비선형 정적해석법과 같은 발전된 지진 해석 및 설계방법은 강도, 연성도, 에너지 소산량으로 대표되는 철근콘크리트 부재의 주기거동을 정확하게 예측하는 것이 필요하게 되었다. 최근 연구에서 휨지배 철근콘크리트 부재에 대하여 최대변형능력까지의 반복적인 주기거동에 의한 소산에너지량을 계산할 수 있는 방법이 개발되었다. 본 연구에서는 선행 연구를 토대로 에너지 소산량을 계산할 수 있는 간단한 수식을 제안하고, 이를 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 또한 제안된 수식을 이용하여 축력, 철근비, 배근형태, 연성도 등이 에너지 소산능력에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 제안된 수식을 통하여 기존의 경험에 기초한 방법보다 더 정확하게 구조물의 에너지 소산능력을 산정 할 수 있으며, 따라서 연구결과는 성능에 기초한 내진평가 및 설계법에 유용하게 이용될 것으로 판단된다.
비선형 정적해석법과 같은 발전된 지진 해석 및 설계방법은 강도, 연성도, 에너지 소산량으로 대표되는 철근콘크리트 부재의 주기거동을 정확하게 예측하는 것이 필요하게 되었다. 최근 연구에서 휨지배 철근콘크리트 부재에 대하여 최대변형능력까지의 반복적인 주기거동에 의한 소산에너지량을 계산할 수 있는 방법이 개발되었다. 본 연구에서는 선행 연구를 토대로 에너지 소산량을 계산할 수 있는 간단한 수식을 제안하고, 이를 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 또한 제안된 수식을 이용하여 축력, 철근비, 배근형태, 연성도 등이 에너지 소산능력에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 제안된 수식을 통하여 기존의 경험에 기초한 방법보다 더 정확하게 구조물의 에너지 소산능력을 산정 할 수 있으며, 따라서 연구결과는 성능에 기초한 내진평가 및 설계법에 유용하게 이용될 것으로 판단된다.
As advanced earthquake design methods using nonlinear static analysis are developed, it is required to estimate precisely the cyclic behavior of reinforced concrete members that is characterized by strength, deformability, and energy dissipation. In a recent study, a simplified method which can esti...
As advanced earthquake design methods using nonlinear static analysis are developed, it is required to estimate precisely the cyclic behavior of reinforced concrete members that is characterized by strength, deformability, and energy dissipation. In a recent study, a simplified method which can estimate accurately the energy dissipation capacity of flexure-dominated RC members subjected to repeated cyclic load was developed. Based on the previously developed method, in the present study, simple equations that can be used for calculating the energy dissipation capacity were derived and verified by the comparison with experimental results. Through parametric study using the proposed equations, effects of axial load, reinforcement ratio, rebar arrangement, md ductility on the dissipated energy were investigated. The proposed equations can accurately estimate the energy dissipation capacity compared with the existing empirical equations, and therefore they will be useful for the nonlinear static analysis/design methods.
As advanced earthquake design methods using nonlinear static analysis are developed, it is required to estimate precisely the cyclic behavior of reinforced concrete members that is characterized by strength, deformability, and energy dissipation. In a recent study, a simplified method which can estimate accurately the energy dissipation capacity of flexure-dominated RC members subjected to repeated cyclic load was developed. Based on the previously developed method, in the present study, simple equations that can be used for calculating the energy dissipation capacity were derived and verified by the comparison with experimental results. Through parametric study using the proposed equations, effects of axial load, reinforcement ratio, rebar arrangement, md ductility on the dissipated energy were investigated. The proposed equations can accurately estimate the energy dissipation capacity compared with the existing empirical equations, and therefore they will be useful for the nonlinear static analysis/design methods.
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문제 정의
본 연구는 앞서 개발한 휨지배 철근콘크리트 부재의 에너지 소산량 평가방법에 대한 후속 연구로서, 철근콘크리트 부재의 대표적인 단면형태에 대하여 에너지 소산량을 쉽게 산정할 수 있는 간단한 수식을 제안하고, 이를 이용하여 축려 철근비, 배근형태, 연성도 등이 소산 에너지량에 미치는 영향을 평가하고자 한다.
본 연구는 에너지 소산능력의 평가에 대한 기초적인 연구로서, 가장 단순한 거동형태를 나타내는 휨지배 철근콘크리트 부재의 에너지 소산량을 쉽게 계산할 수 있는 간단한 수식의 개발을 목적으로 한다. 다양한 단면형태, 배근 방법 등에 적용할 수 있는 일반적인 에너지 소산량 산정 방법은 이전 연구인 참고문헌 3에 제시되어 있으며, 본 논문은 직사각형 단면에 대한 에너지 소산량 산정식을 유도한다.
연구하였다. 본 연구에서는 4 절에서 제안된 식을 이용하여 축력, 철근비, 배근형태, 연성도 등이 에너지 소산량에 미치는 영향을 보다 자세히 연구하고자 한다. 변수연구에서 사용된 부재 단면과 재료의 성질은 Fig.
이를 검증하였다. 제안된 수식을 이용하여 압축력, 철근비, 배근형태, 연성도 등 각 설계변수가 에너지 소산량에 미치는 영향을 연구하였다. 휨지배 철근콘크리트 부재의 에너지 소산량은 축력의 영향을 거의 받지 않으며, 철근비가 증가함에 따라 선형의 비례로 증가한다.
가설 설정
18(a), (b)를 비교하면, 중앙부의 철근량이 적은 단부집중 배근한 벽체에서 에너지 소산량의 변화폭이 균등배근한 벽체보다 작게 나타나며, Fig. 18(c)와 같이 중앙부 철근이 없는 경우에는 축력의 영향을 받지 않는다. 철근비가 적은 경우 축력에 의한 소산에너지의 변화폭이 크고 철근비가 커질수록 변화폭이 줄어드는데, 이는 철근비가 커질수록 변형률 이력이 전체적으로 하강하여 중앙부의 철근이 에너지 소산에 기여하는 정도가 적어지기 때문이다.
1) 단면에서의 변형률 분포는 선형이다.
2) 철근은 완전탄소성 재료로서 강도산정시 변형강화 현상을 고려하지 않는다.
3) 콘크리트의 압축응력은 일반적으로 강도 산정시 사용하는 직사각형 응력블록을 가정하고, 인장응력은 고려하지 않는다.
13에서와 같이 철근은 양단부로부터 각각 泓/2, &引2 떨어진 지점에 배근되어 있다. 4 曷에서와같이 최대곡률 발휘시 인장측의 철근은 항복한다고 가정하고, 압축측의 철근은 항복한 경우(Fig. 13(a))와 항복하지 않은 경우(Fig 13(b)로 나누어 수식을 유도한다.
그림에서 eB(x), sCv)는 각각 철근의 변형률, 응력분포를 나타낸다 전체 단면에 걸쳐 웨브 철근이 pw 의 철근비로 균일하게 배근되어 있고, 양단부의 泌 영역에 단부 철근이 P 의 철근비로 추가 배근되어 있다. 계산의 편의를 위하여 웨브철근은 단면 전체에 균일하게, 단부집중 철근은 泌 영역의 중앙에 집중되어 있는 것으로 가정한다. B 점에서 인장측의 단부집중 철근 및 웨브철근, 압축외단의웨브 철근이 항복한 것으로 가정한다<Fig.
1 절에서와 같은 방법을 이용하여 구할 수 있다. 계산의 편의를 위하여, 최대변형시 압축 항복하였던 압축측 외단의 웨브철근은 Fig. 12에 나타난 바와 같이 8卸 = 0 로의 제하로 인하여 인장 항복에 이른다고 가정한다. 이때 尸司 는 최대변형시 압축을 받던 단부 집중 철근이 제하에 의하여 인장항복하지 않은 경우 (Fig.
제안 방법
주기하중을 받는 휨지배 철근콘크리트 부재에 대하여 에너지 소산능력을 계산할 수 있는 간단한 수식을 제안하고 이를 검증하였다. 제안된 수식을 이용하여 압축력, 철근비, 배근형태, 연성도 등 각 설계변수가 에너지 소산량에 미치는 영향을 연구하였다.
성능/효과
1) 반복적인 주기하중을 받고 있는 철근콘크리트 부재에서 콘크리트는 에너지 소산에 거의 기여하지 못하며, 따라서 부재의 에너지 소산능력은 철근의 주기 이력 거동에 의하여 결정된다.
2) 한번의 주기거동 동안 단면의 양단부 철근은 한 번의 큰 에너지 소산을 일으키는 반면, 중앙부 철근은 두 번의 적은 에너지 소산을 일으킨다(Fig 4).
3) 주기거동시 철근이 경험하는 최대 및 최소 변형률은 Fig. 4 에서 나타난 바와 같이 최대 및 최소 곡률이 발생하는 B, F 점과 곡률이 0 로 제하되는 D 점의 변형률 분포로부터 근사적으로 구할 수 있으며, 이 최대 및 최소 변형률로부터 철근의 에너지 소산량을 구할 수 있다.
평가할 수 있는 방법이 개발되었다. 더불어 같은 구조시스템이라 하더라도 철근콘크리트 부재의 에너지 소산 능력은 철근의 변형률 이력에 영향을 미치는 단면형태, 축력, 철근비, 배근형태 등과 같은 설계 변수들의 영향을 크게 받는다는 것이 밝혀졌다.
4와 같은 철근의 변형률 이력을 이용하여 에너지 소산량을 산정할 수 있는 방법을 개발하였으며, 그 결과는 비선형 해석 및 실험 결과와의 비교에 의하여 검증되었다. 이 비교를 통하여, 개발된 방법은 구조물의 단면형태, 압축력, 철근비, 배근 방법 등의 영향을 정확히 고려할 수 있음이 밝혀졌다.
콘크리트 전단벽과 보에 대한 두 실험과의 비교는 3~6 절에서 제안된 수식을 통하여 휨지배 철근콘크리트 부재의 주기거동에 의한 에너지 소산량을 비교적 정확하게 예측할 수 있음을 보여준다.
16(b)에 나타나 있는 실험결과에 의한 부재 전체의소산에너지량은 Ed = 13050 kN-mm이다. 해석결과 와의비교를 위하여 Ed 를 爲 로 나누어 구한 단면 에너지 소산량은 eg = 85.6 kN으로 실험값과 해석값이 거의 일치한다.
후속연구
본 논문에서 제안한 에너지 소산능력의 산정식은 철근콘크리트 부재의 에너지 소산능력을 보다 정확하게 평가할 수 있으며, 따라서 기존의 성능기초 내진성능 평기/설계 방법의 효율성을 증대시킬 수 있으며, 에너지 소산 능력에 기초한 새로운 설계방법의 개발에 활용될 수 있을 것이다.
참고문헌 (7)
ATC, "Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings," ATC-40, Applied Technology Council, Redwood City, California, 1996.
M.J.N Priestley, "Performance Based Seismic Design," Paper No. 2831, 12th World Conference on Earthquake Engineering (WCEE), 2000.
Chang, G. A. and Mander, J. B., "Seismic Energy Based Fatigue Damage Analysis of Bridge Columns, Part I: Evaluation of Seismic Capacity," Technical Report NCEER-940006, Buffalo, New York, 1994.
Seckin, M., "Hysteretic Behavior of Castin-place Exterior Beam-Column Sub-Assembles," Ph. D. Thesis, University of Toronto, 1981, pp.266.
Thomsen, J. H. and Wallace, J. W., "Displacement-Based Design of RC Structural Walls: An Experimental Investigation of Walls with Rectangular and T-shaped Cross-Sections," Report No. CU/CEE-95/06.
Brown, R. H. and Jirsa, J. O., "Reinforced Concrete Beams under Load Reversals," ACI Structural Journal, Vol. 68, No.5, 1971, pp.380-390.
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