Abstract
The beam-column connection is the critical design section of general steel frame structures owing to the behavioral characteristics of the structural system. As most members of a frame structure are composed of rolled section beams, the cross-section of the beam members is governed by the negative bending moment near beam-column connections. Such a design concept leaves a redundant load-carrying capacity at the positive bending regions of the beam members leading to design inefficiency. Therefore, it is of utmost importance to redistribute the beam end moments and reduce the stresses at the beam-column connections for a more efficient design of steel frame structures. In this study, reaction-moment prestressing method (RMPM) was proposed for the innovative design and construction of steel frame structures. The RMPM is a prestressing method utilizing the elastic bending deformation of a beam member induced by temporary prestressing for the distribution of a relatively large bending moment to other sections for the efficient use of the beam section. By the application of the RMPM, the negative bending moment at the beam-column connections can be significantly reduced, ultimately leading to possible use of smaller beam sections. Through a series of model tests and numerical analyses of steel frame structures, the moment distributing effect and feasibility of the RMPM was verified.
일반적인 중력하중 재하상태의 라멘구조에서는 보-기둥의 이음부에 최대 부모멘트가 발생하며, 일반적으로 이음부의 최대 부모멘트가 보 중앙의 최대 정모멘트보다 크게 나타나므로 보와 기둥의 이음부에서의 모멘트에 의하여 보의 단면이 결정된다. 그러나 보와 기둥의 이음부에 의하여 라멘구조물의 단면을 설계하면 보의 중앙부는 단면과대설계가 되어 단면의 효율성이 낮아지므로, 이음부의 부모멘트를 감소시켜 보 전체의 응력을 고르게 분포시키면 보다 효율적인 단면설계가 가능하게 된다. 본 연구에서는 라멘구조물의 최대 부모멘트 구간에 부재력 재분배 효과로써 보 전체의 응력을 고르게 분포시키고 단면을 감소시킬 수 있는 새로운 시공방법으로써 반력모멘트를 이용한 라멘구조물의 프리스트레싱 공법을 제안하고자 한다. 반력모멘트는 프리스트레싱에 의하여 휨모멘트가 도입된 보부재를 기둥과 연결한 후, 도입된 프리스트레스를 제거할 시에 라멘구조물에 발생하는 반력을 이용하여 보와 기둥의 이음부에서 발생하는 최대 부모멘트를 감소시키고 부재력을 보 전체에 고르게 분배하여 구조물의 내하성능을 증진시키는 공법이다. 본 연구에서는 제안된 반력모멘트를 이용한 철골구조물의 프리스트레싱 도입 공법의 검증을 위하여 실험적 검증 및 구조해석을 실시하여, 반력모멘트에 의한 라멘구조물의 부재력 재분배 효과 및 효율성을 확인하였다.
