탄소섬유 보강 철근콘크리트 골조 및 내진벽의 내진성능 평가 및 개선 Improvement and Evaluation of Earthquake-Resistant Performance of Reinforced Concrete Frame and Shear Wall Using Carbon Fiber Sheet and Plate원문보기
본 연구에서는 철근콘크리트 골조 및 내진벽의 내진성능의 개선을 통하여 내력과 연성능력을 향상시키고 철근콘크리트 구조물의 안전성의 증대, 사용성의 변경 및 구조물의 수명을 연장시키기 위한 새로운 설계개념, 즉 철근콘크리트 골조 및 내진벽의 취약 부위에 탄소섬유쉬트 및 판을 보강하여 철근콘크리트 건물의 내진성능 개선을 위한 새로운 구조시스템의 실험체를 제작하고 내진성능 평가를 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 철근콘크리트 골조가 반복 주기하중을 받을 때 매우 취약한 ...
본 연구에서는 철근콘크리트 골조 및 내진벽의 내진성능의 개선을 통하여 내력과 연성능력을 향상시키고 철근콘크리트 구조물의 안전성의 증대, 사용성의 변경 및 구조물의 수명을 연장시키기 위한 새로운 설계개념, 즉 철근콘크리트 골조 및 내진벽의 취약 부위에 탄소섬유쉬트 및 판을 보강하여 철근콘크리트 건물의 내진성능 개선을 위한 새로운 구조시스템의 실험체를 제작하고 내진성능 평가를 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 철근콘크리트 골조가 반복 주기하중을 받을 때 매우 취약한 주두 및 주각부에 탄소섬유판으로 보강한 실험체 RFCP의 경우 표준실험체 SRF에 비하여 최대내력이 1.24배 증가하였고, 변위연성 5에서 에너지 소산능력이 1.09배 증가하였다. 최대내력 이후의 이력거동도 매우 안정적인 거동을 나타내었다.
2) 탄소섬유쉬트로 보강된 철근콘크리트 내진벽 실험체 RWCS는 표준실험체 SRW에 비하여 인장영역의 최대내력이 1.25배 현저히 증가하였고, 변위연성 2.5에서 에너지 소산능력이 1.65배 증가하였다.
3) 철근콘크리트 골조와 내진벽에 탄소섬유판 및 쉬트로 보강한 실험체 RWCS-P의 경우 표준실험체 SRW에 비하여 최대내력이 1.25배 증가하였으며, 변위연성 2.5에서 에너지 소산능력이 1.51배 증가함을 알 수 있었다.
4) 탄소섬유판으로 철근콘크리트 골조의 주두·주각부분 및 내진벽의 대각방향과 테두리부분을 보강한 실험체 RWCP-X의 경우 표준실험체 SRW에 비하여 초기 강성 및 강도가 높고 최대내력이 1.16배 증가하였으며. 특히 변위연성 2.5에서 에너지 소산능력이 1.79배 증가하였다.
5) 탄소섬유 보강 철근콘크리트 골조 및 내진벽 실험체의 파괴형태는 골조의 경우 탄소섬유판의 전단파괴로 인한 탈락과 함께 균열 진전속도가 빨라지면서 종국파괴로 이어졌다. 내진벽의 경우 탄소섬유쉬트 및 판이 전단파괴에 의해 내진벽 상부와 대각방향에서 탈락하면서 균열이 기둥으로 이어졌고, 기둥의 탄소섬유판이 전단파괴되면서 종국파괴로 이어졌다.
6) 지진하중을 받는 철근콘크리트 골조 및 내진벽을 탄소섬유쉬트 및 판으로 보강한 경우 철근콘크리트 내진벽의 최대내력, 에너지소산능력, 연성능력, 파괴형태등에 우수한 성능을 나타냄을 알 수 있었다.
본 연구를 통하여 탄소섬유 보강 철근콘크리트 골조 및 내진벽의 내진성능 평가 및 개선을 위한 실험을 통하여 탄소섬유 보강 철근콘크리트 골조 및 내진벽은 최대내력, 강도 및 강성, 에너지소산능력등을 효율적으로 증대하며, 이를 실제 구조물에 적용할 수 있으며, 보다 합리적인 설계를 위하여 탄소섬유의 재료특성을 최대한 발휘할 수 있는 접착공법 및 단부고정공법에 대한 연구가 절실히 필요하다고 사료된다.
본 연구에서는 철근콘크리트 골조 및 내진벽의 내진성능의 개선을 통하여 내력과 연성능력을 향상시키고 철근콘크리트 구조물의 안전성의 증대, 사용성의 변경 및 구조물의 수명을 연장시키기 위한 새로운 설계개념, 즉 철근콘크리트 골조 및 내진벽의 취약 부위에 탄소섬유쉬트 및 판을 보강하여 철근콘크리트 건물의 내진성능 개선을 위한 새로운 구조시스템의 실험체를 제작하고 내진성능 평가를 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 철근콘크리트 골조가 반복 주기하중을 받을 때 매우 취약한 주두 및 주각부에 탄소섬유판으로 보강한 실험체 RFCP의 경우 표준실험체 SRF에 비하여 최대내력이 1.24배 증가하였고, 변위연성 5에서 에너지 소산능력이 1.09배 증가하였다. 최대내력 이후의 이력거동도 매우 안정적인 거동을 나타내었다.
2) 탄소섬유쉬트로 보강된 철근콘크리트 내진벽 실험체 RWCS는 표준실험체 SRW에 비하여 인장영역의 최대내력이 1.25배 현저히 증가하였고, 변위연성 2.5에서 에너지 소산능력이 1.65배 증가하였다.
3) 철근콘크리트 골조와 내진벽에 탄소섬유판 및 쉬트로 보강한 실험체 RWCS-P의 경우 표준실험체 SRW에 비하여 최대내력이 1.25배 증가하였으며, 변위연성 2.5에서 에너지 소산능력이 1.51배 증가함을 알 수 있었다.
4) 탄소섬유판으로 철근콘크리트 골조의 주두·주각부분 및 내진벽의 대각방향과 테두리부분을 보강한 실험체 RWCP-X의 경우 표준실험체 SRW에 비하여 초기 강성 및 강도가 높고 최대내력이 1.16배 증가하였으며. 특히 변위연성 2.5에서 에너지 소산능력이 1.79배 증가하였다.
5) 탄소섬유 보강 철근콘크리트 골조 및 내진벽 실험체의 파괴형태는 골조의 경우 탄소섬유판의 전단파괴로 인한 탈락과 함께 균열 진전속도가 빨라지면서 종국파괴로 이어졌다. 내진벽의 경우 탄소섬유쉬트 및 판이 전단파괴에 의해 내진벽 상부와 대각방향에서 탈락하면서 균열이 기둥으로 이어졌고, 기둥의 탄소섬유판이 전단파괴되면서 종국파괴로 이어졌다.
6) 지진하중을 받는 철근콘크리트 골조 및 내진벽을 탄소섬유쉬트 및 판으로 보강한 경우 철근콘크리트 내진벽의 최대내력, 에너지소산능력, 연성능력, 파괴형태등에 우수한 성능을 나타냄을 알 수 있었다.
본 연구를 통하여 탄소섬유 보강 철근콘크리트 골조 및 내진벽의 내진성능 평가 및 개선을 위한 실험을 통하여 탄소섬유 보강 철근콘크리트 골조 및 내진벽은 최대내력, 강도 및 강성, 에너지소산능력등을 효율적으로 증대하며, 이를 실제 구조물에 적용할 수 있으며, 보다 합리적인 설계를 위하여 탄소섬유의 재료특성을 최대한 발휘할 수 있는 접착공법 및 단부고정공법에 대한 연구가 절실히 필요하다고 사료된다.
In this study, it was undertaken to develop the earthquake-resistant performance of reinforced concrete frame and shear wall. New design approaches, designed by advancement of safety, development of servicebility, and increase of structure's life, were proposed to improve the load-carrying capacity,...
In this study, it was undertaken to develop the earthquake-resistant performance of reinforced concrete frame and shear wall. New design approaches, designed by advancement of safety, development of servicebility, and increase of structure's life, were proposed to improve the load-carrying capacity, ductility, and energy dissipation capacity in existing reinforced concrete building.
New structural system specimens, which was designed by the retrofitting of carbon fiber sheet and plate in the critical region of reinforced concrete frame and shear wall, were constructed and tested to evaluate the seismic resistance performance. Based on the test results, the following conclusions are made.
(1) Specimen RFCP, which was designed by the retrofitting of carbon fiber sheet and plate in severe critical region, such as upper and lower column portion of reinforced concrete frame, under load reversals, was increased ultimate strength by 1.24 times and energy dissipation capacity by 1.09 times for displacement ductiliy of 5 in comparison with the standard specimen SRF.
(2) Specimen RWCS, which was designed by the retrofitting of carbon sheet in reinforced concrete shear wall, was increased significantly ultimate strength by 1.25 times and energy dissipation capacity by 1.65 times for displacement ductiliy of 2.5 in comparison with the standard specimen SRF.
(3) Specimen RWCS-P, which was designed by the retrofitting of carbon fiber sheet and plate in reinforced concrete frame and shear wall, was increased ultimate strength by 1.25 times and energy dissipation capacity by 1.51 times for displacement ductiliy of 2.5 in comparison with the standard specimen SRF.
(4) Specimen RWCP-X, which was designed by the retrofitting of carbon fiber plate in upper and lower column portion of reinforced concrete frame, the portion of diagonal edge of reinforced concrete shear wall, was attained higher initial stiffness and strength, increased ultimate strength by 1.16 times, and especially energy dissipation capacity by 1.79 times.
(5) For reinforced concrete frame and shear wall, which were designed by the retrofitting of carbon fiber plate, reinforced concrete frame specimen was finally failed with the fast forming of cracking due to separation and shear failure of carbon fiber sheet, reinforced concrete shear wall specimen were forming the cracking in the column with the diagonal and upper region of shear wall due to separation and shear failure of carbon fiber sheet and plate, and finally failed due to shear failure of carbon fiber plate in the column.
(6) Retrofitting of reinforced concrete frame and shear wall using carbon fiber sheet and plate, under seismic actions, such test specimens were attained excellent structural performance, such as ultimate strength, energy dissipation capacity, ductiliy, and crack pattern etc.
Through this study, the reinforced concrete frame and shear wall strengthened with carbon fiber sheet and plate could be attained the development of structural performance, such as maximum load-carrying capacity, strength, stiffness, and energy dissipation capacity, and applied to the concrete structures efficiently. For more reasonable design, it is founded that the research on the method of adhesion which can display material characteristics of carbon fiber sheet and plate and on the method of edge fixing is very necessary.
In this study, it was undertaken to develop the earthquake-resistant performance of reinforced concrete frame and shear wall. New design approaches, designed by advancement of safety, development of servicebility, and increase of structure's life, were proposed to improve the load-carrying capacity, ductility, and energy dissipation capacity in existing reinforced concrete building.
New structural system specimens, which was designed by the retrofitting of carbon fiber sheet and plate in the critical region of reinforced concrete frame and shear wall, were constructed and tested to evaluate the seismic resistance performance. Based on the test results, the following conclusions are made.
(1) Specimen RFCP, which was designed by the retrofitting of carbon fiber sheet and plate in severe critical region, such as upper and lower column portion of reinforced concrete frame, under load reversals, was increased ultimate strength by 1.24 times and energy dissipation capacity by 1.09 times for displacement ductiliy of 5 in comparison with the standard specimen SRF.
(2) Specimen RWCS, which was designed by the retrofitting of carbon sheet in reinforced concrete shear wall, was increased significantly ultimate strength by 1.25 times and energy dissipation capacity by 1.65 times for displacement ductiliy of 2.5 in comparison with the standard specimen SRF.
(3) Specimen RWCS-P, which was designed by the retrofitting of carbon fiber sheet and plate in reinforced concrete frame and shear wall, was increased ultimate strength by 1.25 times and energy dissipation capacity by 1.51 times for displacement ductiliy of 2.5 in comparison with the standard specimen SRF.
(4) Specimen RWCP-X, which was designed by the retrofitting of carbon fiber plate in upper and lower column portion of reinforced concrete frame, the portion of diagonal edge of reinforced concrete shear wall, was attained higher initial stiffness and strength, increased ultimate strength by 1.16 times, and especially energy dissipation capacity by 1.79 times.
(5) For reinforced concrete frame and shear wall, which were designed by the retrofitting of carbon fiber plate, reinforced concrete frame specimen was finally failed with the fast forming of cracking due to separation and shear failure of carbon fiber sheet, reinforced concrete shear wall specimen were forming the cracking in the column with the diagonal and upper region of shear wall due to separation and shear failure of carbon fiber sheet and plate, and finally failed due to shear failure of carbon fiber plate in the column.
(6) Retrofitting of reinforced concrete frame and shear wall using carbon fiber sheet and plate, under seismic actions, such test specimens were attained excellent structural performance, such as ultimate strength, energy dissipation capacity, ductiliy, and crack pattern etc.
Through this study, the reinforced concrete frame and shear wall strengthened with carbon fiber sheet and plate could be attained the development of structural performance, such as maximum load-carrying capacity, strength, stiffness, and energy dissipation capacity, and applied to the concrete structures efficiently. For more reasonable design, it is founded that the research on the method of adhesion which can display material characteristics of carbon fiber sheet and plate and on the method of edge fixing is very necessary.
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