관벽에 작용하는 전단력의 영향을 고려한 거셋트 플레이트-강관 접합부의 극한강도

거셋트 플레이트 길이의 변화에 따른 P - M_w의 상관관계를 파악하기 위하여 거셋트 플레이트 길이를 120 mm - 200 mm로 증가시키면서 해석을 수행하였다. 이때 B/D의 값은 1.6 - 2.8로 식 (3) 및 식 (4)의 적용범위 내에 있는 값이다. 이는 동일한 직경(D = 71.5 mm)에 대해 강관직경만 증가시킨 것으로 거셋트 플레이트 길이에 따른 P - M_w의 상관관계를 무차원화하여 Fig. 3에 나타내었다. 앞에서 살펴보았듯이 거셋트 플레이트 길이가 다른 각 시험체의 최대 관벽모멘트 값은 각각 다르고 P - M_w의 내력도 다르지만 이를 무차원화하면 Fig. 4에서 볼 수 있듯이 거셋트 플레이트 길이에 관계없이 유사한 경향을 보이는 것을 알 수 있다.

Fig. 4.

Interaction between axial force and moment with gusset plate length

보강비의 변화에 따른 P - M_w의 상관관계를 파악하기 위하여 보강비를 1/6, 1/4, 1/3, 1/2로 증가시키면서 해석을 수행하였다. 보강각도에 따른 P - M_w의 상관관계를 무차원화하여 Fig. 5에 나타내었다. 그림에서 알 수 있듯이 보강비의 변화에 따른 P - M_w의 상관관계도 무차원화하면 유사한 경향을 보였다.

Fig. 5.

Interaction between axial force and moment with reinforcement ratio

강관직경의 변화에 따른 P - M_w의 상관관계를 파악하기 위하여 강관직경을 71.5 mm - 101.5 mm로 증가시키면서 해석을 수행하였다. 이때 D/t의 값은 47 - 67로 식 (3)의 적용범위 내에 있는 값이다. 이는 동일한 두께(t = 1.5 mm)에 대해 강관직경만 증가시킨 것으로 강관직경의 변화에 따른 P - M_w의 상관관계를 무차원화하여 Fig. 6에 나타내었다. 앞에서 살펴보았듯이 각 시험체의 최대 관벽모멘트값은 각각 다르지만 이를 무차원화하면 강관직경의 변화에 따른 P - M_w의 상관관계도 동일한 내력특성을 보이는 것을 알 수 있다.

Fig. 6.

Interaction between axial force and moment with tune diameter

강관두께의 변화에 따른 P - M_w의 상관관계를 파악하기 위하여 강관두께를 1.5 mm - 5.0 mm로 증가시키면서 해석을 수행하였다. 이때 D/t의 값은 47 - 67로 식 (3)의 적용범위 내에 있는 값이다. 이는 동일한 강관직경(D = 101.5 mm)에 대해 강관두께만 증가시킨 것으로 강관두께의 변화에 따른 P - M_w의 상관관계를 무차원화하여 Fig. 7에 나타내었다. Fig. 8과 같이 강관두께의 변화에 따른 내력값은 다르지만 무차원화하면 P - M_w의 상관관계도 비슷한 경향을 보였다.

Fig. 7.

Interaction between axial force and moment with tube thickness

Fig. 8.

Proposed interaction curve between axial force and moment

각 변수의 변화에 따른 P - M_w의 상관관계에 미치는 영향을 분석하여 다음과 같이 P - M_w의 상관관계를 도출하였으며, 시험체의 각 변수에 따른 P - M_w의 상관관계와 P - M_w의 상관관계 제안식을 비교한 것을 Fig. 8에 나타내었다.

거셋트 플레이트 길이의 변화에 따른 P - P_v의 상관관계를 파악하기 위하여 거셋트 플레이트 길이를 120 mm - 200 mm로 증가시키면서 해석을 수행하였다. 이때 B/D의 값은 1.6 - 2.8로 식 (3) 및 식 (4)의 적용범위 내에 있는 값이다. 이는 동일한 직경(D = 71.5 mm)에 대해 강관직경만 증가시킨 것으로 거셋트 플레이트 길이에 따른 P - P_v의 상관관계를 무차원화하여 Fig. 9에 나타내었다. 앞에서 살펴보았듯이 거셋트 플레이트 길이가 다른 각 시험체의 극한 관벽전단력은 각각 다르지만 이를 무차원화하면 그림에서 볼 수 있듯이 유사한 경향을 보이는 것을 알 수 있다. 또한 축력이 증가함에 따라 관벽전단력이 감소하는 것을 볼 수 있는데 이는 관벽에 작용하는 관벽전단력이 거셋트 판에 의해 마치 축력과 같은 성분으로 작용하므로 선형적인 상관관계를 이루기 때문이다.

Fig. 9.

Interaction between axial force and shear force with gusset plate length

보강비의 변화에 따른 P - P_v의 상관관계를 파악하기 위하여 보강비를 1/6, 1/4, 1/3, 1/2로 증가시키면서 유한요소해석을 수행하였다. 보강각도에 따른 P - P_v의 상관관계를 무차원화하여 Fig. 10에 나타내었다.

Fig. 10.

Interaction between axial force and shear force with reinforcement ratio

강관직경의 변화에 따른 P - P_v의 상관관계를 파악하기 위하여 강관직경을 71.5 mm - 101.5 mm로 증가시키면서 해석을 수행하였다. 이때 D/t의 값은 47 - 67로 식 (3)의 적용범위 내에 있는 값이다. 이는 동일한 두께(t = 1.5 mm)에 대해 강관직경만 증가시킨 것으로 강관직경의 변화에 따른 P - P_v의 상관관계를 무차원화하여 Fig. 11에 나타내었다. 앞에서 살펴보았듯이 각 시험체의 극한 관벽전단력은 단면성능에 의해 영향을 받으므로 직경의 변화에 따라 각각 다르고 P - P_v의 내력 또한 다르지만 이를 무차원화하면 강관직경의 변화에 따른 P - P_v의 상관관계도 유사한 경향을 보이는 것을 알 수 있다.

Fig. 11.

Interaction between axial force and shear force with tube diameter

강관두께의 변화에 따른 P - P_v의 상관관계를 파악하기 위하여 강관두께를 1.5 mm - 5.0 mm로 증가시키면서 해석을 수행하였다. 이때 D/t의 값은 47 - 67로 식 (3)의 적용범위 내에 있는 값이다. 이는 동일한 강관직경(D = 101.5 mm)에 대해 강관두께만 증가시킨 것으로 강관 두께의 변화에 따른 P - P_v의 상관관계를 무차원화하여 Fig. 12에 나타내었다. 그림에서 볼 수 있듯이 강관두께의 변화에 따른 P - P_v의 상관관계도 무차원화하면 유사한 경향을 보인다.

Fig. 12.

Interaction between axial force and moment with tube thickness

각 변수의 변화에 대하여 P - P_v의 상관관계에 미치는 영향을 분석하여 다음과 같이 P - P_v의 상관관계를 도출하였으며, 시험체의 각 변수에 따른 P - P_v의 상관관계와 P - P_v의 상관관계 제안식을 비교한 것을 Fig. 13에 나타내었다.

Fig. 13.

Proposed interaction curve between axial force and shear force

거셋트 플레이트 길이의 변화에 따른 P_v - M_w의 상관관계를 파악하기 위하여 거셋트 플레이트 길이를 120 mm - 200 mm로 증가시키면서 해석을 수행하였다. 이때 B/D의 값은 1.6 - 2.8로 식 (3) 및 식 (4)의 적용범위 내에 있는 값이다. 이는 동일한 직경(D = 71.5 mm)에 대해 강관직경만 증가시킨 것으로 거셋트 플레이트 길이에 따른 P - P_v의 상관관계를 무차원화하여 Fig. 14에 나타내었다. 그림과 같이 관벽전단력이나 관벽모멘트의 내력비가 대부분 1.0 이상의 값을 나타내었다. 이는 관벽에 작용하는 관벽전단력이 강관의 단면모멘트로 작용하고 이 모멘트가 거셋트 플레이트에 작용하는 관벽모멘트와 서로 대치되어 상쇄되므로 접합부의 내력이 상승하는 것으로 판단된다. 따라서 관벽전단력은 작용하나 관벽모멘트가 작용하지 않는 내편심 강관접합부보다 관벽전단력과 관벽모멘트가 동시에 작용하는 무편심 강관접합부나 외편심 강관 접합부가 더 유리하다는 것을 알 수 있다.

Fig. 14.

Interaction between shear force and moment with gusset plate length

보강비를 증가시키면서 해석을 수행한 후 보강비에 따른 P_v - M_w의 상관관계를 무차원화하여 Fig. 15에 나타내었다. 보강각도가 증가할수록 내력은 증가하나 각 보강비에 대한 극한내력으로 나누어 무차원화하면 보강각도가 작을수록 내력비는 감소하였다.

Fig. 15.

Interaction between shear force and moment with reinforcement ratio

강관직경의 변화에 따른 P_v - M_w의 상관관계를 파악하기 위하여 강관두께는 일정하게 하고 강관직경을 71.5 mm - 101.5 mm로 증가시키면서 해석을 수행하였다. 이때 D/t의 값은 47 - 67로 식 (3)의 적용범위 내에 있는 값이다. 이는 동일한 두께(t = 1.5 mm)에 대해 강관직경만 증가시킨 것으로 Fig. 16에 나타내었다. 그림과 같이 강관직경의 변화에 따른 P_v - M_w의 상관관계는 직경에 상관없이 유사한 경향을 보였으며 관벽전단력과 관벽모멘트의 상호작용에 의해 내력이 상승하여 내력비가 대부분 1.0 이상을 나타내었다.

Fig. 16.

Interaction between shear force and moment with tube diameter

강관두께의 변화에 따른 P_v - M_w의 상관관계를 파악하기 위하여 강관두께를 1.5 mm - 5.0 mm로 증가시키면서 해석을 수행하였다. 이때 D/t의 값은 47 - 67로 식 (3)의 적용범위 내에 있는 값이다. 이는 동일한 강관직경(D = 101.5 mm)에 대해 강관 두께만 증가시킨 것으로 강관두께의 변화에 따라 관벽전단력이나 관벽모멘트에 대한 내력은 각각 다르지만 이를 무차원화하면 Fig. 17에서 볼 수 있듯이 차이는 있으나 유사한 경향을 보였으며, 관벽전단력과 관벽모멘트의 상호작용에 의해 내력이 상승하는 것을 알 수 있다.

Fig. 17.

Interaction between shear force and moment with tube thickness

각 변수에 대하여 P_v - M_w의 상관관계에 미치는 영향을 분석하여 다음과 같이 P_v - M_w의 상관관계를 도출하였으며, 시험체의 각 변수에 따른 P_v - M_w의 상관관계와 P_v - M_w의 상관관계 제안식을 비교한 것을 Fig. 18에 나타내었다. 그림에서 보는 바와 같이 관벽모멘트와 관벽전단력이 동시에 작용하면 서로 보완 관계가 있어 내력이 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서 관벽전단력만 작용하는 내편심 강관보다는 수직분력과 관벽모멘트가 동시에 작용하는 무편심 강관 또는 외편심 강관이 내력적인 측면에서 유리하다.

Fig. 18.

Proposed interaction curve between shear force and moment

위에서 도출한 축력-관벽전단력, 관벽전단력-관벽모멘트, 축력-관벽모멘트의 상관관계를 바탕으로 세 하중변수를 무차원화시킨 다음과 같은 상관관계식을 도출하였다. 여기서 p, P_v, M_w는 각각의 최대강도로 무차원화된 변수이다.

Fig. 19.

Proposed Pv - Mw interaction curve