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J. Korean Soc. Hazard Mitig. > Volume 18(7); 2018 > Article
지진방재
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation 2018;18(7):369-375.
DOI: https://doi.org/10.9798/KOSHAM.2018.18.7.369    Published online December 31, 2018.
유한요소 모델링에 의한 보-기둥 볼트 접합부의 내진성능 예측
신진원1, 김병윤2
1정회원, 가톨릭대학교 건축공학과 교수
2정회원, 가톨릭관동대학교 건축공학과 교수
Seismic Performance Prediction for Bolted Beam-Column Connection Using Finite Element Modeling
Jinwo Shin1, Byungyun Kim2
1Member, Professor, Department of Architectural Engineering, Catholic Kwandong University
2Member, Professor, Department of Architectural Engineering, Catholic Kwandong University
Corresponding author:  Byungyun Kim, Tel: +82-33-649-7528, Fax: +82-33-649-8120, 
Email: kby@cku.ac.kr
Received: 22 October 2018   • Revised: 26 October 2018   • Accepted: 12 November 2018
Abstract
This paper presents a numerical study using the finite element method to evaluate the seismic performance of bolted connections within a steel moment-resisting frame. The accuracy of the numerical models was validated using past experimental studies. Three dimensional connection models were constructed using the results of material tests and consideration of contact elements, bolt pretension, nonlinear kinematic hardening algorithms, etc. Two types of numerical models were proposed, one using solid and contact elements, and the other using shell elements and connectors to effectively reduce the computational cost. The rationality of the solid contact model, the shell connector model, and the nonlinear kinematic hardening algorithm was demonstrated via cyclic loading tests. The local responses, including brittle fracture, were analyzed utilizing frequently used fracture indices such as TI and RI, where the analysis results are discussed by comparison to the relevant test results.
Key Words: Nonlinear Finite Element Analysis, Bolted Connection, Cyclic Tests, Solid Contact Model, Shell Connector Model
요지
이 논문은 모멘트 골조의 볼트 접합부 내진성능을 유한요소법으로 평가한 수치해석적 연구에 대하여 기술하였다. 과거의 실험적 연구를 이용하여 수치해석모델의 정확도를 검증하였으며, 재료시험결과, 컨택요소, 볼트 프리텐션, 비선형 이동 경화 알고리즘 등을 이용하여 접합부의 3차원 솔리드 해석모델을 수립하였다. 두가지 유형의 수치해석모델을 제안하였는데, 하나는 솔리드와 컨택 요소를 이용한 모델, 다른 하나는 전산해석비용을 효과적으로 줄이기 위한 쉘 요소와 커넥터를 이용한 모델이다. 제안한 솔리드 컨택 모델과 쉘 커넥터 모델, 그리고 비선형 이동 경화 알고리즘의 합리성을 반복하중 실험결과를 통해 검증하였다. 취성 파단과 같은 접합부의 국부 거동을 주로 사용되는 파괴지수를 도입하여 분석하였으며, 분석결과들을 실험결과와 비교하여 논의하였다.
핵심용어: 비선형 유한요소해석, 볼트 접합부, 반복가력실험, 솔리드 컨택 모델, 쉘 커넥터 모델


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