표제지
목차
기호 13
국문요약 15
제1장 서론 17
1.1. 연구 배경 및 목적 17
1.2. 연구 내용 및 방법 22
1.3. 연구 동향 24
1.3.1. 합성기둥에 대한 연구 동향 24
1.3.2. 형상기억합금에 대한 연구 동향 27
제2장 이론적 고찰 29
2.1. 합성기둥시스템 29
2.1.1. 합성기둥의 개요 29
2.1.2. 합성기둥의 설계 및 구조제한 31
2.1.3. 합성기둥의 설계식 34
2.2. 형상기억합금(SMA) 38
2.2.1. 형상기억합금의 개요 38
2.2.2. 형상기억합금의 특성 41
2.2.3. 초탄성 거동의 수학적 모델 44
제3장 Castellated 합성기둥의 좌굴거동 48
3.1. Castellated 합성기둥시스템 개요 48
3.1.1. 현행 설계기준 50
3.1.2. 강재단면검토 52
3.1.3. 세장비 검토 54
3.2. 3차원 유한요소해석 56
3.2.1. Castellated 합성기둥 모델링 56
3.2.2. 3차원 유한요소 해석방법 59
3.2.3. 3차원 유한요소 해석 변수 및 모델명 62
3.3. 3차원 유한요소 해석결과 64
3.3.1. 단면의 크기와 길이가 일정할 때 강관의 두께에 따른 비교 64
3.3.2. 단면의 크기와 강관의 두께가 일정할 때 길이에 따른 비교 78
3.3.3. 현행 설계기준과의 비교 91
제4장 Castellated 합성기둥의 동적거동 101
4.1. 횡하중이 작용하는 Castellated 합성기둥의 비탄성거동 101
4.1.1. 3차원 유한요소 해석방법 102
4.1.2. 3차원 유한요소 해석결과 105
4.2. 3차원 유한요소 해석 107
4.2.1. 형상기억합금을 이용한 Castellated 합성기둥 모델링 107
4.2.2. 3차원 유한요소 해석방법 111
4.2.3. 3차원 유한요소 해석 변수 및 모델명 115
4.3. 3차원 유한요소 해석결과 119
4.3.1. 개구부 크기에 따른 비교 119
4.3.2. 폭두께비에 따른 비교 135
4.3.3. 축력비에 따른 비교 160
제5장 결론 179
참고문헌 181
ABSTRACT 185
표 2.1. 압축력을 받는 충전형 합성부재의 폭두께비 제한 33
표 3.1. 폭두께비에 따른 각형강관기둥의 단면검토 53
표 3.2. 길이에 따른 각형강관기둥의 세장비검토 55
표 3.3. e/h 비율에 근거한 Castellated 합성기둥의 단면 57
표 3.4. SN355 강재와 콘크리트의 재료성질 60
표 3.5. Castellated 합성기둥의 해석모델 개요 63
표 3.6. Castellated steel columns의 좌굴형태와 국부좌굴 발생위치 71
표 3.7. Castellated composite column의 좌굴형태와 국부좌굴 발생위치 72
표 3.8. 3차원 비선형 좌굴해석 결과에 따른 강도저감계수와 판-세장비 결과 99
표 4.1. Castellated 합성기둥의 보강범위 및 보강재 110
표 4.2. Castellated 합성기둥 보강재 사이즈 113
표 4.3. Fe-based 형상기억합금의 재료특성 114
표 4.4. 개구부 크기에 따른 Castellated 합성기둥의 해석모델 개요 116
표 4.5. 폭두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 해석모델 개요 117
표 4.6. 축력비에 따른 Castellated 합성기둥의 해석모델 개요 118
표 4.7. 개구부 크기에 따른 Castellated 합성기둥의 최대응력 119
표 4.8. 개구부 크기에 따른 Castellated 합성기둥의 좌굴하중 및 최대내력 126
표 4.9. 개구부 크기에 따른 Castellated 합성기둥의 최대내력 및 원상복원효과 132
표 4.10. 개구부 크기에 따른 Castellated 합성기둥의 에너지 소산능력 비교 133
표 4.11. 폭두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 최대응력 135
표 4.12. 폭두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 좌굴하중 및 최대내력 148
표 4.13. 폭두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 최대내력 및 원상복원효과 156
표 4.14. 폭두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 에너지 소산능력 비교 158
표 4.15. 축력비에 따른 Castellated 합성기둥의 축력 및 좌굴하중 160
표 4.16. 폭두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 최대응력 161
표 4.17. 축력비에 따른 Castellated 합성기둥의 최대내력 및 잔류변위 176
표 4.18. 축력비에 따른 Castellated 합성기둥의 에너지 소산능력 비교 177
그림 1.1. 국내·외 대규모지진 피해사례 17
그림 1.2. Elasto-plastic Hysteresis 20
그림 1.3. Flag-shaped Hysteresis 20
그림 2.1. 합성기둥의 분류 30
그림 2.2. 각형강관의 국부좌굴 33
그림 2.3. 건설분야의 형상기억합금 적용 사례 39
그림 2.4. 형상기억합금의 재료성질 40
그림 2.5. Stress and strain curve for temperature-dependent SMA material 43
그림 2.6. 형상기억과 초탄성효과의 이상적인 응력-변형률 곡선 43
그림 2.7. 형상기억합금 응력-변형률 관계 47
그림 3.1. Castellated 강판의 제작과정 49
그림 3.2. Castellated 합성기둥의 제작과정 49
그림 3.3. e/h 비율에 근거한 Castellated 합성기둥의 개구부와 단면의 크기 57
그림 3.4. e/h 비율에 근거한 Castellated 합성기둥의 3차원 유한요소모델 58
그림 3.5. SN355 강재의 응력-변형률 관계 61
그림 3.6. 콘크리트의 응력-변형률 관계 61
그림 3.7. C-S-880-(26~33)-3,000의 변형형상 및 von Mises 응력분포 67
그림 3.8. C-S-880-(26~33)-5,000의 변형형상 및 von Mises 응력분포 70
그림 3.9. 강관의 두께에 따른 Castellated steel column의 하중-변위 곡선 75
그림 3.10. 강관의 두께에 따른 Castellated composite columns의 하중-변위 곡선 77
그림 3.11. C-S-560-16-(3,000~5,000)의 변형형상 및 von Mises 응력분포 80
그림 3.12. C-S-560-21-(3,000~5,000)의 변형형상 및 von Mises 응력분포 82
그림 3.13. C-C-560-16-(3,000~5,000)의 변형형상 및 von Mises 응력분포 84
그림 3.14. C-C-560-21-(3,000~5,000)의 변형형상 및 von Mises 응력분포 86
그림 3.15. 길이에 따른 Castellated steel column의 하중-변위 곡선 89
그림 3.16. 길이에 따른 Castellated composite column의 하중-변위 곡선 90
그림 3.17. 육각형 개구부 유/무에 따른 각형강관기둥의 좌굴하중... 92
그림 3.18. 육각형 개구부 유/무에 따른 각형강관기둥의... 93
그림 3.19. 육각형 개구부를 포함한 각형강관기둥의 유효단면 영역 93
그림 3.20. C-S-(400~880)-(11~26)-(3,000~5,000)... 94
그림 3.21. 현행 설계기준과 비교한 강도저감계수와 판-세장비의 관계 98
그림 4.1. 반복 횡하중이 작용하는 모멘트 저항 골조의 휨모멘트도 102
그림 4.2. Castellated 합성기둥에 적용되는 반복 변위하중 이력 103
그림 4.3. e/h 비율에 근거한 Castellated 합성기둥의 기하학적 형상 104
그림 4.4. e/h 비율에 근거한 Castellated 합성기둥의 von Mises 응력분포 106
그림 4.5. e/h 비율에 근거한 Castellated 합성기둥의 하중-변위 이력곡선 106
그림 4.6. e/h 비율에 근거한 Castellated 합성기둥의 영역별 구분 107
그림 4.7. 형상기억합금으로 보강된 Castellated 합성기둥의 소성힌지 영역 108
그림 4.8. 형상기억합금을 이용한 Castellated 합성기둥 110
그림 4.9. 형상기억합금을 이용한 Castellated 합성기둥의 유한요소 해석모델 112
그림 4.10. Castellated 강관 및 보강재 113
그림 4.11. Fe-based 형상기억합금의 응력-변형률 관계 114
그림 4.12. C-50/100-33.3 변형형상 및 응력분포 121
그림 4.13. C-40/120-33.3 변형형상 및 응력분포 123
그림 4.14. C-30/140-33.3 변형형상 및 응력분포 125
그림 4.15. 개구부 크기에 따른 Castellated 합성기둥의 비선형 좌굴해석... 127
그림 4.16. 개구부 크기에 따른 Castellated 합성기둥의 하중-변위 곡선 128
그림 4.17. 개구부 크기에 따른 Castellated 합성기둥의 하중-변위 이력곡선 131
그림 4.18. 개구부 크기에 따른 Castellated 합성기둥의 에너지 소산능력 비교 134
그림 4.19. 폭두께비에 따른 C-30/140 변형형상 및 von Mises 응력분포 139
그림 4.20. 폭두께비에 따른 C-40/120 변형형상 및 von Mises 응력분포 143
그림 4.21. 폭두께비에 따른 C-50/100 변형형상 및 von Mises 응력분포 147
그림 4.22. 폭두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 비선형 좌굴해석 하중-변위 관계 150
그림 4.23. 폭두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 하중-변위 곡선 151
그림 4.24. 폭두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 하중-변위 이력곡선 156
그림 4.25. 폭두께비에 따른 Castellated 합성기둥의 에너지 소산능력 비교 159
그림 4.26. C-30/140-33.3-0.1-SMA 변형형상 및 von Mises 응력분포 162
그림 4.27. C-30/140-33.3-0.3-SMA 변형형상 및 von Mises 응력분포 163
그림 4.28. C-40/120-28.6-0.1-SMA 변형형상 및 von Mises 응력분포 164
그림 4.29. C-40/120-28.6-0.3-SMA 변형형상 및 von Mises 응력분포 165
그림 4.30. C-50/100-20-0.1-SMA 변형형상 및 von Mises 응력분포 166
그림 4.31. C-50/100-20-0.3-SMA 변형형상 및 von Mises 응력분포 167
그림 4.32. 48㎜ 변위하중에서의 변형형상 및 von Mises 응력분포 170
그림 4.33. 축력비에 따른 Castellated 합성기둥의 하중-변위 곡선 172
그림 4.34. 축력비에 따른 Castellated 합성기둥의 하중-변위 이력곡선 175
그림 4.35. 축력비에 따른 Castellated 합성기둥의 에너지 소산능력 비교 178