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고장력볼트의 체결력 도입에 의한 각 강재의 변형률을 Table 4 및 Fig. 4에 나타내었다. Table 4 및 Fig. 4로부터 고장력볼트는 체결력 도입에 따라 볼트축에 인장력이 발생하므로 가장 큰 변형률이 발생하였으며, 고장력볼트와 직접적으로 접촉하고 있는 앵커플레이트가 다른 부재에 비해서 상대적으로 큰 휨인장 변형률을 나타내었다. 고장력볼트에 비해 충분한 단면적을 확보하고 있는 리브플레이트와 하중이 직접적으로 전달되지 않는 엔드플레이트와 플랜지는 매우 작은 압축 변형률이 발생함을 알 수 있다.

Fig. 4. 
Comparison of strains for each structural member

고장력볼트 체결력 도입에 의한 고장력볼트의 변형률과 앵커플레이트의 부담 비율을 Fig. 5에 나타내었다. Fig. 5에서 수직축은 체결력 도입 시 각각의 고장력볼트의 변형률을 나타내고 있으며, 수평축은 변형률비율(= 앵커플레이트 변형률/고장력볼트 변형률 × 100)을 나타내고 있다.

Fig. 5. 
Ratios of anchor plate strain to bolt strain

Fig. 5에서 리브플레이트 두께가 10 mm로 가장 작은 R10 실험체에서 앵커플레이트의 부담 비율이 38 % - 40 %로 가장 크게 나타났으며, 리브플레이트 두께가 25 mm로 가장 큰 R25 실험체에서 앵커플레이트의 부담 비율이 29 % - 31 %로 가장 작게 나타났다. 이는 리브플레이트의 두께 차이에 따른 앵커플레이트와 리브플레이트 접합부 강성의 변화가 리브플레이트에 발생하는 변형에 영향을 주는 것으로 판단된다.

한편 고장력볼트 체결력 도입 단계에서 앵커플레이트의 변형률과 리브플레이트의 부담 비율을 Fig. 6에 나타내었다. Fig. 6에서 수직축은 체결력 도입 시 각각의 앵커플레이트의 변형률을 나타내고 있으며, 수평축은 체결력 도입 시 각각의 리브플레이트의 변형률을 나타내고 있다.

Fig. 6. 
Ratios of rib plate strain to anchor plate strain

Fig. 6에서 리브플레이트 두께가 10 mm로 가장 작은 R10 실험체의 리브플레이트 변형률은 압축 변형률을 보이고 있으며, 리브플레이트 두께가 25 mm로 가장 큰 R25 실험체에서 리브플레이트의 변형률은 리브플레이트의 두께가 10 mm 및 19 mm인 실험체보다 작은 변형률을 보이고 있다. 이는 리브플레이트의 두께 차이에 따른 앵커플레이트와 리브플레이트 접합부 강성의 변화가 리브플레이트에 발생하는 변형에 영향을 주는 것으로 판단된다.

정적 인장실험 시 모든 실험체는 Fig. 7과 같이 고장력볼트가 항복하여 파단되는 볼트파괴형으로 나타났다.

Fig. 7. 
Failure mode of specimen

정적 인장실험 시 실험체의 하중-변위 곡선을 Fig. 8에 나타내었다. Fig. 8에서 모든 인장실험체가 초기하중 100 kN 이전에는 고장력볼트의 체결력에 의해 변위가 거의 발생하지 않으나, 하중 100 kN 이후에는 하중의 증가와 함께 부재 및 고장력볼트의 일체거동으로 변위가 선형적으로 증가하고, 하중 300 kN 이후에는 고장력볼트의 항복에 의해 변위가 크게 증가함을 알 수 있다.

Fig. 8. 
Load - displacement curves by tensile test

하중-변위 곡선에서는 모든 인장실험체가 엔드플레이트 및 리브플레이트의 두께 변수와 관계없이 변형이 가장 큰 고장력볼트에 의해 변위가 지배적으로 발생하여 볼트파괴 양상을 나타내기 때문에 모든 실험체가 유사한 양상의 하중-변위 분포를 나타낸 것으로 판단된다.

정적 인장실험 결과로부터 모든 실험체의 최대하중에 근접한 하중 310 kN에서 각 부재와 고장력볼트의 변형률 값을 Table 5에 나타내었다. Table 5를 보면, 고장력볼트 체결력 도입 단계에서의 변형률 분포를 나타낸 Table 4의 결과와 유사하게 정적 인장실험시에도 고장력볼트에 가장 큰 변형률이 발생하였으며, 고장력볼트와 직접적으로 접촉하고 있는 앵커플레이트가 다른 부재에 비해서 상대적으로 큰 휨인장 변형률을 나타내었다.

리브플레이트의 변형률을 보면 리브플레이트의 두께가 가장 큰 R25 실험체는 인장 변형률을 나타내고 있지만 리브플레이트의 두께가 10 mm 및 19 mm인 실험체는 압축 변형률을 나타내고 있다. 이는 리브플레이트의 두께 차이에 따라 리브플레이트 내부의 응력 분포 차이가 나타난 것이라고 판단된다. 한편 엔드플레이트의 변형률은 엔드플레이트 및 리브플레이트의 두께의 변화에도 차이가 거의 나타나지 않았다.

정적 인장실험 결과, 각 부재 및 고장력볼트의 하중-변형률 곡선을 Fig. 9에 나타내었다. Fig. 9에서 0 kN 이전의 하중은 고장력볼트 체결 시의 변형률을 나타낸 것이다.

Fig. 9. 
Load - strain curves by bolt fastening and tensile test

Fig. 9에서 모든 부재가 하중 100 kN 전후로 변형률 분포가 다른 양상을 나타내었는데, 이는 하중 100 kN 이후부터 실험체 각 부재 및 고장력볼트의 일체거동에 의한 것으로 판단된다.

Fig. 9(a)에서 앵커플레이트의 변형률이 하중 200 kN 부근에서 변화하는 것은 앵커플레이트의 항복에 의한 것으로 판단된다. Fig. 9(b)에서 엔드플레이트는 엔드플레이트와 인접한 리브플레이트의 좌굴변형에 의한 간접응력만이 전달되어 변형은 거의 없는 것으로 나타났다.

한편 Fig. 9(c)에서 리브플레이트는 두께 증가에 따라 압축변형에서 인장변형으로 변화되는 것으로 나타났으며, 리브플레이트의 응력분포에 대해서는 Table 6 및 Fig. 10에서 검토하였다. Fig. 9(d)에서 인장하중을 직접받는 플랜지는 하중 증가에 따라 변형률이 선형적으로 증가하는 양상을 보이고 있다. Fig. 9(e)에서 인장하중에 의해 변형률이 가장 크게 나타난 고장력볼트는 Fig. 7의 하중-변위 곡선과 유사한 양상으로 나타났다.

Fig. 10. 
Details of rib plate

리브플레이트는 Fig. 10과 같이 중앙부는 앵커플레이트, 엔드플레이트 및 플랜지와 용접연결로 일체화되어 있으며, A-A′ 단면은 오픈되어 있다. 이때 리브플레이트 단부 A-A′ 단면은 중앙부에 압축하중을 받는 3차 부정정 라멘과 유사한 구조거동을 한다고 볼 수 있다.

수직 부재의 두께 차이에 따른 압축하중을 받는 3차 부정정 라멘구조의 모멘트 분포를 Fig. 11에 나타내었으며, Fig. 11(a)는 수직부재의 두께비가 0.4이고, Fig. 11(b)는 수직부재의 두께가 1.0이다. Fig. 11에서 수직 부재의 두께비가 높아질수록 모멘트 반곡점의 위치는 0.56h에서 0.33h로 낮아지며, 수직 부재의 상부는 정모멘트, 하부는 부모멘트가 작용하는 것을 알 수 있다.

Fig. 11. 
B.M.D of rib plate

리브플레이트 단부 A-A′ 단면의 변형률 분포를 Table 6 및 Fig. 12에 나타내었다. Table 6과 Fig. 12에서 R2-3 위치는 Fig. 10의 하부 부모멘트 부분에 해당되며, R2-5는 중앙부, R2-8은 상부 정모멘트 부분에 해당된다.

Fig. 12. 
Strain distribution of rib plate

Table 6 및 Fig. 12에서 앵커플레이트의 압축변형으로 인해 앵커플레이트와 리브플레이트의 접합부(R2-8)는 Fig. 11의 정모멘트 부분과 같이 인장변형을 보이며, 엔드플레이트와 리브플레이트의 접합부(R2-3)는 Fig. 10의 부모멘트 부분과 같이 앵커플레이트의 압축변형에 영향을 받지 않아 고장력볼트 체결에 의한 전형적인 압축변형만을 보였다. 한편 리브플레이트의 두께가 증가할수록 인장 변형률 범위가 증가하는 것으로 나타났다. 이는 Fig. 11의 두께비 증가에 따라 정모멘트 범위가 증가하는 것과 동일한 거동을 하는 것으로 판단된다.

이상으로부터 리브플레이트의 변형은 앵커플레이트의 압축변형과 리브플레이트 두께에 따라 다양하게 분포되는 것으로 나타났으며, 이는 앵커플레이트의 압축에 의한 영향으로 판단된다. 부재 중에서 압축변형이 가장 크게 발생한 앵커플레이트는 고장력볼트 항복 이전에 부재가 항복하는 것으로 나타났으며, 압축변형을 방지하기 위하여 앵커플레이트의 충분한 두께 확보 또는 좌굴방지를 위한 보강판 등의 적용이 필요하다고 판단된다.