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문제 정의
- 곡률연성의 평가로 수행되고 있다. 그러나, 실험을 통해서 곡률을 얻는 것이 어렵기 때문에 변위연성과 곡률 연성의 상관관계를 통해서 보다 손쉽게 곡률연성을 얻고자 하였다. 식 (4)는 Priestley©등이 제안한 곡률 연성 도와 변위 연성 도와의 상관관계식을 나타낸 것으로서, 본 실험에서 얻은 두 연성도 결과의 검증과 식(4)와의 비교를 위해 분석하였다.
- 8mm가 되어 심부구속 철근비가 매우 크므로 시공 현장에서 철근 배근 및 콘크리트 타설의 어려움을 유발할 수 있다. 그러므로, 본 연구에서는 중약진 지역에 속하는 국내 실정을 감안하여 완전연성을 보장하기 위한 현행 설계기준의 심부구속 철근비보다는 적은 양으로 배근 된 한정연성실험 체의 연성능력을 실험적으로 파악하고자 하였다. 본 한정연성 실험체 Fig.
- 이에 본 연구에서는 내진 설계가 되지 않은 공용 중인 교량의 유형별 분석을 통해 실물크기의 비내진 교각을 제작하였으며, 또한 휨파괴, 휨-전단파괴, 전단파괴가 가능한 실험체를 한정연성개념으로 총 14개의 실험체를 설계, 제작하여 준정적 실험 및 유사동적 실험을 통해 정확한 내진 성능을 파악하고자 하였다.2)그러나, 본 논문에서는 한정 연성 실험체 3기와 비내진 실험체 1기에 대한 유사 동적 실험 (Pseudo-dynamic test) 결과로부터 주철근겹침이음유무, 구속철근비, 입력지진동 등의 실험변수에 따른 실험체들의 연성도를 분석하였다.
제안 방법
- 파악하고자 하였다.2)그러나, 본 논문에서는 한정 연성 실험체 3기와 비내진 실험체 1기에 대한 유사 동적 실험 (Pseudo-dynamic test) 결과로부터 주철근겹침이음유무, 구속철근비, 입력지진동 등의 실험변수에 따른 실험체들의 연성도를 분석하였다. 실험중 주철근 겹 침이 음이 없는 한정연성 실험체의 경우 실험장비 가력한계로 유사 동적 실험으로는 파괴에 이르지 못하여, 계획된 유사동적실험종료 후 실험장비의 최대 변위를 변위제어 형식으로반복재하하였다.
- 즉 관성, 감쇠력 지진하중은 input data로서 유사동적 제어프로그램에 반영되고, 복원력은 실험에 의해 계측된 값을 이용하였다. Fig. 2와 같이 동적 지배 미분방정식을 수치적분 기법에 의해 매 시간단계마다수치적으로 계산하면서 실험을 수행하였다. 한편, Mass는 상부 공 중량과 기등의 1/3부분을 합한 값으로 정의하고 있으며 2 이 실험에서는。07九次Ag에 해당하는 1, 863 kN을축력으로 재하하였다.
- 연성도를 조사하였다. 두 연성도간의 상관관계를 분석하였으며, 그리고 주철근 및 띠철근의 변형률도 조사하였다.
- 그리고 주철근 겹 침이 음을 하지 않은 두 실험체 MF-HT4-N와 MP-HT4-N의 경우 Actuator 최대 변위까지 가력하였으나 극한상태에 도달하지 못하였다. 따라서 유사동적 실험 종료 후 Fig. 4 및 Fig. 5에 보이는 바와 같이 Actuator 최대 변위보다다소 적은 ±192 mm 반복재하하여 파괴시까지 실험을 하였다. MF-HT4-N 실험체의 경우 4번째 반복재하시 본 논문에서 정의한(Fig.
- Table 5에 나타난 바와 같이 실험분석결과 항복 및 극한 정의 방법에 따라 연성도 값이 다소 틀리지만 비내진 실험체(NP-HT1-A)의 경우 도로교 설계기준에서 제시하고 있는 단주 교각의 요구변위연성도 5를 만족하지 않음을 알 수 있으며, 또한 한정연성실험체중 주철근 겹이음이 50 %인 실험체(MF-HT4-H)도 요구변위연성도를 충족시키지 않는 것으로 판단된다. 또한 주철근의 겹침이음이 없는 두 실험체(MF-HT4-N, MP-HT4-N)의 경우 극한 변위를 실험상 측정할 수가 없어 측정된 최대변위로 계산하였다. 따라서 실제의 극한변위는 측정된 최대 변위 이상일 것이므로 두 실험체 모두 요구변위연성도를 만족하는 것으로 판단된다.
- 본 실험에서는 기존 원형교각에 대한 분석을 종합 검토하여, 실험변수가 기존 교각과 유사하도록 다음 Table 1 과 Fig. 1(a)와 같은 기준 실험체를 결정하였다.
- 본 연구의 실험결과로부터 하중-변위 및 모멘트-곡률 이력 곡선과 각각의 포락곡선을 분석하여 변위 연성도 및 곡률 연성도를 조사하였다. 두 연성도간의 상관관계를 분석하였으며, 그리고 주철근 및 띠철근의 변형률도 조사하였다.
- 실험체 제작에 사용된 재료의 물리적 특성을 파악하기 위하여 콘크리트의 압축강도와 철근의 인장강도 실험을 실시하였다. 실험체 제작에 사용된 콘크리트의 목표 압축강도는 23.
- 52 Hz인 Kaitokus인공지진파를 입력 지진파를 사용하였다. 지진하중은 국내 도로교 설계기준에서 제시하고 있는 지진구역 1(지진구역계수 0.11)에 재현 주기 1,000년(위험도계수 1.4)의 가속도 계수인 0.154 g를 첫 입력지진으로 시작하여 단계적으로 0.2 g, 0.3 g, 0.4 g, ...순으로 파괴에 도달할 때까지 유사동적실험을 수행하였다
- 철근은 KS D 3504에 규정된 SD30을 사용하였으며, KS B 0820에 따라 각각 3개의 실험체에 대한 인장 실험을 실시하여 D19는 343MPa, D10은 373AfRz의 항복강도를 얻었다.
- 8肱R?을 얻었다. 콘크리트의 배합비는 Table 3과 같고 실험체 타설시 원주형 공시체를 제작하여 28일 표준 양생한 후 압축강도를 측정하였다.
- 하중-변위 이력곡선은 Actuator의 하중계와 변위계에 의하여 측정되었으며, 곡률은 이대형(1999沪, 박종협 (2001)91 그리고 Priestly(1992裡의 연구결과를 참조하여, 기둥 저면으로 부터 0.25D(30cm) 와 05D(60cm)에 해당되는 높이에 경사계를 부착하여 즉정하였다. 이 경사계는 기존의 곡률 측정 방법과는 달리 기둥 측면에 부착되어있어 기둥 전후면의 피복이 박리되는 비선형 구간까지 정확한 곡률측정이 가능하였다.
대상 데이터
- 8m인 교각을 제작하여 휨파괴를 유도하였다. 1992년 내진설계규정 도입 이전에 주철근이 겹침이음되어 시공된 교각의 내진성능 평가를 위해 Table 2와 같이 비내진 실험체, NS-HT1-A는주철근비 1.01 %, 횡방향 철근비 0.13 %로 실험체를 제작하였다. 또한, 비내진 설계된 교각의 주철근을 소성 힌지 구간에 Fig.
- 본 연구에서는 Fig. 3과 같이 지배 주기가 1.75Hz인 KHC인공지진파와 0.52 Hz인 Kaitokus인공지진파를 입력 지진파를 사용하였다. 지진하중은 국내 도로교 설계기준에서 제시하고 있는 지진구역 1(지진구역계수 0.
- 실험체는 실물 크기에 가까운 단면 형상비(Aspect ratio)가 4.0인 직경 1.2終 높이 4.8m인 교각을 제작하여 휨파괴를 유도하였다. 1992년 내진설계규정 도입 이전에 주철근이 겹침이음되어 시공된 교각의 내진성능 평가를 위해 Table 2와 같이 비내진 실험체, NS-HT1-A는주철근비 1.
데이터처리
- 2) Priestley등이 제안한 곡률연성도와 변위연성도와의 상관관계식을 실험에 의한 결과와 비교하였다. 곡률 연성 도에 따른 변위연성도에 관한 실험 값은 Priestley 제 안식에 의한 값과 큰 차이는 보이지 않았으나 상대적으로 다소 크게 나타났다.
- 실험체의 고유진동수는 RCHEAST7) 해석프로그램을 이용하여 구하였으며, 비내진으로 설계된 실험체(NS-HT1-A) 는 2.676Hz, 나머지 한정연성 실험체는 2.668Hz로 비 내진 실험체와 한정연성 실험체는 유사한 값을 보이고 있다.
이론/모형
- 9는 본 논문에 적용된 실험체 4기외에E, 이번 연구에 실험한 다른 실험체a와 다른 연구m 결과까지 함께 분석하여 그 신뢰도를 높이고자 하였다. 또한 Priestley가 제안한 식 (4)에 따라 곡률연성도와 변위연성도를 계산하여 표시하였다. 비교결과, 곡률연성도에 대하여 실험을 통한 변위연성도 값이 Priestley의 제안식에 따른 변위 연 성도값보다 다소 크게 나타났다.
성능/효과
- 1) 주철근 겹이음이 없는 경우 한정연성설계법으로 설계 및 제작한 실험체의 경우 우리나라 설계기준에서 요구하는 변위연성도 5(응답수정계수 3)과, Eurocode 8에서 제시한 요구곡률연성도 7도 만족하는 것으로 나타났다. 그러나 주철근 겹침이음 50% 경우 대체적으로 만족하지 않음을 알 수 있었다.
- 3) 각 실험체의 철근변형률 분석 결과 주철근과 띠철근 모두 우리나라 내진 I 등급 교량의 붕괴방지 수준(재현 주기 1000년)의 설계지진력인 0.154g를 넘어서 항복에 도달하였다. 또한 연성도 평가결과 중.
- " data-ocr-fix="">보이고 있다. 따라서 이상의 결과로부터 주철근의 겹침이음이 없을 경우, 현행 내진규정의 심부구속철근비의 32%만으로도 현행 도로교설계기준의 요구변위연성도 5 와 Eurocode 8(1996)의 요구 곡률연성도 7을 만족하는 것을 알 수 있었다. 또한 Table 4와 Table 5에 나타난 바와 같이 항복 변위 및 항복 곡률이 0.
- 1(c) 참조) 부착이 완전하지 못한 이유라 판단된다. 따라서, 모든 실험체들의 철근 변형률을 종합적으로 분석한 결과 주철근과 띠철근 모두 우리나라 내진 I 등급 교량의 붕괴방지 수준(재현주기 1000 년)의 설계지진력인 0.154g를 넘어서 항복에 이르러 설계 내진 성능을 만족하는 것으로 3.2절의 결과와 동일하게 나타났다.
- 실험결과 주철근 겹침이음을 가지고 있는비내진 실험체는 도로교 설계기준에서 제시하고 있는 요구 변위연성도 5와 Eurocode에서 제시하고 있는 한정 연성인 경우의 요구곡률연성도 7에 미치지 못하였다. 또한 본연구에서 가정한 횡방향 철근비를 갖는 한정연성 실험체의 경우 두 가지 연성도 모두 만족하는 것으로 나타났다.
- 그리고 Eurocode R"에서는 국내의 설계기준과는 달리 완전연성과 한정연성 2종류로 분류하고 있으며, 완전연성의 경우 요구 곡률연성도 13을 한정 연성의 경우 7을 제시하고 있다. 본 실험결과 표 5에 나타난 바와 같이 주철근 겹침이음이 없는 경우 요구곡률연성도 7을 만족함을 알 수 있고, 주철근 겹이음이 있는 비내진 실험체(NP-HT1-A)의 경우는 만족하지 않음을 알 수 있었다. 그리고 주철근 겹침이음이 있는 한정연성실험체 (MF-HT4-H)는 분석방법에 따라 상이한 결과를 0x 1(f) 로 나눈 값을 항복 변형률으로 결정하였다. 분석결과 MF-HT4-H, MF-HT4-N, MP-HT4-N, NP-HT4-A 실험체의 주철근은 각각 0.2g, 0.2g, 0.3g, 0.3g에서, 띠철근은 0.5 g, 0.8 g, 0.4 g, 0.3 g에서 항복하였다
- 또한 Priestley가 제안한 식 (4)에 따라 곡률연성도와 변위연성도를 계산하여 표시하였다. 비교결과, 곡률연성도에 대하여 실험을 통한 변위연성도 값이 Priestley의 제안식에 따른 변위 연 성도값보다 다소 크게 나타났다. 이는 Fig.
- 실험 결과 비내진 실험체(NP-HT1-A)는 O.lMg에서기둥하단에서 53cm 지점에 최초 균열이 발생되고, 0.3g 에서 수직균열이 발생하였으나 강도감소 현상만 발생 되고 피복은 탈락하지 않았으며 주철근도 파단되지 않았다. 한정 연성 설계 실험체중 주철근을 겹침이음하지 않은 MF-HT4-N과 50% 겹침이음을 한 MF-HT4-H는 한국도로공사 인공지진파(T2) 입력시 모두 0.
- 실험중 주철근 겹 침이 음이 없는 한정연성 실험체의 경우 실험장비 가력한계로 유사 동적 실험으로는 파괴에 이르지 못하여, 계획된 유사동적실험종료 후 실험장비의 최대 변위를 변위제어 형식으로반복재하하였다. 실험결과 주철근 겹침이음을 가지고 있는비내진 실험체는 도로교 설계기준에서 제시하고 있는 요구 변위연성도 5와 Eurocode에서 제시하고 있는 한정 연성인 경우의 요구곡률연성도 7에 미치지 못하였다. 또한 본연구에서 가정한 횡방향 철근비를 갖는 한정연성 실험체의 경우 두 가지 연성도 모두 만족하는 것으로 나타났다.
- 3g 에서 수직균열이 발생하였으나 강도감소 현상만 발생 되고 피복은 탈락하지 않았으며 주철근도 파단되지 않았다. 한정 연성 설계 실험체중 주철근을 겹침이음하지 않은 MF-HT4-N과 50% 겹침이음을 한 MF-HT4-H는 한국도로공사 인공지진파(T2) 입력시 모두 0.154g에서 최초균열이 발생되며 0.2g ~ 0.3g까지 균열이 계속 진전되다가 0.5g에서 최초의 수직균열이 발생되고 0.6g에서 피복이 탈락하는 양상을 보였다. 또한 MF-HT4-H는 0.
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