Out-of-plane Tension Behavior of CFT Column's Steel Tubular Wall for Component method

Abstract

이 연구에서는 CFT 기둥을 이용한 보-기둥 접합부를 보다 정확하고 효율적으로 설계 및 해석하기 위하여 Component method를 이 접합부에 적용하고자 하였으며, 이를 위해 CFT 기둥 강판의 인장 강도를 구하고자 한다.

길이 방향의 길이가 가로방향 길이에 비해 매우 큰 CFT 기둥 강판의 인장 강도를 plate theory를 통해 구하기 위하여 실제 강판과 처짐에 있어 비슷한 거동을 하며 한정된 길이방향의 길이를 가지는 강판을 구성하였다. 이 강판은 세로방향으로는 강접합, 가로방향으로는 단순접합의 경계조건을 가지며, 가로길이는 기둥의 폭, 세로길이는 미지수 a로 설정하였다. 실제 기둥의 거동과 동일한 거동을 같게 하는 미지수 a를 구하기 위하여 가정된 강판에 대한 이론식을 plate theory를 통하여 도출하고, 이를 수치해석결과와 비교하였다. 그 결과, a를 기둥의 폭에 비례하는 값으로 나타낼 수 있었으며, 수치해석 결과를 통해 볼트의 열 개수에 따른 수정계수를 도출하였다. 이에 더불어, 강판의 변형에 영향을 주는 end-plate 효과를 고려하기 위하여 제안된 이론식과 유한요소해석 모델을 변형하여 최종적으로 CFT 기둥의 인장강도에 대한 이론식이 도출되었으며, 이 이론 식을 실험 결과 및 유한요소해석 결과와 비교하여 타당성을 검토하였다.

하중의 영향을 받는 강판의 길이(가정된 강판의 세로길이)는 강판 폭의 0.7배로 결정되었으며, 가정된 하중이 가해지는 넓이에 대한 오차를 줄이기 위하여 수정계수를 이론 식에 도입하여 최종 강도식을 제안하였다. 또한 제안된 강도식을 반강접 보- CFT 기둥 볼트 접합부에 도입하여 component method를 이용한 설계의 예를 제시하였다.

This paper is aiming to obtain the tension stiffness of the CFT column's plate to apply the component method to the semi-rigid connection including CFT column for more efficient design and precise analysis.

To obtain the tension stiffness of the CFT column's plate having infinite longitudinal length compared to transverse length, altered plate had been assumed. This plate has the finite length a with rigid connection for longitudinal direction, and column width length with simple boundary condition for transverse length. To find the assumed value a, making assumed plate's behavior similar to origin plate, a theoretical equation using plate theory had been derived and it had been compared to the numerical analysis. As a result, the assumed length a can be represented as proportion value to column width, and the modification factor for bolt configuration has been obtained. In addition to this basic model, adjusted theoretical equation and numerical analysis model considering end-plate effect had been developed with same procedure. To verify this effect, this numerical analysis model would have been verified by the comparison with experimental data. As a result, the equation for tension stiffness of the CFT column's plate had been obtained, and this equation had been testified by comparison with the experimental data and numerical analysis. The assumed length a was determined as 0.7 times the width of the steel tube and these results can be applied to all dimensions of CFT column. In additions, the modification factor for loaded area had been earned through numerical analysis and it had been applied to the proposed equation.

And the proposed equation was applied to the semi-rigid beam-CFT column connection with bolt to show the example of design method using component method for semi-rigid joint.