국내 내진설계기준이 제정된 1988년 이전에 건축된 기존의 철근콘크리트 건축물은 중력에 대해서만 설계된 것이 일반적이다. 중력하중에 대해서만 설계된 철근콘크리트의 보-기둥 접합부는 횡력에 대해 취약하기 때문에 설계레벨의 지진발생시 취성파괴로 인한 심각한 구조적 손상이 우려되어, 이에 대한 다양한 연구가 수행되어 왔다. 본 연구에서는 보-기둥 접합부의 취성파괴를 회피하고, 안정적인 비탄성 거동을 가능하게 하는 소성힌지를 보부재로 유도할 수 있는 디스크 스프링 브레이스(Disc ...
국내 내진설계기준이 제정된 1988년 이전에 건축된 기존의 철근콘크리트 건축물은 중력에 대해서만 설계된 것이 일반적이다. 중력하중에 대해서만 설계된 철근콘크리트의 보-기둥 접합부는 횡력에 대해 취약하기 때문에 설계레벨의 지진발생시 취성파괴로 인한 심각한 구조적 손상이 우려되어, 이에 대한 다양한 연구가 수행되어 왔다. 본 연구에서는 보-기둥 접합부의 취성파괴를 회피하고, 안정적인 비탄성 거동을 가능하게 하는 소성힌지를 보부재로 유도할 수 있는 디스크 스프링 브레이스(Disc Spring Braces)를 개발하여 구조적 성능을 실험적으로 검증하였으며, 독특한 디스크 스프링 브레이스의 이력거동을 구현할 수 있는 해석모델을 개발하여 실험결과와 해석결과를 비교하였다.
디스크 스프링은 적층방법에 따라 응답특성이 달라지기 때문에 이에 대한 실험적 검증을 위하여 디스크 스프링 배열을 다르게 하여 실험을 실시하였다. 디스크 스프링 브레이스의 이력특성을 규명하기 위하여 반복가력실험을 수행하였으며, 이를 토대로 디스크 스프링의 배열에 따른 해석모델을 수립하였다. 실험결과, 디스크 스프링 브레이스에서 좌굴과 잔류변형은 관찰되지 않았으며, 디스크 스프링의 배열에 따라 구조적 성능을 조절할 수 있었다. 에너지소산능력을 최소화시킨 삼선형 해석모델을 통하여 디스크 스프링 브레이스의 이력모델을 구현하였으며, 해석모델을 디스크 스프링 브레이스의 이력특성을 잘 반영함을 확인하였다.
이를 바탕으로 디스크 스프링 브레이스와 철근콘크리트 보-기둥 부재와의 상관관계를 실험적으로 규명하고자 실물크기의 철근콘크리트 보-기둥 접합부를 제작하여, 디스크 스프링 브레이스를 설치 후 유사정적실험을 실시하였다. 비내진 철근콘크리트 보-기둥 접합부에 대한 디스크 스프링 브레이스의 내진보강효과를 조사하기 위하여 비내진 철근콘크리트 보-기둥 접합부 시험체와 디스크 스프링 브레이스에 의해서 보강된 시험체 3개를 제작하였다. 실험 수행하는 동안 보-기둥 접합부의 실제거동을 모사하기 위하여 기둥부재에 예상축력 20ton을 재하(Loading)하였으며 실험결과는 다음과 같다.
1. 비내진 설계된 보-기둥 접합부는 층간 변위비 0.37%에서 항복이 파괴가 발생하였으며, 이는 FEMA356의 인명안전수준인 1% 영구변형과 차이를 보였다.
2. 양방향으로 디스크 스프링 브레이스가 보강된 실험체(Test 4)는 층변위비 1.6%에서 항복이 발생하였으며, 실험이 진행되는 3.6%의 층변위가 발생되는 동안 강도의 감소는 관찰되지 않았다.
3. 한방향으로 보강된 실험체(Test3)는 층변위비 1%까지 항복이 발생되지 않았으며, 내부 스프링 배열을 달리한 양방향 보강된 실험체(Test2)와 유사한 효과를 확인하였다.
실험결과를 통해 제안된 디스크 스프링 브레이스는 비내진 설계된 철근콘크리트 구조물의 우수한 내진보강효과를 증명하였고, 디스크 스프링 크기 또는 디스크 스프링의 배열 조정을 통해 비내진 철근콘크리트 보-기둥 접합부의 다양한 목표성능을 만족시킬 수 있음을 확인하였다.
국내 내진설계기준이 제정된 1988년 이전에 건축된 기존의 철근콘크리트 건축물은 중력에 대해서만 설계된 것이 일반적이다. 중력하중에 대해서만 설계된 철근콘크리트의 보-기둥 접합부는 횡력에 대해 취약하기 때문에 설계레벨의 지진발생시 취성파괴로 인한 심각한 구조적 손상이 우려되어, 이에 대한 다양한 연구가 수행되어 왔다. 본 연구에서는 보-기둥 접합부의 취성파괴를 회피하고, 안정적인 비탄성 거동을 가능하게 하는 소성힌지를 보부재로 유도할 수 있는 디스크 스프링 브레이스(Disc Spring Braces)를 개발하여 구조적 성능을 실험적으로 검증하였으며, 독특한 디스크 스프링 브레이스의 이력거동을 구현할 수 있는 해석모델을 개발하여 실험결과와 해석결과를 비교하였다.
디스크 스프링은 적층방법에 따라 응답특성이 달라지기 때문에 이에 대한 실험적 검증을 위하여 디스크 스프링 배열을 다르게 하여 실험을 실시하였다. 디스크 스프링 브레이스의 이력특성을 규명하기 위하여 반복가력실험을 수행하였으며, 이를 토대로 디스크 스프링의 배열에 따른 해석모델을 수립하였다. 실험결과, 디스크 스프링 브레이스에서 좌굴과 잔류변형은 관찰되지 않았으며, 디스크 스프링의 배열에 따라 구조적 성능을 조절할 수 있었다. 에너지소산능력을 최소화시킨 삼선형 해석모델을 통하여 디스크 스프링 브레이스의 이력모델을 구현하였으며, 해석모델을 디스크 스프링 브레이스의 이력특성을 잘 반영함을 확인하였다.
이를 바탕으로 디스크 스프링 브레이스와 철근콘크리트 보-기둥 부재와의 상관관계를 실험적으로 규명하고자 실물크기의 철근콘크리트 보-기둥 접합부를 제작하여, 디스크 스프링 브레이스를 설치 후 유사정적실험을 실시하였다. 비내진 철근콘크리트 보-기둥 접합부에 대한 디스크 스프링 브레이스의 내진보강효과를 조사하기 위하여 비내진 철근콘크리트 보-기둥 접합부 시험체와 디스크 스프링 브레이스에 의해서 보강된 시험체 3개를 제작하였다. 실험 수행하는 동안 보-기둥 접합부의 실제거동을 모사하기 위하여 기둥부재에 예상축력 20ton을 재하(Loading)하였으며 실험결과는 다음과 같다.
1. 비내진 설계된 보-기둥 접합부는 층간 변위비 0.37%에서 항복이 파괴가 발생하였으며, 이는 FEMA356의 인명안전수준인 1% 영구변형과 차이를 보였다.
2. 양방향으로 디스크 스프링 브레이스가 보강된 실험체(Test 4)는 층변위비 1.6%에서 항복이 발생하였으며, 실험이 진행되는 3.6%의 층변위가 발생되는 동안 강도의 감소는 관찰되지 않았다.
3. 한방향으로 보강된 실험체(Test3)는 층변위비 1%까지 항복이 발생되지 않았으며, 내부 스프링 배열을 달리한 양방향 보강된 실험체(Test2)와 유사한 효과를 확인하였다.
실험결과를 통해 제안된 디스크 스프링 브레이스는 비내진 설계된 철근콘크리트 구조물의 우수한 내진보강효과를 증명하였고, 디스크 스프링 크기 또는 디스크 스프링의 배열 조정을 통해 비내진 철근콘크리트 보-기둥 접합부의 다양한 목표성능을 만족시킬 수 있음을 확인하였다.
Before the introduction of adequate seismic design code provisions in the 1988, reinforced concrete (RC) buildings were designed to resist gravity loads only without considering seismic loads. Beam-to-column joints in such RC structures would be vulnerable to lateral forces due to a design-level ear...
Before the introduction of adequate seismic design code provisions in the 1988, reinforced concrete (RC) buildings were designed to resist gravity loads only without considering seismic loads. Beam-to-column joints in such RC structures would be vulnerable to lateral forces due to a design-level earthquake which induces serious structural damages resulting from their brittle failures. Many researches have studied seismic upgrading methods of RC beam-to-column joints. In this thesis, Disc-Spring Braces (DSBs) are developed to avoid brittle failure at beam-to-column interfaces, to induce plastic hinges, and ultimately to present stable cyclic behavior. The thesis performs experimental validation of the DSBs, develops analytical models to capture their unique hysteresis, and compares test results to analysis results to evaluate the precision of the developed analytical models.
Several test specimens were prepared according to laminating methods which influence the structural characteristics of a DSB. In order to investigate the cyclic behavior of DSBs, cyclic tests were carried out and test results were used to calibrate analytic models that can capture the influence of laminating methods of Disc-springs. Test results show that there was no residual deformations and buckling, and the structural capacities of DSBs could be controlled by the laminating methods. Also, test results are well agreement with the analysis models using a bi-linear spring with small energy dissipating capacities.
In order to the correlation between RC beam-to-column joints and DSBs, full scale RC beam-to-colum joint specimens were prepared for quasi-static cyclic tests. Total 4 specimens were tested; One presenting non-seismically detailed bare RC beam-to-column joint specimen for comparison and the others adding DSBs into RC beam-to-column joint specimen. An expected axial load of 200 kN were applied at the end of a column. Test results are summarized as followings;
1. Non-seismically detailed bare RC beam-to-column specimen failed at 0.37% drift which is far less than the life-safety performance drift defined in the FEMA356.
2. In RC beam-to-column specimen with two DSBs, notable yield phenomenon was observed at 1.6% drift and the specimen sustained up to 3.6% story drifts without any strength degradation reduction.
3. In RC beam-to-column specimen with a singl DSB, notable yield phenomenon was observed at 1.0% drift. The reduced deformation capacity is due to remove of one DSB. Except the deformation capacities, both specimens of RC beam-to-column joints with one and two DSBs present similar structural performance.
The experimental results demonstrate that the proposed DSBs could be one of effective seismic upgrading methods for non-seismically designed RC frames, Finally, it confirmed that DSBs could satisfy the various target-seismic performance of RC beam-to-column frames using the design of disc-springs.
Before the introduction of adequate seismic design code provisions in the 1988, reinforced concrete (RC) buildings were designed to resist gravity loads only without considering seismic loads. Beam-to-column joints in such RC structures would be vulnerable to lateral forces due to a design-level earthquake which induces serious structural damages resulting from their brittle failures. Many researches have studied seismic upgrading methods of RC beam-to-column joints. In this thesis, Disc-Spring Braces (DSBs) are developed to avoid brittle failure at beam-to-column interfaces, to induce plastic hinges, and ultimately to present stable cyclic behavior. The thesis performs experimental validation of the DSBs, develops analytical models to capture their unique hysteresis, and compares test results to analysis results to evaluate the precision of the developed analytical models.
Several test specimens were prepared according to laminating methods which influence the structural characteristics of a DSB. In order to investigate the cyclic behavior of DSBs, cyclic tests were carried out and test results were used to calibrate analytic models that can capture the influence of laminating methods of Disc-springs. Test results show that there was no residual deformations and buckling, and the structural capacities of DSBs could be controlled by the laminating methods. Also, test results are well agreement with the analysis models using a bi-linear spring with small energy dissipating capacities.
In order to the correlation between RC beam-to-column joints and DSBs, full scale RC beam-to-colum joint specimens were prepared for quasi-static cyclic tests. Total 4 specimens were tested; One presenting non-seismically detailed bare RC beam-to-column joint specimen for comparison and the others adding DSBs into RC beam-to-column joint specimen. An expected axial load of 200 kN were applied at the end of a column. Test results are summarized as followings;
1. Non-seismically detailed bare RC beam-to-column specimen failed at 0.37% drift which is far less than the life-safety performance drift defined in the FEMA356.
2. In RC beam-to-column specimen with two DSBs, notable yield phenomenon was observed at 1.6% drift and the specimen sustained up to 3.6% story drifts without any strength degradation reduction.
3. In RC beam-to-column specimen with a singl DSB, notable yield phenomenon was observed at 1.0% drift. The reduced deformation capacity is due to remove of one DSB. Except the deformation capacities, both specimens of RC beam-to-column joints with one and two DSBs present similar structural performance.
The experimental results demonstrate that the proposed DSBs could be one of effective seismic upgrading methods for non-seismically designed RC frames, Finally, it confirmed that DSBs could satisfy the various target-seismic performance of RC beam-to-column frames using the design of disc-springs.
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