Abstract
Specific joint devices composed of end-plates and through bolts are under development to assemble steel beams to PC columns efficiently by dry construction method for the PCS structural system, of which major structural components are precast concrete columns and steel beams. Seismic performance of the joint devices had been evaluated by experimental tests in the previous studies and it was showed that all the performance requirements regarding to strength deterioration, stiffness degradation and energy dissipation capacity were satisfied to the criteria of ACI requirements, but the initial stiffness was not. In order to find out possible causes of the insufficient rigidity of the joint devices and provide the proper measures to improve the performance of the joint accordingly, numerical analyses were carried out by using ABAQUS. Parameters, such as thickness of neoprene pad, conditions of surface between PC column and end-plate, magnitude of pretension forces of through bolts, stiffness of end-plate were taken into consideration. As the result, it was found that the rigidity of the PCS system was negatively affected by the magnitude of initial gaps between PC columns and end-plates, and insufficient stiffness of neoprene fillers and end plates. In order to improve the initial stiffness performance of the joints, measures such as increase of the magnitude of pretension forces on through bolts and increase of the stiffness of end-plate by reducing the bolt pitch and providing adequate stiffeners are recommended.
PCS 구조 시스템은 공장 제작 콘크리트 기둥과 휨, 전단성능에 유리한 철골보를 접합한 복합구조의 일종이다. 접합부는 기둥을 관통하는 볼트를 사용하여 단부평판 접합하게 된다. 따라서 건식공법이 가능하여 작업환경이 양호하고 공기단축이 가능하며 해체가 용이한 장점이 있다. 하지만 실험을 통해 PCS 시스템의 내진성능을 분석한 결과 강도, 강성, 에너지소산 능력은 ACI 기준에 만족하였으나, 초기 강성의 경우 실험체 모두 ACI 기준에 부족하였다. 초기강성이 저하된 요인을 조사하여 접합부 강성을 증가시킬 수 있는 방안을 마련하고자 컴퓨터 시뮬레이션을 하였다. ABAQUS를 사용하여 네오프랜 패드의 유무와 두께, 단부평판과 기둥의 접촉면 형상, 볼트 긴장력의 크기, 단부평판의 강성 등과 같이 접합부 강성에 영향을 주는 변수들로 연구를 수행하였다. 그 결과 기둥과 단부평판 사이의 초기 변형이나 네오프랜과 같은 채움재와 단부평판의 낮은 강성이 초기 강성을 저하시키는 것으로 조사되었다. 접합부 성능을 개선하는 방안으로 볼트간격을 조정하거나 스티프너로 보강하여 단부평판의 강성을 높이는 방법도 효과가 있었으나, 볼트의 긴장력을 증가하는 방법이 가장 효과적이었다. 단부평판의 상하부에 분리형 네오프랜 패드를 끼워 갭의 영향을 최소화하는 방법도 꽤 우수하였다.
