2017. 9. 5 - kepic : 방문을 환영합니다. 신고리 3,4호기 aac dg건물에 적용한...

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2017. 9. 5


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Table of Contents

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SC구조에서 리브의 기능 및 적용 예

리브 설계의 예

리브 관련 설계요건 및 개정 요청안


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1. SC구조에서 리브의 기능 및 적용 예

1.1 리브의 기능

리브(Rib)란?

KEPIC SNG 용어 정의 : 표면강판의 좌굴강도에 대한 보강뿐만 아니라, 보강 강판콘크리트

벽체와 하부 강판 콘크리트 슬래브의 강도 및 단면강성 보강을 위하여 표면강판면에 용접된

스티프너로서, 일반적으로 H형강을 사용한다.

리브의 기능

1) 시공과정에서의 빈모듈의 강도 및 강성 보강

2) 표면강판의 좌굴강도 보강(스터드 대체)

3) SC구조 강도 및 강성 보강(SSC구조, HSC 슬래브)

(a) SC구조 (b) HSC 슬래브


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1.2 리브의 적용 예

신고리 3,4호기 AAC DG건물에 적용한 리브 설계상세

- SC구조 형태 : 비보강 강판콘크리트 벽체

- 표면강판 두께 : 9 mm(3/8 in)

- 리브 규격 및 간격: H100x100x6x8(WK4x12), 762 mm(2.5 ft)

- 스터드 직경 및 간격 : 13 mm(0.5 in), 254 mm(10 in)


신고리 3,4호기 AAC DG 건물에 적용한 SC벽체 단위모듈 형상


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미국 WEC AP1000


- 표면강판 두께 : 13 mm(1/2 inch)

- 리브 규격 및 간격 : L4x3x1/2(타이형강은 C6x13), 762 mm(2.5 ft)

- 스터드 직경 및 간격 : 19 mm(0.75 in), 254 mm(10 in)

중국 산먼원전 SC모듈에 적용한 리브 배치 및 연결 상세



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미국 AISC N690 App.N9


- 표면강판의 좌굴강도를 고려하지 않음

- 리브는 시공과정에서의 빈모듈의 강도 및 강성 보강용으로만 사용

AISC N690 App.N9에 따른 스터드 및 타이 배치 개념



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2. 리브 설계의 예

2.1 시공과정에서의 빈모듈의 강성 및 강도보강

콘크리트 타설하중에 대한 SC모듈 설계

- 콘크리트 타설압력에 대한 거푸집 역할

- 리브 간격을 조정하여 표면강판 응력 및 처짐량을 제한치 내로 설정

- 타이바 간격을 조정하여 리브 응력 및 처짐량을 제한치 내로 설정

- 타설압력에 대한 리브와 표면강판의 용접크기 설정

-> 1/8 inch (3 mm) 용접크기로도 타설압력 지지 가능

표. 강판 두께에 대한 소요 리브 간격 및 제원 산정 예

리브간격(처짐고려)

리브 최대간격(inch)

처짐량(inch)

리브 최대간격(inch)

소요 단면계수(S) 리브크기

1/4 28 0.18 26 2.2 WK4x12

3/8 42 0.26 40 3.3 WK4x12

1/2 56 0.35 53 4.4 WK4x12

5/8 71 0.47 67 5.6 WK6ⅹ14

3/4 85 0.56 80 6.7 WK6ⅹ14

강판두께(inch)

리브간격(강도고려) 리브크기(강도고려)


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2.1 시공과정에서의 빈모듈의 강성 및 강도 보강

운반 및 인양하중에 대한 SC모듈 설계

- 빈모듈의 응력 및 처짐을 최소화하기 위한 리브 제원 선정 및 배치

APR+ 기술개발과제에서 수행한 SC모듈 인양해석



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스터드 소요하중 하중요건

1) 벽체 표면강판의 압축응력에 의한 소요인장강도

- SC구조 압축실험의 결과 좌굴 발생 이전에 강판에 발생하는 압축력과 스터드에

작용하는 인장력의 비율이 B/t≥30의 범위에서는 최대 2%, B/t≤25의 범위에서는 3%

2) 면외전단에 의한 소요전단강도

- 탄성이론에 의한 전단흐름에 의한 방법에 따라 부재 소요전단강도 만큼의 수평전단력 발생

2.2 표면강판의 좌굴강도 보강



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스터드 설계인장강도

- 스터드 설계인장강도 : 강재 인장강도, 콘크리트 파괴강도, 스터드의 뽑힘강도 중 작은 값

- 스터드 직경 13 mm(0.5 in), 묻힘길이 100 mm(4 in) 인 경우 설계인장강도

강재 인장강도 콘크리트 파괴강도 스터드 뽑힘강도 설계강도

11.4 kip 10.1 kip 37.7 kip 4.2 kip




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스터드 설계전단강도

- 스터드 설계전단강도 : 강재 전단강도, 콘크리트 프라이아웃 강도 중 작은 값

- 스터드 직경 13 mm(0.5 in), 묻힘길이 100 mm(4 in) 인 경우 설계전단강도

강재 전단강도 콘크리트 프라이아웃강도 설계강도

11.4 kip 75.4 kip 7.4 kip




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리브 설계강도

- 표면강판 소요좌굴강도에 저항하기 위한 리브 인장강도

- 리브 인장강도 <= 리브와 표면강판의 용접강도 및 리브와 타이형강의 트러스 인장강도 중 작은 값

- 리브와 표면강판의 용접강도

모살용접 강도 (1/4 in) 플러그 용접강도 (1 in)

11.1 kip 16.5 kip

신고리 3,4호기 AAC DG건물에 적용한 SC벽체 설계 상세




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리브 설계강도

- 리브와 타이형강의 트러스 강도

- 리브와 타이형강 규격 WK6x14의 조건에서 간략 해석을 통해 약 5 kips/ft의 하중저항능력 확인

단순화된 리브-타이형강 유한요소 모델 및 해석 결과




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시범건물 설계 결과를 통한 SSC벽과 USC벽의 소요 강판 두께 비교

보강 강판콘크리트 벽체와 비보강 강판콘크리트 벽체의 설계 차이

- 보강 강판콘크리트 벽체 설계 시 리브의 구조적 효과 고려

- 보강 강판콘크리트로 설계 시 표면강판의 두께 약 10 % 감소 효과 발생

2.3 보강 강판콘크리트 벽체 설계


0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

1WB2-00 1WA3-00 1WC4-00 1WA4-02 1WA5-00 1WA1-01 1WA3-01 1WB1-01 1WC2-01 1WD1-01

Wall ID

소요

강판

두께

(inch)

USC 구조 강판두께(inch) SSC 구조 강판두께(inch)비보강 강판콘크리트 벽체 비보강 강판콘크리트 벽체

SC구조 설계 시 보강 강판콘크리트 벽체와 비보강 강판콘크리트 벽체의 설계 단면

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KEPIC SNG 4.1.1(5) 리브재의 용접요건

강재 리브는 강재 리브의 공칭강도를 100% 발휘하도록 표면강판에

용접되고 콘크리트에 정착되어야 한다.

개정 요청안

해당 요건 삭제

요청 사유

강재 리브(웨브)의 공칭강도 100%로 용접할 경우 SC모듈 제작성이

현저하게 저하될 우려가 있음.

3. 리브 관련 설계요건 및 개정 요청안


SC모듈 제작의 문제점

SC구조 제작과정에서 용접변형에 대한 문제가 제기되어 왔음.

(특히 표면강판과 리브 간의 용접부에서)


신고리 3,4호기 AAC DG 건물 SC모듈 제작과정에서의 용접 변형


KEPIC SNG 2015 요건 적용 시 용접크기 변화

- 전제조건 : 강재 리브의 공칭강도 100 %에서

1) 강재 리브의 웨브 두께 기준

2) 공칭강도 -> 강재 항복강도(Nominal Yield Strength)

- 용접설계강도 기준 : 1/4 in – 3/12 단속용접 -> 5/8 in 연속용접

- 공칭강도 기준 : 1/4 in – 3/12 단속용접 -> 3/16 in 연속용접


KEPIC SNG 2015 요건 적용 시 용접크기 변화

1/4 (3-12) 5/8


관련 요건의 제정 근거 1 AISC N690 N9.1.1(k) – The ribs shall be welded to the faceplates

and anchored in the concrete to develop 100% of their nominal yield strength.

AISC N690 Com. N9.1.1(k) – Steel ribs may be welded to the

faceplates of SC walls to increase the stiffness and strength of the empty modules. This increased stiffness improves the behavior of the empty modules during transportation, handling and erection. The ribs also improve the resistance of the faceplates to hydrostatic pressure from concrete casting. After concrete hardening, the ribs prevent local buckling of the faceplates. Therefore, when used in SC walls, theses steel ribs should be welded to the faceplates to fully develop the yield strength of their connected element(leg).



관련 요건의 제정 근거 2 (?)

Prof. Varma, A.H. – 설계기준 초과하중 상태에서의 안전성을 확보하

기 위하여 리브와 표면강판간의 최소 용접요건 필요

제정 근거 요약

1) 운반 및 인양시 빈모듈(Empty module)의 강성 및 강도 증가

2) 콘크리트 타설하중에 대한 지지

3) 콘크리트 경화 후 표면강판 좌굴방지(스터드 역할)

4) 설계기준 초과하중 상태에서의 안전성 확보



개정요청 근거

1) 리브와 완전용입용접이 없어도 콘크리트 타설압력, 운반 및 인양

설계가 가능함.

2) 리브와 완전용입용접이 없어도 표면강판의 좌굴방지 가능

3) 비보강 SC벽체의 경우 리브의 구조적 역할을 무시

4) 리브와 표면강판의 완전용입용접에 따른 구조적 안전성 향상

정도에 대한 구체적인 근거가 없음



KEPIC SNG 4.1.1(5)/5.1.1(5) 리브재의 용접요건

강재 리브를 비보강용(보강용)으로 사용할 경우 리브의 매입 깊이는

150 mm 이하이며 스터드 매입깊이보다 50 mm 이상 작아야 한다.

개정 요청안

강재 리브를 비보강용(보강용)으로 사용할 경우 리브의 매입 깊이는

150 mm 이하이며 스터드 매입깊이에 따른 중첩효과를 고려하여야

한다.

요청 사유

스터드 매입깊이보다 50 mm 작을 경우 리브 설계에 제약사항이 있

을 수 있음.



스터드 그룹 투영면적 검토

- 스터드 간격과 동일하게 리브를 배치하는 경우 콘크리트 원추형

파괴단면에서 중접되는 투영면적이 증가함.

- 단, 리브 플랜지 폭의 영향을 받기 때문에 50 mm에 대한 적정성

에는 문제가 제기될 수 있음.


신고리 3,4호기 AAC DG건물 SC구조 단위모듈에 대한 투영면적 검토


관련 요건의 제정 근거 AISC N690 N9.1.1(k) – Steel ribs, if applicable, shall be embedded

into the concrete no more than the lesser of 6 in. (150 mm) or the embedment depth of the steel anchor minus 2 in. (50 mm).

AISC N690 Com. N9.1.1(k) – As shown in Figure C-A-N9.1.3, the

embedment of the steel ribs into the concrete is limited to (i) prevent the use of large depth steel ribs that can alter the mechanics of the SC wall behavior and (ii) minimize the interference of ribs on the performance of the other steel anchors. However, the contribution of steel ribs is not considered for any design parameters (e.g., composite action, available strengths, etc.).



개정요청 근거

1) 일반적인 스터드 배치간격을 고려하면 (10 in 이하) 스터드 설계

시 스터드 그룹거동을 고려해야 하며, 스터드 그룹거동을 고려하

여 설계할 경우 스터드 매입깊이보다 작지 않아도 설계적으로 해

결이 가능함.

2) 50 mm 이하에 대한 근거가 미약함.

3) 리브 설계 시 제약이 있을 수 있음.


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