[논문]원형 철근콘크리트 교각의 횡방향 철근에 따른 내진성능평가 : II. 성능평가

김태훈; 김영진; 강형택; 신현목

doi:10.12652/ksce.2006.26.2a.351

초록
AI-Helper

이 연구에서는 원형 철근콘크리트 교각의 횡방향 철근에 따른 내진성능평가를 위한 비선형 유한요소해석 기법을 제시하였다. 이 논문에서는 원형 철근콘크리트 교각의 이력거동의 예측에 근거한 손상지수를 제시하였다. 손상지수는 지진하중하의 원형 철근콘크리트 교각의 손상을 수치적으로 정량화하는 방법으로서 제안되었다. 제안한 해석기법을 실험된 철근콘크리트 교각에 적용하여 비교, 분석하였다. 제안된 해석기법은 조사된 실험체에 대하여 하중단계에 따라 내진성능을 정확하게 예측하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, nonlinear finite element analysis procedures are presented for the seismic performance assessment of circular reinforced concrete bridge piers with confinement steel. This paper defines a damage index based on the predicted hysteretic behavior of a circular reinforced concrete bridge ...

In this study, nonlinear finite element analysis procedures are presented for the seismic performance assessment of circular reinforced concrete bridge piers with confinement steel. This paper defines a damage index based on the predicted hysteretic behavior of a circular reinforced concrete bridge pier. Damage indices aim to provide a means of quantifying numerically the damage in circular reinforced concrete bridge piers sustained under earthquake loading. The proposed numerical method is applied to circular reinforced concrete bridge piers with confinement steel tested by the authors. The proposed numerical method gives a realistic prediction of seismic performance throughout the loading cycles for several test specimens investigated.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

이 연구에서는 다자유도계 구조물의 적용에 한계를 보일 수 있는 역량스펙트럼법의 단점을 보완한 기존의 지진손상 평가 법(김태훈 등, 2003; Kim 등, 2005)을 확장하여 철근콘크리트 교각의 내진성능을 해석적으로 평가하고자 한다. 지진손상 평가법은 손상지수의 산출이 가능한 비선형 유한요소해석을 이용하여 다자유도계 구조물의 실제거동을 모사할 수 있다.
이 연구의 목적은 지진하중을 받는 원형 철근콘크리트 교각의 횡방향 철근에 따른 내진성능을 평가하기 위해 제안한 해석기법을 연계논문의 실험결과와 비교함으로써 그 타당성을 검증하는데 있다.

제안 방법

연계논문에서는 원형 철근콘크리트 교각의 내진성능을 파악하기 위한 실험적, 해석적 연구 내용을 상세히 다루었다. 이 논문에서는 기존의 지진손상 평가법(김태훈 등, 2003; Kim 등, 2005)을 확장하여 원형 철근콘크리트 교각의 횡방향 철근에 따른 내진성능을 해석적으로 평가하였다.
이 연구에서는 저자 등에 의하여 그 동안 개발된 철근콘크리트 평면응력, 그리고 경계면 요소 등(김태훈, 2003; Kim 등, 2003; Kim 등, 2005)을 미국 버클리 대학의 Taylor가 개발한 범용 유한요소해석 프로그램인 FEAP (Taylor, 2000)에 이식하여 모듈화된 비선형 유한요소해석 프로그램 RCAHEST(Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology) (김태훈 등, 2001)에 수정을 가하여 사용하였다.
이러한 구조물레벨의 손상지수 산정법은 구조물의 손상을 정량적으로 평가할 수 있는 방법이기는 하지만 각 하중단계에서의 기본주기를 계산하는 등의 번거로움이 있다. 이에 기존의 연구에서는 비선형 유한요소해석을 전제로 하여 유한요소해석에서 필연적으로 계산되는 가우스적분점에서의 변형률을 이용하여 해석프로그램에서 직접 손상지수를 산정할 수 있는 방법을 개발하였다. 즉, 비탄성 해석으로 얻어지는 콘크리트와 철근의 극한변형률에 근거한 파괴기준을 토대로 요소레벨의 손상지수를 개발하였다.
이에 기존의 연구에서는 비선형 유한요소해석을 전제로 하여 유한요소해석에서 필연적으로 계산되는 가우스적분점에서의 변형률을 이용하여 해석프로그램에서 직접 손상지수를 산정할 수 있는 방법을 개발하였다. 즉, 비탄성 해석으로 얻어지는 콘크리트와 철근의 극한변형률에 근거한 파괴기준을 토대로 요소레벨의 손상지수를 개발하였다. 파괴기준은 크게 콘크리트의 압축파괴와 전단파괴, 그리고 철근의 인장파괴로 나누어 볼 수 있으며 이를 토대로 각 해석단계의 변형률에 해당하는 손상지수를 구한다.
이 연구에서는 기존의 지진손상 평가법(김태훈 등, 2003; Kim 등, 2005)을 확장하여 표 2와 같이 성능수준과 함께 비교하여 나타냄으로써 철근콘크리트 교각의 내진성능 평가가 가능하도록 하였다. 완전기능 수준은 손상이 거의 발생하지 않아 보수가 요구되지 않으며 기능수행 수준은 경미한 손상이 발생하여 보수가 필요한 상태이다.
이 연구에서는 지진하중을 받고 있는 원형 철근콘크리트 교각의 횡방향 철근에 따른 내진성능을 평가하기 위해 해석기법과 모델을 제시하였고 제안된 해석기법과 모델을 적용한 비선형 유한요소해석 프로그램을 사용하여, 지진하중이 작용하는 철근콘크리트 교각을 해석하였다. 실험결과와 비교검토된 수치예제로부터 다음의 결론을 얻었다.
2. 이 연구에서는 하중 재하에 따른 구조물의 손상정도를 수치적으로 표현하며 전체 구조물의 성능특성을 나타낼 수 있는 손상지수에 의한 내진성능 평가기법을 제안하였다.

대상 데이터

이 연구에서 제안한 해석기법과 모델의 타당성을 검증하기 위해서 연계논문의 원형 철근콘크리트 교각 실험체를 선정하였다. 이 실험체를 해석 예로 채택한 이유는 철근콘크리트 교각의 횡방향 철근에 따른 내진성능을 정량화시킨 실험이기 때문이다.
이 연구에서 수행된 내진성능평가 예로서 55 mm 간격의 심부구속철근을 갖는 실험체 CC10-55-1의 실험결과를 재하 단계별로 기술하면 다음과 같다. Drift 0.

성능/효과

0%에서 종방향 철근이 파단이 일어나 실험을 종료하였다(그림 19(e)). 이에 대하여 해석결과의 재하 단계별 손상지수 값은 drift 0.25%에서 0.05, 0.5%에서 0.08, 1.0%에서 0.15, 1.5%에서 0.21, 2.0%에서 0.25, 2.5%에서 0.31, 3.0%에서 0.37, 4.0%에서 0.47, 5.0%에서 0.59, 그리고 6.0%에서 0.81을 나타내고 있다. 이 해석결과에 나타난 손상지수의 값을 2.
하중재하에 따른 요소레벨의 손상지수의 변화를 나타내는 그림 20은 이 실험의 변수로 사용한 횡방향 철근량에 따른 실험체의 거동특성을 비교한 것으로 횡방향 철근의 증가에 따라 손상이 지연되는 실험결과를 해석결과가 잘 모사하고 있다. 해석결과의 재하 단계별 손상지수 값을 확인해보면 drift 1.5%에서 CC20-55-1 실험체는 0.21, CC20-80-1 실험 체는 0.25, CC20-140-1 실험체는 0.33이다. 그리고 drift 3.
0이다. 즉 80 mm와 140 mm 간격의 횡방향 철근을 갖는 CC20-80-1 실험체와 CC20-140-1 실험체보다 55 mm 간격의 횡방향 철근을 갖는 CC20-55-1 실험체가 동일한 하중단계에서 손상이 지연되고 있음을 확인할 수 있다.
0이다. 즉 축력비가 10%인 CC10-80-1 실험체보다 축력비가 20%인 CC10-80-2 실험체가 동일한 하중단계에서 손상이 진전되고 있음을 확인할 수 있다.
1. 제안한 해석기법과 모델이 지진하중을 받는 원형 철근콘크리트 교각의 횡방향 철근에 따른 전반적인 거동특성을 바르게 표현하고 있음이 입증되었다.
3. 교각의 손상메커니즘은 실험과 해석결과 모두 수평균열의 진전후, 콘크리트 피복이 박리이탈되고 종방향 철근의 좌 굴이 일어났다. 여기에 좌굴이 현저하게 되면 내부콘크리트의 손상으로 진행되며 최종적으로 종방향 철근의 파단이 생겼다.
81을 나타내고 있다. 이 해석결과에 나타난 손상지수의 값을 2.3절에 기술한 성능평가 기법으로 표현하면, drift 0.25%에서는 완전기능 수준으로 손상이 거의 발생하지 않아 보수가 요구되지 않는 상태이다. Drift 1.

후속연구

4. 지진하중을 받는 철근콘크리트 교각의 응답특성 및 지진 손상을 제대로 평가함으로써 철근콘크리트 교각구조의 내진성능평가 및 설계검토 등에 충분히 활용될 수 있을 것이다.
5. 성능기반 내진설계개념에 접목하여 비선형 유한요소해석을 이용한 합리적이고 경제성 있는 차세대 내진설계 법의 개발 등에 유용하게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
일련의 해석결과와 실험결과의 비교로부터 이 연구에서 제안하고 있는 방법은 지진하중과 같은 반복하중에 의한 철근콘크리트 교각의 내진성능을 적절히 평가하고 있으며, 개발된 철근콘크리트 구조물의 비선형 유한요소해석 프로그램 (RCAHEST)을 이용함으로써, 신설 또는 기존 철근콘크리트 교각의 내진성능평가가 가능할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	구조물에 대한 적절한 내진성능의 평가가 시급히 필요한 이유는?	지진의 규모와 빈도 및 그로 인한 피해가 증가 추세에 있는 현 상황에서 지진으로 인한 기반시설과 인명의 피해를 최소화 또는 방지하기 위해서는 구조물에 대한 적절한 내진성능의 평가가 시급히 필요한 실정이다. 이에 많은 연구자들이 실험적, 해석적 방법에 의하여 교각의 내진성능평가를 시도하였다(김익현 등, 2004; 이도형, 2004; 이재훈 등, 2002;정영수 등, 2004).
	성능기초 내진설계를 위한 역량 스펙트럼 방법이란?	성능기초 내진설계에 있어서 구조물의 내진성능 평가는 대상으로 하는 지진레벨에 대하여 목표성능을 달성하는지를 검토하는 방법으로서 설계지진에 저항하기 위하여 구조물에 요구되는 소요역량(demand)과 구조물이 보유하고 있는 공급역량(capacity)을 서로 비교함으로써 내진성능을 평가할 수 있다. 이러한 역량스펙트럼(capacity spectrum) 방법은 기존 구조물의 내진성능을 평가할 수 있는 유용한 방법 중의 하나이다. 이는 비선형해석(push-over analysis)으로 얻을 수 있는 대상 구조물 전체의 공급역량곡선(capacity curve)과 구조물의 설계지진레벨에 대한 응답스펙트럼을 동일한 그래프 상에서 도식적으로 비교함으로써 지진지반운동에 대하여 구조물이 어떻게 응답을 하는지를 나타낼 수 있다(ATC, 1996). 그러나 설계지진에 대한 응답스펙트럼을 따로 구해야 하며 구조물의 공급역량과 소요역량을 동일한 스펙트럼 위로 변환해야 하는 번거로움이 따른다.
	교각의 내진성능은 어떻게 평가하는가?	교각의 내진성능은 실험 또는 해석에 의한 하중-변위 관계를 이용하여 성능기초 내진설계(performance-based seismic design) 개념을 바탕으로 평가할 수 있다. 성능기초 내진설계에 있어서 구조물의 내진성능 평가는 대상으로 하는 지진레벨에 대하여 목표성능을 달성하는지를 검토하는 방법으로서 설계지진에 저항하기 위하여 구조물에 요구되는 소요역량(demand)과 구조물이 보유하고 있는 공급역량(capacity)을 서로 비교함으로써 내진성능을 평가할 수 있다.

참고문헌 (14)

김익현, 선창호, 이종석(2004) 전단거동이 우세한 기둥의 비선형 해석에 관한 연구. 한국콘크리트학회논문집, 한국콘크리트학회, 제16권 4호, pp. 467-476

원문보기 상세보기
김태훈(2003) 비선형 유한요소해석을 이용한 철근콘크리트 교각의 내진성능평가 박사학위논문, 성균관대학교
김태훈, 신현목(2001) Analytical Approach to Evaluate the Inelastic Behaviors of Reinforced Concrete Structures under Seismic Loads. 한국지진공학회논문집, 한국지진공학회, 제5권 2호, pp. 113-124

원문보기 상세보기
김태훈, 유영화, 신현목(2000) 등가환산단면을 이용한 원형 철근 콘크리트 교각의 비탄성 해석. 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제20권 제5-A호, pp. 755-763
이도형(2004) 철근콘크리트 교각의 비선형 지진변형 해석, 대한 토목학회논문집, 대한토목학회, 제24권 제5-A호, pp. 1083-1091
이재훈, 석상근, 윤석구(2002) 원형띠철근 교각의 내진성능에 관 한 실험적 연구. 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제22권 제 1-A호, pp. 159-170
정영수, 박창규, 이은희(2004) 형상비 2.5의 RC 교각의 내진 곡률연성도. 한국지진공학회논문집, 한국지진공학회, 제8권 3호, pp. 1-12
Applied Technology Council (ATC). (1996) Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings. ATC-40 Report, Redwood City, California
Federal Emergency Management Agency (FEMA). (1997) NEHRP guidelines of the seismic rehabilitation of buildings. FEMA 273, Washington, D. C
Hindi, R.A. and Sexsmith, R.G. (2001) A Proposed Damage Model for RC Bridge Columns under Cyclic Loading. Earthquake Spectra, Vol. 17, No.2, pp. 261-290

상세보기
Kim, T.H., Lee, K.M., Chung, Y.S., and Shin, H.M. (2005) Seismic Damage Assessment of Reinforced Concrete Bridge Columns. Engineering Structures, Vol. 27, No.4, pp. 576-592

상세보기
Kim, T.H., Lee, K.M., Yoon, c.Y, and Shin, H.M. (2003) Inelastic Behavior and Ductility Capacity of Reinforced Concrete Bridge Piers under Earthquake. I: Theory and Formulation. Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 129, No.9, pp. 1199-1207

상세보기
Lehman, D., Moehle, J., Mahin, S., Calderone, A., and Henry, L. (2004) Experimental Evaluation of the Seismic Performance of Reinforced Concrete Bridge Columns. Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 130, No.6, pp. 869-879

상세보기
Taylor, R.L. (2000) FEAP - A Finite Element Analysis Program, Version 7.2 Users Manual, Volume 1 and Volume 2

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] 원형 철근콘크리트 교각의 횡방향 철근에 따른 내진성능평가 : II. 성능평가
Seismic Performance Assessment of Circular Reinforced Concrete Bridge Piers with Confinement Steel: II. Performance Assessment 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (14)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 원형 철근콘크리트 교각의 횡방향 철근에 따른 내진성능평가 : II. 성능평가 Seismic Performance Assessment of Circular Reinforced Concrete Bridge Piers with Confinement Steel: II. Performance Assessment 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (14)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김태훈 (73) 김영진 (132) 강형택 (5) 신현목 (86)

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문 더보기

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 원형 철근콘크리트 교각의 횡방향 철근에 따른 내진성능평가 : II. 성능평가
Seismic Performance Assessment of Circular Reinforced Concrete Bridge Piers with Confinement Steel: II. Performance Assessment 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

활용도 Top5 논문