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[국내논문] 원형 철근콘크리트 교각의 내진성능 II. 심부구속철근비 제안
Aseismatic Performance Analysis of Circular RC Bridge Piers II. Suggestion for Transverse Steel Ratio 원문보기 논문타임라인

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.17 no.5, 2005년, pp.775 - 784  

박창규 (중앙대학교 토목공학과) ,  이대형 (경도대학 토목과) ,  이범기 (중앙대학교 토목공학과) ,  정영수 (중앙대학교 토목공학과)

초록
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본 연구에서는 합리적인 내진설계기준의 정립을 위하여 철근콘크리트 교각의 내진성능에 영향을 미치는 주요 인자에 대하여 분석하였다. 기존 연구 결과에 따르면 한반도와 같은 중약진 지역에서의 철근콘크리트 교각의 심부구속철근비가 과다하게 사용되어 왔다는 결론을 내렸다. 따라서, 본 연구에서는 기존의 실험 결과들을 분석하여 합리적인 심부구속철근비를 제안하였다. 본 연구에서 제안된 심부구속철근비는 축하중비와 주철근비를 고려하였으며 낮은 축하중비에서 주철근 좌굴 방지를 위한 최소 규정을 도입하였다. 제안된 식은 일반적인 도로교상의 축하중비를 고려하면 기존 내진규정에 비해 매우 완화된 심부구속철근비를 갖게 된다. 따라서 문제로 나타나고 있는 시공성과 경제성이 상당히 향상될 수 있으리라 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this research, major design factors have been evaluated for the establishment of the rational seismic design code of circular RC(reinforced concrete) bridge pier Previous experimental researches have drawn a conclusion that transverse confinement reinforcements have been excessively used for RC b...

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 연구에서는 우리나라와 같은 중 . 저진 지역에 적합한 원형 철근콘크리트 교각의 심부구속철근량을 제안하고자 하였다. 이를 위하여 우리나라와 같이 지진의 위험도가 상대적으로 크지 않은 중 .
  • 내진영향 인자에 따른 연성도 분석 결과는 축하중비에 의한 영향이 매우 크게 작용하였으며 주철근비의 경우 높은 축하중에서는 영향이 있으나 낮은 축하중에서는 영향이 크지 않은 것으로 분석되었다. 따라서 요구 변위 연성 능력은 지역적인 특성, 지진하중의 재현 주기, 위험도 등에 따라 원형 철근콘크리트 교각에 대한 적절한 기준이 마련되어야 할 것으로 판단되며, 본 연구에서는 현재 우리나라설계기준에서 요구하고 있는 단주의 응답수정계수 “3”에 대한 변위 연성 능력을 발휘하기 위한 적절한 심부구속철근비를 제안하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 교각에 대한 내진성능 평가를 위한 준정적실험(Quasi-static test)에서 소성힌지구간에서 발생하는 주철근 좌굴의 시점을 조사하였다. 실험에서 주철근 좌굴여부는 피복이 완전히 떨어져 육안으로 관찰하기 전에는그 시점을 정확히는 알 수 없다.
  • 3101와 AICT?에서 규정하고 있는 주철근 좌굴방지를 위한 횡구속철근비 산정식인 식 (13)~(15)와 본논문에서 제시하는 심부구속철근비 식 (9)와의 심부구속철근비의 양을 비교하여 주철근 좌굴 방지를 위한 심부구속철근비 산정식의 최소 규정을 제시하고자 한다. 여기서 가정한 조건은 주철근비가 2% 이상에서는 2열로 배근이되므로 1열 배근이 가능한 주철근비 1 %~1.

가설 설정

  • 특히 y축 절편 “1/缶/의 Te 실험체의 이론적인 최소 연성도를 “T로 가정한 것이다
  • 여기서 가정한 조건은 주철근비가 2% 이상에서는 2열로 배근이되므로 1열 배근이 가능한 주철근비 1 %~1.5 %에 축하중비는 낮은 10% 이하 범위로 하였으며, 본 논문에서 분석한 실험체들의 상세와 동일하게 하였다.
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참고문헌 (25)

  1. 건설교통부, '도로교표준시방서', 건설교통부, 1992, pp. 1281-1355 

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    국내에서도 1992년 개정된 도로교표준시방세(1)에 내진설계편이 신설되었고 2000년 도로교설계기준(2)에서 내진설계 기준이 일부 개정되었다.

  2. 한국도로교통협회, '도로교설계기준', 건설교통부, 2000, pp. 451-474 

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    국내에서도 1992년 개정된 도로교표준시방세(1)에 내진설계편이 신설되었고 2000년 도로교설계기준(2)에서 내진설계 기준이 일부 개정되었다.

  3. AASHTO, Standard Specifications for Highway Bridges, 16th Ed, American Association of State Highway and Transportation Officials, USA, 2000, pp. 389-424 

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    그러나 이러한 설계기준은 미국의 AASHTO(3)기준을 그대로 사용하여 강진에 대한 완전 연성 설계 개념을 기본으로 하고 있다.

  4. 김재관,김익현,'한정연성도 설계를 위한 내진상세의 제안' 대한토목학회 학술발표회 논문집(I),2000, pp.305-308 

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    이러한 문제점으로 인하여 김재관 등(4)은 우리나라와 같은 중저진지역에서 합리적이고 경제적인 설계를 위하여 한정연성 개념을 도입하여야 한다고 하였다.

  5. 정영수, 이강균, 한기훈, 이대형, '유리섬유보강 원형철근콘크리트 교각의 내진성능에 관한 준정적 실험연구', 콘크리트학회 논문집, 11권, 5호, 1999, pp.107-118 

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    또한, 정영수(5), 이재훈(6), 박종협(7)등도 심부구속철근량에 따른 내진성능의 차이를 실험적으로 연구 발표하였으며, 비내진횡방향철근량을 갖는 교각의 경우 약10% 정도의 낮은 축하중비에서도 만족할만한 연성능력을 가지고 있는 것으로 조사되었다.

    실험 결과(5-9,12-18)를 고려해 보면 콘크리트 피복탈락 시점은 drift level 3.0〜4.0%(〃厶 = 4.5〜6.0)로 조사되었으며, 횡구속철근비에 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

  6. 이재훈, 배성용, 윤석구, '나선철근교각의 내진성능 실험', 대한토목학회논문집, Vol.21, No.1-A, 2001, pp.109-121 

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    또한, 정영수(5), 이재훈(6), 박종협(7)등도 심부구속철근량에 따른 내진성능의 차이를 실험적으로 연구 발표하였으며, 비내진횡방향철근량을 갖는 교각의 경우 약10% 정도의 낮은 축하중비에서도 만족할만한 연성능력을 가지고 있는 것으로 조사되었다.

    실험 결과(5-9,12-18)를 고려해 보면 콘크리트 피복탈락 시점은 drift level 3.0〜4.0%(〃厶 = 4.5〜6.0)로 조사되었으며, 횡구속철근비에 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

    그리고 주철근 좌굴을 기록한 실험 연구(6) 결과에 따르면 6厶广7厶,(必 = 0.84〜1.05%)에서 발생한 것으로 나타났다.

  7. 박종협, '유사동적실험에 의한 원형 철근콘크리트 교각의 내진성능평가', 중앙대학교 박사학위논문, 2001, pp.42-133 

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    또한, 정영수(5), 이재훈(6), 박종협(7)등도 심부구속철근량에 따른 내진성능의 차이를 실험적으로 연구 발표하였으며, 비내진횡방향철근량을 갖는 교각의 경우 약10% 정도의 낮은 축하중비에서도 만족할만한 연성능력을 가지고 있는 것으로 조사되었다.

    실험 결과(5-9,12-18)를 고려해 보면 콘크리트 피복탈락 시점은 drift level 3.0〜4.0%(〃厶 = 4.5〜6.0)로 조사되었으며, 횡구속철근비에 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

  8. 이대형, 박창규, 김현준, 정영수, '원형 철근콘크리트 교각의 내진성능(I)심부구속철근비 영향변수 평가' 콘크리트학회 논문집, 17권, 4호, 2005, pp.603-611 

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    이대형 등(8)은 본 논문의 선행 연구로서 국내 및 국외의 실험 연구 결과를 바탕으로 심부구속철근량의 산정에 큰 영향을 미치는 인자인 축하중비, 형상비, 그리고 주철근비가 내진 성능에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였으며, 이들 영향 인자들이 연성능력에 미치는 영향을 분석하였다.

    그러나 이대형(8)의 3.3절에서 분석한 바와 같이 축하중비가 10% 정도로 작을 경우에는 주철근비의 영향이 크지 않았지만 축하중비가 클 경우에는 주철근비의 영향이 상대적으로 크게 나타나는 것으로 보인다.

    이대형(8)은 축하중비 10% 이하의 낮은 축하중 하에서는 각국의 내진규정에서 요구되는 양보다 적은 심부구속철근량으로 충분한 연성능력을 발휘하는 것으로 조사되었다.

    실험 결과(5-9,12-18)를 고려해 보면 콘크리트 피복탈락 시점은 drift level 3.0〜4.0%(〃厶 = 4.5〜6.0)로 조사되었으며, 횡구속철근비에 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

  9. 이대형, 정영수, 이재형, 송호진, '주철근 겹침이음된 형상비 4.0의 원형 철근콘크리트 교각의 내진성능 평가', 대한토목학회논문집, Vol.22, No.5-A, 2002, pp.1193-1201 

  10. ATC-32, 'Improved Seismic Design Criteria for California Bridge Provisional Recommendations', Applied Technology Council, 1913, pp. 8-1-8-58 

  11. New Zealand Standard, 'Concrete Structures Standard: Part l-The Design of Concrete Structures', NZS 3101, 1995, pp.91-106 

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    ATC-32(10)나 NZS 3101(11)에서는 식 (13)〜(15)와 같이 주철근 좌굴 방지를 위한 최소 횡철근비를 규정하고 있다.

  12. 이재훈, 고성현, 이대형, 정영수, '반복 횡하중을 받는 원형교각의 휨-전단 거동,' 콘크리트학회 논문집, 16권, 6호, 2004, pp.823-831 

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    실험 결과(5-9,12-18)를 고려해 보면 콘크리트 피복탈락 시점은 drift level 3.0〜4.0%(〃厶 = 4.5〜6.0)로 조사되었으며, 횡구속철근비에 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

  13. 정영수, 이재훈, 김재관 등, '고속도로 기존교량의 유형별 내진성능 평가를 위한 실험적 연구', 한국도로공사, 2001, pp.61-638 

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    실험 결과(5-9,12-18)를 고려해 보면 콘크리트 피복탈락 시점은 drift level 3.0〜4.0%(〃厶 = 4.5〜6.0)로 조사되었으며, 횡구속철근비에 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

  14. 이재훈, 석상근, 윤석구, '원형띠철근 교각의 내진성능에 관한 실험적 연구', 대한토목학회논문집, Vol.22, No.1-A, 2002, pp.159-170 

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    실험 결과(5-9,12-18)를 고려해 보면 콘크리트 피복탈락 시점은 drift level 3.0〜4.0%(〃厶 = 4.5〜6.0)로 조사되었으며, 횡구속철근비에 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

  15. 정영수, 박종협, 박희상, '원형철근콘크리트 교각의 내진성능 평가 및 향상에 관한 유사동적 실험 연구,'대한토목학회논문집, Vol.22, No.3-A, 2002, pp.499-509 

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    실험 결과(5-9,12-18)를 고려해 보면 콘크리트 피복탈락 시점은 drift level 3.0〜4.0%(〃厶 = 4.5〜6.0)로 조사되었으며, 횡구속철근비에 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

  16. 정영수, 박창규, 이은희, '지진을 경험한 형상비 2.5 RC 교각의 내진 변위연성도', 한국지진공학회논문집, 7권, 3호, 2003, pp.79-88 

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    실험 결과(5-9,12-18)를 고려해 보면 콘크리트 피복탈락 시점은 drift level 3.0〜4.0%(〃厶 = 4.5〜6.0)로 조사되었으며, 횡구속철근비에 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

  17. 정영수, 박진영, 이지영, 'FRP 나선근 RC 교각의 내진성능 평가(II)밴드형 FRP',대한토목학회논문집, Vol.23, No.5A, 2003, pp.947-954 

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    실험 결과(5-9,12-18)를 고려해 보면 콘크리트 피복탈락 시점은 drift level 3.0〜4.0%(〃厶 = 4.5〜6.0)로 조사되었으며, 횡구속철근비에 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

  18. 박진영, 정영수, 박창규 외 '철근콘크리트 교각의 주철근 이음방법에 따른 내진성능 평가' 한국콘크리트학회 가을학술발표회 논문집, Vol.14, No.2, 2002, pp.323-328 

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    실험 결과(5-9,12-18)를 고려해 보면 콘크리트 피복탈락 시점은 drift level 3.0〜4.0%(〃厶 = 4.5〜6.0)로 조사되었으며, 횡구속철근비에 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

  19. 이재훈, 손혁수, 고성현, '축방향철근 연결상세에 따른 철근콘크리트 원형교각의 내진성능', 콘크리트학회 논문집. Vol.16, No.2, 2004, pp.249-260 

  20. Chung Young Soo, Park Chang Kyu, and Lee Eun Hee, 'Seismic performance and damage assessment of reinforced concrete bridge piers with lap-spliced longitudinal steels', Structural Engineering and Mechanics. Vol.17, No.1, 2004, pp.99-112 

  21. 박창규, 정영수, 고성현, 이재훈, '주철근 겹침이음된 실물교각의 횡구속 정도에 따른 내진성능 평가', 콘크리트학회 논문집, 16권, 5호, 2004, pp.687-696 

  22. M.J,N. Priestley and Gianmario Benzoni, 'Seismic Performance of Circular Columns with Low Longitudinal Reinforcement Ratios', ACI Structural Journal, Vol.93, No.4, 1996, pp.1-12 

  23. Asad Esmaeily and Yan Xiao, 'Behavior of Reinforced Concrete Columns Under Variable Axial Loads', ACI Structural Journal, Vol.101, No.1, 2004, pp.124-132 

  24. Lawrence L. Kodd and Nigel Cooke, 'Capacity of Circular Bridge Columns Subjected to Base Excitation', ACI Structural Journal, Vol.97, No.2, 2001, pp.297- 308 

  25. A. M. Budek, M. J. N. Priestley, and Chin Ok Lee, 'Seismic Design of Columns with High-Strength Wife and Strand as Spiral Reinforcement', ACI Structural Journal, Vol.99, No.5, 2002, pp.601-670 

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