냉간성형 일체형 강판전단벽의 구조성능에 관한 연구

Abstract

골조와 용접 접합되는 후판의 열연 강판전단벽은 전단좌굴 발생 후에 작용하는 인장영역장의 강도를 고려한 공학적 이론식으로 설계되나, 경량철골구조에서 골조와 스크류 접합되는 냉간성형 강판전단벽은 스크류 접합부의 경계조건이 불명확하여 실험을 근거로 하여 전단강도를 산정하는 설계 방식이 채택되고 있어 설계 시 제한 요소가 많다. 본 논문은 경량철골구조에서 강판전단벽을 대체할 수 있는 일체형 강판전단벽을 제안한다. 일체형 강판전단벽을 구성하는 일체형부재는 최대 794의 웨브 폭두께비를 갖는 냉간성형 립 C형강이다. 본 논문의 실험 연구와 해석 연구에 따르면 일체형 강판전단벽은 횡력에 대하여 휨에 의한 국부좌굴이 발생한 이후에 인장영역장이 작용하여 강성이 감소하지만, 내력이 증가하는 안정적인 하중변위관계를 보인다. 단독주택 용도의 경량철골구조에 요구되는 2.0%의 비탄성 횡변위비 수준에서 일체형 강판전단벽에 국부좌굴이 발생하였는데, 웨브 폭두께비에 대한 치수 제한이 300에 불과한 기존 냉간성형강 설계 기준은 국부좌굴 발생 시의 강도를 정확하게 예측하지 못한다. 특히 공칭전단강도는 전단좌굴에 의한 판좌굴이론에만 기초하여 계산되기 때문에 일체형부재의 웨브 폭두께비가 클수록 일체형 강판전단벽의 전단강도를 과소평가하는 것으로 나타났다. 본 논문에서는 3개의 실험체와 72개의 해석모델을 근거로 하여 일체형 강판전단벽의 국부좌굴 발생 시의 강도를 산정할 수 있는 설계식을 국부좌굴응력과 유효스트립법 관점으로 제안하였으며, 제안된 일체형 강판전단벽의 설계식은 유효폭법에서와 같은 반복계산절차가 없어 일체형 강판전단벽의 국부좌굴이 발생할 시의 강도를 간단하고 정확하게 산정할 수 있다. 일체형 강판전단벽과 강판의 스크류 접합부에서 파손이 발생한 강판전단벽의 구조성능을 비교한 결과 일체형 강판전단벽은 강판전단벽보다 높은 최대강도, 최대변위, 탄성강성, 연성, 반응수정계수를 보였으며, 일체형 강판전단벽의 반응수정계수는 5.9 수준으로 평가된다. 본 논문에서 정의한 경량철골구조 내에서 일체형 강판전단벽의 설계 시 요구되는 스크류 접합부, 앵커볼트 접합부의 접합강도를 만족하면 일체형 강판전단벽의 설계강도가 충분히 발휘될 수 있다.