수개의 스크류를 상기 목재 보의 측면의 중심선을 기준으로 대칭되게 고정한다.In the step of fixing with the plurality of screws, the plurality of screws are symmetrically fixed with respect to the center line of the side of the wooden beam.

상기 복수개의 스크류로 고정하는 단계는, 상기 복수개의 스크류를 상기 목재 보의 평면 중심선을 기준으로 교번하여 대칭되게 고정한다.In the step of fixing with the plurality of screws, the plurality of screws are alternately fixed symmetrically with respect to the planar center line of the wooden beam.

상기 목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법은 강재의 소성거동(항복강도)을 반영하여 하기 식에 의해 소성휨모멘트를 설계한다.The method of manufacturing reinforcement so that the wooden beam has plastic behavior reflects the plastic behavior (yield strength) of the steel material and designs the plastic bending moment using the following equation.

여기서, 은 강재 보강 목재 보가 저항할 수 있는 소성휨모멘트(kN·m), 는 강재의 인장 항복강도(MPa), 는 강재의 폭(mm), 은 강재의 두께(mm), 는 강재로 보강된 목재 보의 전체 높이(mm), 는 목재 보에서 압축 소성 부분의 높이(mm).here, is the plastic bending moment that a steel-reinforced wooden beam can resist (kN·m), is the tensile yield strength of the steel (MPa), is the width of the steel (mm), is the thickness of the steel (mm), is the overall height of the steel-reinforced wooden beam (mm), is the height of the compression plastic part in the wooden beam (mm).

상기 목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법은 소성거동을 반영하여 하기 식에 의해 최대휨모멘트로 설계된다.The method of manufacturing reinforcement so that the wooden beam has plastic behavior is designed with the maximum bending moment using the following equation by reflecting the plastic behavior.

여기서, 는 최대 휨모멘트(kN·m), 은 단면의 중립축에서 압축연단까지의 거리(mm), 는 목재 보에서 압축 소성 구간의 높이(mm), 는 목재 보의 압축강도(MPa), 는 단면의 중립축에서 떨어진 거리(mm), 는 단면의 중립축에서 인장연단까지의 거리(mm), 은 강재의 두께(mm), 는 목재 보의 휨탄성계수(MPa), 는 목재 보의 변형률, 는 강재의 인장 항복강도(MPa).here, is the maximum bending moment (kN·m), is the distance from the neutral axis of the cross section to the compression edge (mm), is the height of the compression plastic section in the wooden beam (mm), is the compressive strength of the wooden beam (MPa), is the distance from the neutral axis of the cross section (mm), is the distance from the neutral axis of the cross section to the tensile edge (mm), is the thickness of the steel (mm), is the flexural modulus of elasticity (MPa) of the wooden beam, is the strain rate of the wooden beam, is the tensile yield strength (MPa) of the steel.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 목재 재질의 목재 보, 상기 목재 보의 하부에 밀착되는 판 형상의 강재 및 상기 목재 보와 상기 강재를 경사지게 고정하는 복수개의 스크류를 포함하고, 상기 복수개의 스크류는 상기 목재 보의 측면 중앙 부위를 기준으로 대칭되며, 상기 목재 보의 평면 중심선을 기준으로 교번하여 경사지게 결합되는 강재 보강 목재 보를 제공한다.According to another aspect of the present invention, it includes a wooden beam made of wood, a plate-shaped steel material in close contact with a lower part of the wooden beam, and a plurality of screws for obliquely fixing the wooden beam and the steel material, wherein the plurality of screws are It provides a steel-reinforced wooden beam that is symmetrical with respect to the central portion of the side of the wooden beam and is alternately and obliquely coupled with respect to the plane center line of the wooden beam.

상기 강재 보강 목재 보는 소성거동을 반영하여 하기 식에 의해 소성휨모멘트로 설계된다.The steel-reinforced wooden beam is designed with a plastic bending moment according to the following equation, reflecting the plastic behavior.

여기서, 은 강재 보강 목재 보가 저항할 수 있는 소성휨모멘트(kN·m), 는 강재의 인장 항복강도(MPa), 는 강재의 폭(mm), 은 강재의 두께(mm), 는 강재로 보강된 목재 보의 전체 높이(mm), 는 목재 보에서 압축 소성 부분의 높이(mm).here, is the plastic bending moment that a steel-reinforced wooden beam can resist (kN·m), is the tensile yield strength of the steel (MPa), is the width of the steel (mm), is the thickness of the steel (mm), is the overall height of the steel-reinforced wooden beam (mm), is the height of the compression plastic part in the wooden beam (mm).

상기 강재 보강 목재 보는 소성거동을 반영하여 하기 식에 의해 최대휨모멘트로 설계된다.The steel-reinforced wooden beam is designed with the maximum bending moment according to the equation below, reflecting the plastic behavior.

여기서, 는 최대 휨모멘트(kN·m), 은 단면의 중립축에서 압축연단까지의 거리(mm), 는 목재 보에서 압축 소성 구간의 높이(mm), 는 목재 보의 압축강도(MPa), 는 단면의 중립축에서 떨어진 거리(mm), 는 단면의 중립축에서 인장연단까지의 거리(mm), 은 강재의 두께(mm), 는 목재 보의 휨탄성계수(MPa), 는 목재 보의 변형률, 는 강재의 인장 항복강도(MPa).here, is the maximum bending moment (kN·m), is the distance from the neutral axis of the cross section to the compression edge (mm), is the height of the compression plastic section in the wooden beam (mm), is the compressive strength of the wooden beam (MPa), is the distance from the neutral axis of the cross section (mm), is the distance from the neutral axis of the cross section to the tensile edge (mm), is the thickness of the steel (mm), is the flexural modulus of elasticity (MPa) of the wooden beam, is the strain rate of the wooden beam, is the tensile yield strength (MPa) of the steel.

본 발명에 따른 목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법은 다음과 같은 효과가 있다. The method of manufacturing reinforcement so that a wooden beam has plastic behavior according to the present invention has the following effects.

첫째, 목재의 휨강성과 휨모멘트가 향상됨으로써 목조건축물의 진동에 대한 민감도가 낮아지고, 소성거동에 의해 구조적 안정성이 혁신적으로 우수해지는 효과를 제공할 수 있다.First, by improving the bending rigidity and bending moment of wood, the sensitivity to vibration of wooden buildings is lowered, and the structural stability is innovatively improved through plastic behavior.

둘째, 목재가 취성파괴가 아닌 연성(소성)파괴 되므로 목재의 재료적 활용도가 높아지고, 구조전문가는 목조건축물을 타구조(철근콘크리트, 강구조)와 유사한 방법으로 손쉽게 설계할 수 있으므로 목조건축물의 경제성이 혁신적으로 개선된다.Second, since wood undergoes ductile (plastic) failure rather than brittle failure, the material utilization of wood increases, and structural experts can easily design wooden buildings in a similar way to other structures (reinforced concrete, steel structures), thereby increasing the economic feasibility of wooden buildings. Innovatively improved.

셋째, 안전성이 향상되는 강재 보강 목재 보를 제공하여 목조건축의 구조적 신뢰성이 향상되고, 목재는 탄소저장효과가 있으므로 탄소중립 건축시장이 활성화되는 효과를 기대할 수 있다.Third, by providing steel-reinforced wooden beams with improved safety, the structural reliability of wooden construction is improved, and since wood has a carbon storage effect, the carbon-neutral construction market can be expected to be revitalized.

넷째, 일반적인 목재보 대비 보의 단면이 감소하므로 대단면 대비 제조 효율이 향상되고 운반이 용이하다. 이는 제조, 운반, 시공, 자재관리 등 건축 공사 전반에 대한 효율성을 향상시킨다.Fourth, since the cross-section of the beam is reduced compared to a typical wooden beam, manufacturing efficiency is improved and transportation is easy compared to a large cross-section. This improves the efficiency of the overall construction process, including manufacturing, transportation, construction, and material management.

다섯째, 과도한 안전 설계에 따른 비용을 절감하여 경제성을 향상시킬 수 있다.Fifth, economic efficiency can be improved by reducing costs resulting from excessive safety design.

도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법에 의해 제조된 강재 보강 목재 보의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보에 고정되는 강재의 평면 모식도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보에 고정되는 스크류의 평면 모식도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보에 고정되는 스크류의 평면 및 측면에서의 설치 각도를 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보에 고정되는 복수개의 스크류의 결합 상태를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보의 설계 단면을 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보의 하중-변위 곡선을 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 소성거동하도록 설계된 강재 보강 목재 보의 최대 휨응력분포를 나타내는 모식도이다.
도 10은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보에서 강재의 인장 항복강도로 예측된 소성모멘트에서 강재 보강 목재 보의 휨응력분포를 나타내는 모식도이다.
도 11은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보에서 강재의 인장 최대강도로 예측된 소성모멘트에서 강재 보강 목재 보의 휨응력분포를 나타내는 모식도이다.
도 12는 실시 예에 따른 목재 보의 소성거동 사진이다.
Figure 1 is a flowchart of a method for manufacturing a steel-reinforced wooden beam to have plastic behavior according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of a steel-reinforced wood beam manufactured by a method of reinforcing the steel-reinforced wood beam to have plastic behavior according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a plan schematic diagram of a steel material fixed to a steel-reinforced wooden beam according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a plan schematic diagram of a screw fixed to a steel-reinforced wooden beam according to one embodiment of the present invention.
Figure 5 is a schematic diagram showing the installation angle in the plane and side of the screw fixed to the steel reinforced wooden beam according to one embodiment of the present invention.
Figure 6 is a perspective view showing a combined state of a plurality of screws fixed to a steel reinforced wooden beam according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a schematic diagram showing a design cross section of a steel reinforced wooden beam according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a schematic diagram showing the load-displacement curve of a steel reinforced wooden beam according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a schematic diagram showing the maximum bending stress distribution of a steel-reinforced wooden beam designed to perform plastic behavior according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a schematic diagram showing the bending stress distribution of a steel-reinforced wood beam at a plastic moment predicted by the tensile yield strength of the steel material in a steel-reinforced wood beam according to an embodiment of the present invention.
Figure 11 is a schematic diagram showing the bending stress distribution of a steel-reinforced wood beam at a plastic moment predicted by the maximum tensile strength of the steel material in a steel-reinforced wood beam according to an embodiment of the present invention.
Figure 12 is a photograph of the plastic behavior of a wooden beam according to an embodiment.

이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.The embodiments described below are provided so that those skilled in the art can easily understand the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited thereto. In addition, the matters expressed in the attached drawings may be different from the actual implementation form in the schematic drawings to easily explain the embodiments of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.When a component is mentioned as being connected or connected to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to the other component, but that other components may exist in between.

도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법의 흐름도이며, 도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법에 의해 제조된 강재 보강 목재 보의 모식도이고, 도 3은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보에 고정되는 강재의 평면 모식도이며, 도 4는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보에 고정되는 스크류의 평면 모식도이고, 도 5는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보에 고정되는 스크류의 평면 및 측면에서의 설치 각도를 나타내는 모식도이고, 도 6은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보에 고정되는 복수개의 스크류의 결합 상태를 나타내는 사시도이다.Figure 1 is a flow chart of a method for manufacturing steel-reinforced wooden beams so that they behave plastically according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a method for manufacturing steel-reinforced wooden beams so that they behave plastically according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram of a steel-reinforced wood beam manufactured by, and Figure 3 is a plan schematic diagram of a steel material fixed to a steel-reinforced wood beam according to an embodiment of the present invention, and Figure 4 is a steel material according to an embodiment of the present invention. It is a plan schematic diagram of a screw fixed to a reinforced wooden beam, and Figure 5 is a schematic diagram showing the installation angle in the plane and side of a screw fixed to a steel reinforced wooden beam according to an embodiment of the present invention, and Figure 6 is a schematic diagram showing the installation angle of the screw fixed to the steel reinforced wooden beam according to an embodiment of the present invention. This is a perspective view showing the combined state of a plurality of screws fixed to a steel reinforced wooden beam according to one embodiment of.

도 1 내지 도 6을 함께 참조하면, 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법은 목재 보(110)를 마련하고(S110), 상기 목재 보(110)의 하부에 폭보다 길이의 비가 큰 판 형상의 철 재질의 강재(120)를 밀착시키며(S120), 상기 목재 보(110)와 상기 강재(120)를 복수개의 스크류(130)로 경사지게 고정하여(S130) 강재 보강 목재 보를 제공한다.Referring to FIGS. 1 to 6 together, the method of manufacturing steel-reinforced wooden beams so that they exhibit plastic behavior according to an embodiment of the present invention includes providing a wooden beam 110 (S110), and A plate-shaped iron steel material 120 having a greater length-to-width ratio is brought into close contact with the lower part (S120), and the wooden beam 110 and the steel material 120 are fixed at an angle with a plurality of screws 130 (S130). ) Provides steel reinforced wooden beams.

하나의 구체적인 예에서, 상기 목재 보(110)와 상기 강재(120)를 상기 복수개의 스크류(130)로 고정하는 단계(S130)는 복수개의 스크류(130)를 평면을 기준으로 15도 내지 25도 각도로 상기 목재 보(110)와 상기 강재(120)를 고정하게 된다. 경사지게 스크류(130)를 고정함으로써 동일한 두께의 목재 보(110)와 강재(120)에 더 긴 스크류를 설치할 수 있다. 예를 들어, 복수개의 스크류(130)를 강재의 길이방향에 대해 20도 각도로 상기 목재 보(110)와 상기 강재(120)를 고정할 경우 0도 각도에 비해 1/cos(20도) 만큼 더 긴 스크류를 목재보 내에 설치할 수 있다. 각도가 너무 클 경우 목재보의 폭 또한 넓어져야 하므로 목재보의 폭과 두께를 고려하여 스크류가 목재보를 뚫고 나오지 않도록 고정하는 것이 바람직하다.In one specific example, the step (S130) of fixing the wooden beam 110 and the steel material 120 with the plurality of screws 130 is performed by rotating the plurality of screws 130 at an angle of 15 to 25 degrees with respect to the plane. The wooden beam 110 and the steel material 120 are fixed at an angle. By fixing the screw 130 at an angle, a longer screw can be installed on the wooden beam 110 and the steel material 120 of the same thickness. For example, when fixing the wooden beam 110 and the steel material 120 with a plurality of screws 130 at an angle of 20 degrees with respect to the longitudinal direction of the steel material, the angle is 1/cos (20 degrees) compared to the 0 degree angle. Longer screws can be installed into wooden beams. If the angle is too large, the width of the wooden beam must also be widened, so it is advisable to consider the width and thickness of the wooden beam and fix it so that the screw does not break through the wooden beam.

또한, 상기 목재 보(110)와 상기 강재(120)를 상기 복수개의 스크류(130)로 고정하는 단계(S130)는 상기 복수개의 스크류(130)를 측면을 기준으로 40도 내지 50도 각도로 상기 목재 보(110)와 상기 강재(120)를 고정하게 된다. 예를 들어, 복수개의 스크류(130)는 지면에 대해 20도 각도로 상기 목재 보(110)와 상기 강재(120)를 상기 강재(120)에 천공되어 있는 복수개의 체결 구멍(122)을 통해 45도 각도로 고정하는 것이 바람직하다.In addition, the step (S130) of fixing the wooden beam 110 and the steel material 120 with the plurality of screws 130 is performed by rotating the plurality of screws 130 at an angle of 40 to 50 degrees with respect to the side. The wooden beam 110 and the steel material 120 are fixed. For example, a plurality of screws 130 connect the wooden beam 110 and the steel material 120 at an angle of 20 degrees with respect to the ground through a plurality of fastening holes 122 drilled in the steel material 120 by 45 degrees. It is desirable to fix it at an angle of degrees.

이와 같이 고정하는 경우에, 상기 목재 보(110)와 상기 강재(120)를 상기 복수개의 스크류(130)로 고정하는 단계(S130)는 상기 복수개의 스크류(130)를 상기 목재 보(110)의 측면의 수직 중심선을 기준으로 대칭되게 고정하게 된다.In the case of fixing in this way, the step (S130) of fixing the wooden beam 110 and the steel material 120 with the plurality of screws 130 is performed by attaching the plurality of screws 130 to the wooden beam 110. It is fixed symmetrically based on the vertical center line of the side.

그리고, 상기 목재 보(110)와 상기 강재(120)를 상기 복수개의 스크류(130)로 고정하는 단계(S130)는 상기 복수개의 스크류(130)를 상기 목재 보(110)의 길이 방향을 따른 평면 중심선(C-C)을 기준으로 교번하여 대칭되게 고정하게 된다. 즉, 일부 스크류는 목재 보(110)의 평면 중심선(C-C)의 일측으로부터 중심선(C-C)을 넘어 경사지게 결합된다. 그리고, 나머지 일부 스크류는 타측에서 중심선(C-C)을 넘어 경사지게 결합된다. 이와 같이 복수개의 스크류(130)가 순차적으로 반복 교번되어 상기 목재 보(110)와 상기 강재(120)에 결합된다.And, the step (S130) of fixing the wooden beam 110 and the steel material 120 with the plurality of screws 130 is performed by attaching the plurality of screws 130 to a plane along the longitudinal direction of the wooden beam 110. They are alternately fixed symmetrically based on the center line (C-C). That is, some screws are coupled at an angle from one side of the plane center line (C-C) of the wooden beam 110 beyond the center line (C-C). And, some of the remaining screws are inclinedly coupled beyond the center line (C-C) on the other side. In this way, the plurality of screws 130 are alternately sequentially coupled to the wooden beam 110 and the steel material 120.

본 발명에 따른 상기 복수개의 스크류(130)는 목재 전체 길이의 양단에서 각각 1/3 지점 부위, 즉 좌측단부에서 1/3 지점(P/2) 사이 길이 및 우측단부에서 1/3 지점(P/2) 사이 길이에서 상기 목재 보(110)와 상기 강재(120)를 각각의 양단부를 향해 지면에 대해 경사지게 고정하게 된다.The plurality of screws 130 according to the present invention are each 1/3 of the entire length of the wood, that is, the length between the left end and 1/3 of the point (P/2) and the right end of the 1/3 of the length (P). /2) In the length between the wooden beam 110 and the steel material 120, the wooden beam 110 and the steel material 120 are fixed at an angle to the ground toward each end.

도 7은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보의 설계 단면을 나타내는 모식도이다.Figure 7 is a schematic diagram showing a design cross section of a steel reinforced wooden beam according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면 도 7에서 가로축은 빔의 폭(mm), 휨 응력(MPa)을 나타내고, 좌측의 세로축은 하면으로부터 위치(mm)이다. 우측의 세로축에서 h1, h3는 소성 상태(Plastic state), h2는 탄성 상태(Elastic state)를 나타낸다.Referring to FIG. 7, the horizontal axis in FIG. 7 represents the beam width (mm) and bending stress (MPa), and the left vertical axis represents the position (mm) from the lower surface. On the right vertical axis, h1 and h3 represent the plastic state, and h2 represents the elastic state.

본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법은 하기 식들을 만족하도록 설계되어 연성(소성) 변형될 수 있으며, 소성거동을 반영하여 하기 식 1에 의해 소성휨모멘트로 설계된다.The method of manufacturing steel-reinforced wood beams according to an embodiment of the present invention is designed to satisfy the following equations and can be ductilely (plastically) deformed, and the plastic bending moment is calculated by the following equation 1 by reflecting the plastic behavior: It is designed as

[식 1][Equation 1]

여기서, 은 강재 보강 목재 보가 저항할 수 있는 소성휨모멘트(kN·m), 는 강재의 인장 항복강도(MPa), 는 강재의 폭(mm), 은 강재의 두께(mm), 는 강재로 보강된 목재 보의 전체 높이(mm), 는 목재 보에서 압축 소성 부분의 높이(mm)이다.here, is the plastic bending moment that a steel-reinforced wooden beam can resist (kN·m), is the tensile yield strength of the steel (MPa), is the width of the steel (mm), is the thickness of the steel (mm), is the overall height of the steel-reinforced wooden beam (mm), is the height (mm) of the compression plastic part of the wooden beam.

목재 보의 소성거동을 반영하여 최대휨모멘트로 설계하는 방법은 하기 식 2에 의해 설계된다. 설계모델은 3개의 항으로 구성된다. 첫번째 항은 목재가 압축소성거동하는 소성휨모멘트이고, 두번째 항은 목재가 탄성거동하는 탄성휨모멘트이며, 세번째 항은 강재가 소성거동하는 소성휨모멘트이다.The method of designing the maximum bending moment by reflecting the plastic behavior of wooden beams is designed using Equation 2 below. The design model consists of three terms. The first term is the plastic bending moment when wood has compression plastic behavior, the second term is the elastic bending moment when wood has elastic behavior, and the third term is the plastic bending moment when steel has plastic behavior.

[식 2][Equation 2]

여기서, 는 최대 휨모멘트(kN·m), 은 단면의 중립축에서 압축연단까지의 거리(mm), 는 목재 보에서 압축 소성 구간의 높이(mm), 는 목재 보의 압축강도(MPa), 는 단면의 중립축에서 떨어진 거리(mm), 는 단면의 중립축에서 인장연단까지의 거리(mm), 은 강재의 두께(mm), 는 목재 보의 휨탄성계수(MPa), 는 목재 보의 변형률, 는 강재의 인장 항복강도(MPa)이다.here, is the maximum bending moment (kN·m), is the distance from the neutral axis of the cross section to the compression edge (mm), is the height of the compression plastic section in the wooden beam (mm), is the compressive strength of the wooden beam (MPa), is the distance from the neutral axis of the cross section (mm), is the distance from the neutral axis of the cross section to the tensile edge (mm), is the thickness of the steel (mm), is the flexural modulus of elasticity (MPa) of the wooden beam, is the strain rate of the wooden beam, is the tensile yield strength (MPa) of the steel.

목재 보의 압축 소성 구간의 높이는 아래의 모델로 계산될 수 있다. 목재의 압축 소성구간이 저항하는 압축력과 강재가 지지할 수 있는 인장력이 같다는 이론에 의해 유도된다.The height of the compression plastic section of a wooden beam can be calculated using the model below. It is derived from the theory that the compressive force resisted by the compression plastic section of wood is equal to the tensile force that steel can support.

[식 3][Equation 3]

여기서, 는 목재 보에서 압축 소성 부분의 높이(mm), 는 강재의 인장항복강도(MPa), 은 강재의 두께(mm), 는 목재 보의 압축강도(MPa)이다.here, is the height of the compression plastic part in the wooden beam (mm), is the tensile yield strength of the steel (MPa), is the thickness of the steel (mm), is the compressive strength (MPa) of the wooden beam.

목재 보의 소성휨모멘트의 단면을 설계하는 방법은 아래 식과 같다. 강재가 저항할 수 있는 최대인장력으로 유도된 식이다.The method for designing the cross section of the plastic bending moment of a wooden beam is as follows: It is derived from the maximum tensile force that the steel can resist.

[식 4][Equation 4]

여기서, 은 강재 보강 목재 보가 저항할 수 있는 소성휨모멘트(kN·m), 는 강재의 인장 항복강도(MPa), 는 강재의 폭(mm), 은 강재의 두께(mm), 는 강재로 보강된 목재 보의 전체 높이(mm), 는 목재 보에서 압축 소성 부분의 높이(mm)이다.here, is the plastic bending moment that a steel-reinforced wooden beam can resist (kN·m), is the tensile yield strength of the steel (MPa), is the width of the steel (mm), is the thickness of the steel (mm), is the overall height of the steel-reinforced wooden beam (mm), is the height (mm) of the compression plastic part of the wooden beam.

강재 보강 목재 보의 소성휨모멘트로 목재 보에 작용하는 집중하중을 예측하는 수식은 아래와 같다.The formula for predicting the concentrated load acting on a wooden beam using the plastic bending moment of a steel-reinforced wooden beam is as follows.

[식 5][Equation 5]

여기서, 은 강재 보강 목재 보가 저항할 수 있는 집중하중(kN), 은 강재 보강 목재 보가 저항할 수 있는 소성휨모멘트(kN·m), 는 강재 보강 목재 보의 지점에서 하중지점까지의 거리(mm)이다.here, is the concentrated load (kN) that a steel-reinforced wooden beam can withstand, is the plastic bending moment that a steel-reinforced wooden beam can resist (kN·m), is the distance (mm) from the point of the steel reinforced wooden beam to the load point.

강재 보강 목재 보의 소성휨모멘트로 목재 보에 작용하는 등분포하중을 예측하는 수식은 아래와 같다.The formula for predicting the uniformly distributed load acting on the wooden beam using the plastic bending moment of the steel-reinforced wooden beam is as follows.

[식 6][Equation 6]

여기서, 은 강재 보강 목재 보가 저항할 수 있는 집중하중(kN), 은 강재 보강 목재 보가 저항할 수 있는 소성휨모멘트(kN·m), 은 강재 보강 목재 보의 경간(mm)이다.here, is the concentrated load (kN) that a steel-reinforced wooden beam can withstand, is the plastic bending moment that a steel-reinforced wooden beam can resist (kN·m), is the span (mm) of the steel-reinforced wooden beam.

도 8은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 목재 보의 하중-변위 곡선을 나타내는 모식도이다.Figure 8 is a schematic diagram showing the load-displacement curve of a wooden beam according to one embodiment of the present invention.

도 8을 다른 도면들과 함께 함께 참조하면, 소성거동하도록 설계된 강재 보강 목재 보는 2가지 파괴유형을 나타내는데, 핑거조인트 또는 옹이 부위에서 인장파괴가 발생한 후, 목재 압축파괴가 발생되거나 목재압축파괴 발생 후 인장파괴가 발생되었다.Referring to FIG. 8 together with the other drawings, a steel-reinforced wood beam designed to perform plastic behavior shows two types of failure: after tensile failure occurs at the finger joint or knot area, when compression failure occurs in the wood, or after wood compression failure occurs. Tensile fracture occurred.

두 경우, 모두 파괴후 하중이 0으로 떨어지지 않고 대변형이 발생하는 동안 약 30kN의 하중을 지지하였다. 이는 소성거동 하고, 우수한 연성능력이 있음을 나타낸다.In both cases, the load did not fall to 0 after failure, but a load of approximately 30 kN was supported while large deformation occurred. This indicates plastic behavior and excellent ductility.

도 8의 그래프에서 가로축은 변위(mm), 세로축은 하중(N)이다. 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 소성 거동하도록 강재 보강 목재 보의 하중-변위 곡선이고, 여기서 상측에 위치하는 빨간 수평 점선은 강재의 인장 최대강도(tensile strength)에 근거하여 예측된 강재 보강 목재 보의 하중지지능력, 하측에 위치하는 파란색 수평 점선은 강재의 인장 항복강도(yield strength)에 근거하여 예측된 강재 보강 목재 보의 하중지지능력이다.In the graph of Figure 8, the horizontal axis represents displacement (mm), and the vertical axis represents load (N). The load-displacement curve of a steel-reinforced wooden beam to perform plastic behavior according to an embodiment of the present invention, where the red horizontal dotted line located on the upper side is a steel-reinforced wooden beam predicted based on the tensile strength of the steel. The load-carrying capacity of the steel-reinforced wooden beam is predicted by the horizontal blue dotted line at the bottom based on the tensile yield strength of the steel.

도 9는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 목재 보가 소성거동하도록 설계된 강재 보강 목재 보의 최대 휨응력분포를 나타내는 모식도이며, 도 10은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 목재 보에서 강재의 항복강도로 예측된 소성모멘트에서 강재 보강 목재 보의 휨응력분포를 나타내는 모식도이고, 도 11은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 강재 보강 목재 보에서 강재의 인장 최대강도로 예측된 소성모멘트에서 강재 보강 목재 보의 휨응력분포를 나타내는 모식도이다.Figure 9 is a schematic diagram showing the maximum bending stress distribution of a steel-reinforced wooden beam designed to have plastic behavior in a wooden beam according to an embodiment of the present invention, and Figure 10 is a yield strength of steel in a wooden beam according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram showing the bending stress distribution of a steel-reinforced wood beam at the predicted plastic moment, and Figure 11 is a schematic diagram showing the bending stress distribution of a steel-reinforced wood beam at a plastic moment predicted by the maximum tensile strength of the steel in a steel-reinforced wood beam according to an embodiment of the present invention. This is a schematic diagram showing the bending stress distribution.

도 9 내지 도 11을 다른 도면들과 함께 참조하면, 강재 보강 목재 보에서 목재 보(GLT, Glue Laminated Timber)의 두께는 120mm, 강재의 두께는 4mm이다. neutral axis는 중립축을 나타낸다.Referring to FIGS. 9 to 11 along with other drawings, in the steel reinforced wooden beam, the thickness of the glue laminated timber (GLT) is 120 mm and the thickness of the steel is 4 mm. neutral axis represents the neutral axis.

도 9의 그래프에서 가로축은 빔의 폭(mm), 휨 응력(MPa)을 나타내고, 좌측의 세로축은 하면으로부터 위치(mm)이다. 우측의 세로축에서 h1, h3는 소성 상태(Plastic state), h2는 탄성 상태(Elastic state)를 나타낸다.In the graph of Figure 9, the horizontal axis represents the beam width (mm) and bending stress (MPa), and the vertical axis on the left represents the position (mm) from the lower surface. On the right vertical axis, h1 and h3 represent the plastic state, and h2 represents the elastic state.

도 10, 도 11의 그래프에서 가로축은 빔의 폭(mm), 휨 응력(MPa)을 나타내고, 좌측의 세로축은 하면으로부터 위치(mm)이다. 우측의 세로축에서 h1은 인장력(Tensile force), h3는 압축력(Compressive force)을 나타낸다.In the graphs of FIGS. 10 and 11, the horizontal axis represents the beam width (mm) and bending stress (MPa), and the left vertical axis represents the position (mm) from the lower surface. On the right vertical axis, h1 represents tensile force and h3 represents compressive force.

도 12는 실시 예에 따른 목재 보의 소성거동 사진이다.Figure 12 is a photograph of the plastic behavior of a wooden beam according to an embodiment.

실험편의 소성하중 측정치는 강재의 인장 최대강도로 예측한 하중지지능력에 근접하였고, 이것은 실험편에 설치한 강재가 인장 최대강도에 근접하였음을 의미한다. 소성하중이 강재의 인장 항복강도로 예측한 하중지지능력보다는 모두 높은 것을 알 수 있다. 이것은 본 발명에서 제시한 예측모델과 강재의 인장 항복강도로 안전한 설계가 가능함을 의미한다.The measured plastic load of the test piece was close to the load-bearing capacity predicted by the maximum tensile strength of the steel material, which means that the steel installed in the test piece was close to the maximum tensile strength. It can be seen that the plastic loads are all higher than the load-bearing capacity predicted by the tensile yield strength of the steel. This means that safe design is possible with the prediction model presented in the present invention and the tensile yield strength of steel.

일반적인 목재 보와 본 발명에 따른 소성 거동을 위한 강재 보강 목재 보의 휨성능을 비교한다.The flexural performance of a general wooden beam and a steel reinforced wooden beam for plastic behavior according to the present invention are compared.

표 1은 실험에 사용된 재료의 물성값이고, 표 2는 실험측정값이다. 소성 거동하도록 설계된 강재 보강 목재 보의 휨강성은 보강 전의 목재 보보다 휨강성은 44.9 ~ 72.8 % 향상되었고, 하중 및 휨모멘트 저항능력은 약 75% 향상되었다. 특히, 강재 보강 목재 보는 파괴 후에도 대변형되는 동안 강재의 인장력과 목재의 압축력으로 약 30kN의 하중을 지지하였다. 파괴 후에도 바로 붕괴 되지 않는 이러한 연성능력은 구조안전성 확보 측면에서 우수한 부재임을 의미하고, 동등한 구조적 성능을 더 작은 단면으로 설계할 수 있으므로 경제적인 설계가 가능하다. 또한 목재보는 목재가 파괴되면 모멘트 저항이 0이 되어 구조물이 붕괴되지만, 강재 보강 목재보는 목재가 파괴되더라도 소성모멘트를 유지하므로 다른 구조부재(접합부 및 기둥)가 파괴 되기 전에 구조물이 붕괴되지 않는다.Table 1 shows the physical properties of the materials used in the experiment, and Table 2 shows the experimental measurements. The bending stiffness of steel-reinforced wooden beams designed for plastic behavior was improved by 44.9 to 72.8% compared to the wooden beam before reinforcement, and the load and bending moment resistance ability was improved by about 75%. In particular, the steel-reinforced wooden beam supported a load of about 30 kN through the tensile force of the steel and the compressive force of the wood while it was greatly deformed even after failure. This ductility ability, which does not collapse immediately after failure, means that it is an excellent member in terms of ensuring structural safety, and economical design is possible because equivalent structural performance can be designed with a smaller cross-section. In addition, when the wood is destroyed, the moment resistance of the wooden beam becomes 0 and the structure collapses. However, the steel-reinforced wooden beam maintains its plastic moment even when the wood is destroyed, so the structure does not collapse before other structural members (joints and columns) are destroyed.

표 1은 재료의 물성값을 나타낸다.Table 1 shows the physical properties of the materials.

[표 1][Table 1]

표 2는 일반적인 목재 보와 소성설계된 강재 보강 목재 보의 휨성능을 나타낸다.Table 2 shows the flexural performance of typical wood beams and plastically designed steel-reinforced wood beams.

[표 2][Table 2]

표 1 및 표 2를 통해 1) 휨강성, 2) 그룹분류를 위해 측정한 휨강성, 3) 파괴실험시 측정한 휨강성, 4) (그룹분류를 위해 측정한 휨강성 / 파괴실험시 측정한 휨강성) × 100, 5) 최대하중, 6) 휨모멘트, 7) 변동계수를 알 수 있다.Through Table 1 and Table 2, 1) bending stiffness, 2) bending stiffness measured for group classification, 3) bending stiffness measured during destruction test, 4) (bending stiffness measured for group classification / bending stiffness measured during destruction test) × 100 , 5) maximum load, 6) bending moment, 7) coefficient of variation.

따라서, 본 발명에 따른 강재 보강 목재 보(RGLT)가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법은 일반적인 목재 보(GLT)에서 목재의 휨강성과 휨모멘트가 향상됨으로써 목조건축물의 진동에 대한 민감도가 낮아지고, 소성거동에 의해 구조적 안정성이 혁신적으로 우수해지는 효과를 제공할 수 있고, 안전성이 향상되는 강재 보강 목재 보를 제공하여 목조건축 시장을 활성화하는 효과를 기대할 수 있다.Therefore, the method of manufacturing steel-reinforced wooden beams (RGLT) according to the present invention so that they exhibit plastic behavior improves the bending stiffness and bending moment of wood in general wood beams (GLT), thereby lowering the sensitivity to vibration of wooden buildings and improving plasticity. It can provide the effect of innovatively improving structural stability through behavior, and can be expected to have the effect of revitalizing the wooden construction market by providing steel-reinforced wooden beams with improved safety.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 여러 가지 실시 가능한 예 중에서 당 업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시 예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시 예가 가능함을 밝혀둔다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. Therefore, the embodiments described above are merely presented by selecting the most preferred embodiments among various possible embodiments to aid the understanding of those skilled in the art, and the technical idea of this invention is not necessarily limited or limited only by the presented embodiments. Rather, it is stated that various changes, additions, and changes are possible without departing from the technical spirit of the present invention, as well as other equivalent embodiments.

110: 목재 보
120: 강재
122: 체결 구멍
130: 스크류
110: wooden beam
120: steel
122: fastening hole
130: screw

Claims (10)

목재 보를 마련하는 단계,
상기 목재 보의 하부에 판 형상의 강재를 밀착시키는 단계, 및
상기 목재 보와 상기 강재를 복수개의 스크류로 경사지게 고정하는 단계, 를 포함하는 것을 특징으로 하는
목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법.
Preparing wooden beams,
attaching a plate-shaped steel material to the lower part of the wooden beam, and
Characterized in that it includes the step of fixing the wooden beam and the steel material at an angle with a plurality of screws.
A method of manufacturing reinforcement so that wooden beams behave plastically.
제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 스크류로 고정하는 단계는,
상기 복수개의 스크류를 평면을 기준으로 15도 내지 25도 각도로 상기 목재 보와 상기 강재를 고정하는 것을 특징으로 하는
목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법.
According to claim 1,
The step of fixing with a plurality of screws,
Characterized in that the plurality of screws secure the wooden beam and the steel material at an angle of 15 to 25 degrees with respect to the plane.
A method of manufacturing reinforcement so that wooden beams behave plastically.
제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 스크류로 고정하는 단계는,
상기 복수개의 스크류를 측면을 기준으로 40도 내지 50도 각도로 상기 목재 보와 상기 강재를 고정하는 것을 특징으로 하는
목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법.
According to claim 1,
The step of fixing with a plurality of screws,
Characterized in that the plurality of screws fix the wooden beam and the steel material at an angle of 40 to 50 degrees with respect to the side.
A method of manufacturing reinforcement so that wooden beams behave plastically.
제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 스크류로 고정하는 단계는,
상기 복수개의 스크류를 상기 목재 보의 측면의 중심선을 기준으로 대칭되게 고정하는 것을 특징으로 하는
목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법.
According to claim 1,
The step of fixing with a plurality of screws,
Characterized in that the plurality of screws are fixed symmetrically with respect to the center line of the side of the wooden beam.
A method of manufacturing reinforcement so that wooden beams behave plastically.
제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 스크류로 고정하는 단계는,
상기 복수개의 스크류를 상기 목재 보의 평면 중심선을 기준으로 교번하여 대칭되게 고정하는 것을 특징으로 하는
목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법.
According to claim 1,
The step of fixing with a plurality of screws,
Characterized in that the plurality of screws are alternately fixed symmetrically based on the planar center line of the wooden beam.
A method of manufacturing reinforcement so that wooden beams behave plastically.
제 1 항에 있어서,
상기 목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법은,
소성거동을 반영하여 하기 식에 의해 소성휨모멘트로 설계하는 것을 특징으로 하는
목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법.

여기서, 은 강재 보강 목재 보가 저항할 수 있는 소성휨모멘트(kN·m), 는 강재의 인장 항복강도(MPa), 는 강재의 폭(mm), 은 강재의 두께(mm), 는 강재로 보강된 목재 보의 전체 높이(mm), 는 목재 보에서 압축 소성 부분의 높이(mm).
According to claim 1,
The method of manufacturing reinforcement so that the wooden beam has plastic behavior is,
It is characterized by designing the plastic bending moment according to the following equation by reflecting the plastic behavior.
A method of manufacturing reinforcement so that wooden beams behave plastically.

here, is the plastic bending moment that a steel-reinforced wooden beam can resist (kN·m), is the tensile yield strength of the steel (MPa), is the width of the steel (mm), is the thickness of the steel (mm), is the overall height of the steel-reinforced wooden beam (mm), is the height (mm) of the compression plastic part of the wooden beam.
제 6 항에 있어서,
상기 목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법은,
소성거동을 반영하여 하기 식에 의해 최대휨모멘트로 설계되는 것을 특징으로 하는
목재 보가 소성 거동하도록 보강 제조하는 방법.

여기서, 는 최대 휨모멘트(kN·m), 은 단면의 중립축에서 압축연단까지의 거리(mm), 는 목재 보에서 압축 소성 구간의 높이(mm), 는 목재 보의 압축강도(MPa), 는 단면의 중립축에서 떨어진 거리(mm), 는 단면의 중립축에서 인장연단까지의 거리(mm), 은 강재의 두께(mm), 는 목재 보의 휨탄성계수(MPa), 는 목재 보의 변형률, 는 강재의 인장 항복강도(MPa).
According to claim 6,
The method of manufacturing reinforcement so that the wooden beam has plastic behavior is,
It is characterized by being designed with the maximum bending moment according to the equation below, reflecting the plastic behavior.
A method of manufacturing reinforcement so that wooden beams behave plastically.

here, is the maximum bending moment (kN·m), is the distance from the neutral axis of the cross section to the compression edge (mm), is the height of the compression plastic section in the wooden beam (mm), is the compressive strength of the wooden beam (MPa), is the distance from the neutral axis of the cross section (mm), is the distance from the neutral axis of the cross section to the tensile edge (mm), is the thickness of the steel (mm), is the flexural modulus of elasticity (MPa) of the wooden beam, is the strain rate of the wooden beam, is the tensile yield strength (MPa) of the steel.
목재 재질의 목재 보;
상기 목재 보의 하부에 밀착되는 판 형상의 강재; 및
상기 목재 보와 상기 강재를 경사지게 고정하는 복수개의 스크류; 를 포함하고,
상기 복수개의 스크류는 상기 목재 보의 측면 중앙 부위를 기준으로 대칭되며, 상기 목재 보의 평면 중심선을 기준으로 교번하여 경사지게 결합되는 것을 특징으로 하는 강재 보강 목재 보.
Wooden beams made of wood;
A plate-shaped steel material in close contact with the lower part of the wooden beam; and
A plurality of screws for fixing the wooden beam and the steel material at an angle; Including,
A steel-reinforced wooden beam, characterized in that the plurality of screws are symmetrical with respect to the central portion of the side of the wooden beam, and are alternately and obliquely coupled with respect to the planar center line of the wooden beam.
제 8 항에 있어서,
상기 강재 보강 목재 보는 소성거동을 반영하여 하기 식에 의해 소성휨모멘트로 설계되는 것을 특징으로 하는 강재 보강 목재 보.

여기서, 은 강재 보강 목재 보가 저항할 수 있는 소성휨모멘트(kN·m), 는 강재의 인장 항복강도(MPa), 는 강재의 폭(mm), 은 강재의 두께(mm), 는 강재로 보강된 목재 보의 전체 높이(mm), 는 목재 보에서 압축 소성 부분의 높이(mm).
According to claim 8,
A steel-reinforced wooden beam, characterized in that the steel-reinforced wooden beam is designed with a plastic bending moment according to the following equation by reflecting plastic behavior.

here, is the plastic bending moment that a steel-reinforced wooden beam can resist (kN·m), is the tensile yield strength of the steel (MPa), is the width of the steel (mm), is the thickness of the steel (mm), is the overall height of the steel-reinforced wooden beam (mm), is the height of the compression plastic part in the wooden beam (mm).
제 9 항에 있어서,
상기 강재 보강 목재 보는 소성거동을 반영하여 하기 식에 의해 최대휨모멘트로 설계되는 것을 특징으로 하는 강재 보강 목재 보.

여기서, 는 최대 휨모멘트(kN·m), 은 단면의 중립축에서 압축연단까지의 거리(mm), 는 목재 보에서 압축 소성 구간의 높이(mm), 는 목재 보의 압축강도(MPa), 는 단면의 중립축에서 떨어진 거리(mm), 는 단면의 중립축에서 인장연단까지의 거리(mm), 은 강재의 두께(mm), 는 목재 보의 휨탄성계수(MPa), 는 목재 보의 변형률, 는 강재의 인장 항복강도(MPa).
According to clause 9,
A steel-reinforced wooden beam, characterized in that the steel-reinforced wooden beam is designed with a maximum bending moment according to the following equation, reflecting plastic behavior.

here, is the maximum bending moment (kN·m), is the distance from the neutral axis of the cross section to the compression edge (mm), is the height of the compression plastic section in the wooden beam (mm), is the compressive strength of the wooden beam (MPa), is the distance from the neutral axis of the cross section (mm), is the distance from the neutral axis of the cross section to the tensile edge (mm), is the thickness of the steel (mm), is the flexural modulus of elasticity (MPa) of the wooden beam, is the strain rate of the wooden beam, is the tensile yield strength (MPa) of the steel.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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