[논문]기둥단면 형상에 따른 무량판 구조시스템 강성예측

이도범; 이리형

문제 정의

하지만 기둥 단면 형태가 다양한 무량판 구조에 대한 실험이 부족하고, 특히 단일 접합부에 대한 실험 데이터가 없어서 기존의 유효보폭 계산식에 대한 검증이 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 실물대 무량판 접합부 실험을 바탕으로 기존의 유효보폭 계산식의 유효성을 검증하였으며 특히 다양한 기둥단면형태에 따른 유효보폭계산식의 유효성을 검증하였다.
또한 본 연구에서는 기둥단면형상에 의해 변화되는 무량판 시스템의 강성을 합리적으로 계산할 수 있도록 기존 유효보폭식을 개선하였으며 이를 실험결과와 비교하여 검증하였다.
5에서와 같이 각 싸이클에서의 목표변위와 그에 따른 하중을 연결하는 직선의기울기(강성)을 조사하였다. 이와 같이 조사된 강성을 기존의 유효보폭법으로 계산된 강성과 비교를 통하여 기존 유효보폭법의 유효성을 검토하고자 하였다. 그런데 이러한 비교에 앞서서 고려해야할 부분이 있다.

제안 방법

1) 기존의 유효보폭식을 적용하여 무량판 실험체의 강성을 예측한 후. 실험결과 및 유한요소해석 결과와 비교하였다.
경간길이。2) 가 유효보폭에 미치는 영향은 미미하기 때문에 슬래브판은 정사각형으로 모델링하였으며는 변수에서 제외), 일반적인 무량판 구조에 근거하여 변수의 범위를 설정하였다(3mMhM6m, 0.3m<C₂<1.2m, 0.04< ci//i<0.20). 유효보 모델링 시 강체바 모델(2)을 적용하였으며, 해석모델은 Fig.
9 참조). 가력직각방향의 기둥 폭이 큰 경우에는 유한요소해석결과와 유사한 강성을 예측하였지만, 가력방향의 기둥 폭이 큰 경우에는 강성을 상당히 과대평가하였다. 따라서 가력방향 기둥 폭이 큰 경우 최정욱과 송진규의 제안식을 적용하기에는 무리가 있으
기둥단면형태와 층변위(story drift)에 따른 강성변화를 알아보기 위하여 Fig. 5에서와 같이 각 싸이클에서의 목표변위와 그에 따른 하중을 연결하는 직선의기울기(강성)을 조사하였다. 이와 같이 조사된 강성을 기존의 유효보폭법으로 계산된 강성과 비교를 통하여 기존 유효보폭법의 유효성을 검토하고자 하였다.
기둥 폭이다. 또한 수정된 유효보폭 계수 계산식을 유한요소해석법 그리고 실험 결과와 비교함으로써 그 유효성을 검증하였다. 추후 연구를 통해서는 다양한 실험결과와의 비교를 통하여 추가적인 검증이 필요할 것으로 판단되며 또한 지속적인 개선 및 검증 작업이 수행되어야 할 것이다.
무량판 실험에서는 지그를 설치하여 가력직각방향의 변위를 제어하고 실험체의 네 모서리에 강봉을 핀 접합함으로써 실제 구조물의 경계조건을 모사하였다. 하지만 이는 일반적으로 유효보폭을 제안할 때 적용하는 연속 슬래브 경계조건과는 차이가 있으므로 실험체를 모델링할 때 경계조건의 영향을 반영할 필요가 있다.
본연구에서는 무량판 시스템 강성산정에 가장 일반적으로 이용되는 유효보폭산정법을 실험연구와 수치해석을 통하여 분석하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
수정된 유효보폭 계산식을 적용하여 실험체의 강성을 예측하였다. Fig.
특히, 무량판 시스템의 강성예측에 기존 유효보폭 계산식을 사용할 경우, 기둥 단면 형태에 따른 강성변화를 반영하지 못하여 시스템의 횡 강성을 과대평가할 수 있는 문제점이 있다고 할 수 있다. 이와 같이 해석 시 사용된 유효보폭계수의 문제점을 분석하기 위하여 추가로 유한요소해석을 사용하여 실험체의 강성을 예측하였다(Fig. 8(d) 참조).

대상 데이터

무량판 실험은 기등의 형상비와 전단보강방법을 주요 변수로 하여 실시되었으며 슬래브-기둥 내부 접합부를 대상으로 하였다. 수평하중 작용 시 슬래브와 기둥 스팬의 변곡점 위치에서 잘라낸 입체 +자 형으로 3개의 실물대 실험체를 제작하였고, 슬래브 두께 =200mm, 슬래브판의 크기=4.
대상으로 하였다. 수평하중 작용 시 슬래브와 기둥 스팬의 변곡점 위치에서 잘라낸 입체 +자 형으로 3개의 실물대 실험체를 제작하였고, 슬래브 두께 =200mm, 슬래브판의 크기=4.6mx3.4m, 높이 =3.1m(상 . 하 힌지간 중심거리 =3.15m)이며, Fig. 2와 같이 실험체를 설치하였다. Table 2와 Fig.

데이터처리

대표적인 연구자들로 Moehle, Grossman, (4) 최정욱과 송진규(2)를 들 수 있으며, 이들에 의해 제안된 유효보폭계수를 Table 1에 요약하였다. 본 논문에서는 이 식들의 유효성을 검증하기 위하여 실물대 무량판 실험(3)(이후 '무량판 실험'이라 지칭함.)에 대하여 이 식들을 적용하여 실험결과와 비교하였으며, 해석프로그램으로는 Midas GENw가 사용되었다.
예측한 후. 실험결과 및 유한요소해석 결과와 비교하였다. Grossman의 제안식은 기등의 형상 비에 따른 강성의 변화를 적절하게 예측하지 못하는 것으로 나타났으며, 최정욱과 송진규의 제안식은 가력방향의 기둥 폭이 긴 경우 강성을 과대평가하는 것으로 나타났다.

이론/모형

Grossman, 최정욱과 송진규의 제안식을 적용하여 실험체의 강성을 비교하였다. Moehle의 제안식으로는횡변위의 증가에 따른 강성 저감을 반영할 수 없기 때문에 비교대상에서 제외하였다.
20). 유효보 모델링 시 강체바 모델(2)을 적용하였으며, 해석모델은 Fig. 11과 같이 명명하였다.

성능/효과

접합부 주위에서 균열이 발견되었다.(1) 이러한 현상이 실험체의 강성에도 영향을 미쳐서 강성이 해석 결과에 비하여 작게 측정되었을 것으로 판단되며 부재 각 증가에 따른 개별시험체의 강성 차이가 실험 결과에서 작게 나타나는 데에도 영향을 미쳤을 것으로 판단된다. 따라서 이러한 비탄성 거동이 무량판 강성산정에 미치는 영향에 대한 추가적인 연구가 실시되어야 할 것이며 강성저감계수에 대한 수정이 필요할 것으로 판단된다.
Fig. 8(b) 와 같이 Grossman의 제안식을 적용한 경우, FIS1-05 실험체와 FIS1-20 실험체의 강성이 거의 같으며, 횡변위가 증가함에 따라 강성이 선형으로 감소하는 결과가 나타났다. 이는 실험결과와는 상당히 다른 양상이므로 Grossman의 제안식으로는 강성의 정확한 예측이 불가능한 것으로 판단된다.
FIS1-10 실험체와 FIS1-05 실험체의 경우 실험결과 및 유한요소해석결과, 수정된 유효보폭 계산 식이 거의 같은 결과를 보였다. FIS1-20 실험체의 경우에는 유한요소해석결과와 수정된 유효보폭 계산 식이 실험체의 강성을 다소 과대평가하는 것으로 나타났으나, Fig. 8(c) 또는 Fig. 9와 비교하면 최정욱과 송진규의 제안식을 적용하였을 때보다 차이가 상당히 줄어들었음을 알 수 있다. 따라서 수정된 계산식은 실험체의 강성을 비교적 적절하게 예측한다고 판단된다.
9와 비교하면 최정욱과 송진규의 제안식을 적용하였을 때보다 차이가 상당히 줄어들었음을 알 수 있다. 따라서 수정된 계산식은 실험체의 강성을 비교적 적절하게 예측한다고 판단된다. 한편, Fig.
8(a)에 나타난 바와 같이, 실험 결과, FIS1-20 실험체의 강성이 가장 크며 , FIS1-10 실험체의 강성이 가장 작은 것으로 나타났다. 세 실험체 모두 횡변위가 증가함에 따라 강성이 로그함수의 형태로 감소하는 경향을 보였으며 각 시험체의 강성차이는 횡변위가 증가함에 따라 작아지는 것을 볼 수 있다.
8(d) 참조). 유한요소해석을 사용할 경우 횡변위의 증가에 따른 강성의 감소와 기등의 형상에 따른 세 실험체 강성의 상대적인 비율이 유효보폭법을 사용할 때보다 정확하게 예측되었다. 최정욱과 송진규는 유한요소해석을 이용하여 유효보폭 계산식을 제안하였으나, 실험체에 대하여 유한요소해석을 적용한 경우와 강성이 다르게 나타났다 (Fig.

후속연구

(1) 이러한 현상이 실험체의 강성에도 영향을 미쳐서 강성이 해석 결과에 비하여 작게 측정되었을 것으로 판단되며 부재 각 증가에 따른 개별시험체의 강성 차이가 실험 결과에서 작게 나타나는 데에도 영향을 미쳤을 것으로 판단된다. 따라서 이러한 비탄성 거동이 무량판 강성산정에 미치는 영향에 대한 추가적인 연구가 실시되어야 할 것이며 강성저감계수에 대한 수정이 필요할 것으로 판단된다.
며, 유효보폭 계산식에 수정이 필요할 것으로 판단된다. Fig.
또한 수정된 유효보폭 계수 계산식을 유한요소해석법 그리고 실험 결과와 비교함으로써 그 유효성을 검증하였다. 추후 연구를 통해서는 다양한 실험결과와의 비교를 통하여 추가적인 검증이 필요할 것으로 판단되며 또한 지속적인 개선 및 검증 작업이 수행되어야 할 것이다.

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