[논문]원형 철근콘크리트 교각에 대한 연성도 내진설계법의 안전성

이재훈; 황정길; 최진호

doi:10.4334/jkci.2008.20.2.193

[국내논문] 원형 철근콘크리트 교각에 대한 연성도 내진설계법의 안전성
Safety of Ductility Demand Based Seismic Design for Circular RC Bridge Columns 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.20 no.2, 2008년, pp.193 - 202

이재훈 (영남대학교 토목공학과) , 황정길 ((주)동호) , 최진호 (영남대학교 토목공학과)

초록
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현행 도로교설계기준의 내진설계기준은 완전연성 설계 개념을 채택함으로써, 과도하게 배근되는 횡구속철근으로 인하여 현장 시공에 어려움을 겪는 사례가 많이 있다. 이것은 한반도와 같은 중 약진직역에서 완전연성이 필요하지 않는 경우가 일반적임에도 불구하고 완전연성을 확보하기 위한 심부 구속철근량이 배근되기 때문이다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 한정연성 설계개념을 도입한 연성도 내진설계법이 제안된 바 있다. 연성도 내진설계법에서는 재료강도와 함께 소요연성도와 형상비를 변수로 하여 횡구속철근량을 결정하는 산정식을 사용하고 있다. 본 논문은 횡구속철근 산정식을 중심으로 연성도 내진설계법의 안전성을 검증함을 목적으로 한다. 국내 외에서 수행된 89개의 원형단면 기둥 실험 결과를 대상으로 변위연성도 안전율을 검토한 결과 1.11$\sim$3.98 사이의 값을 보였으며, 평균 변위연성도 안전율은 1.90으로 충분한 안전율을 보였다. 이 논문에서는 또한 연성도 내진설계법의 구체적인 설계절차도 소개하였으며, 횡구속철근의 설계에 고려되는 주요 변수들이 변위연성도 안전율에 주는 영향도 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Seismic design for bridge columns of the current Korea Highway Bridge Design Specifications which adopt full ductility design concept results in reinforcement congestion problems in construction site. It is due to large amount of confining steel is required even for small ductility demand which is a normal case in low and moderate seismicity regions like Korean peninsular. Therefore a new seismic design method based on limited ductility concept was proposed, which is called ductility demand based design method. It uses the new confining steel design equation considering ductility demand and aspect ratio of the column as well as material strength. The purpose of this study is to verify safety of the ductility demand based design method by the confining steel design equation. Eighty nine circular column test results are selected and investigated in terms of ductility factor and its safety. The safety factor for the circular column test results ranges between 1.11 and 3.98, and the average is 1.90. In this paper, the basic concept and detailed design procedure of the ductility demand based design method are also introduced as well as the investigation of the safety with respect to the major variables in confining steel design.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 국내·외에서 수행된 총 89개 (국내 63개, 국외 26개)의 원형기둥 실험 결과를 대상으로 변위연성도 실험값과 연성도 내진설계법의 소요 횡구속철근식으로 계산된 변위연성도를 비교 분석하여, 원형 철근콘크리트 교각에 대한 연성도 내진설계법의 안전성을 검증하고자 한다.

제안 방법

차량하중 등 상시하중에 대하여 교각의 단면 형상, 단면의 크기, 축방향철근을 결정하는 설계를 수행한다.
원형 철근콘크리트 기둥의 실험적 연구 결과^4,13-31)를 토대로 실험에 의한 변위연성도와 연성도내진설계법의 소요 횡구속철근식에 의한 변위연성도를 비교 분석하였다.
극한변위에 대한 정의는 Figs. 4와 5에 나타낸 바와 같이 하중-변위 포락곡선 상에서 철근의 파단 없이 최대 횡력 이후 횡력이 20%가 감소하거나, 횡방향철근 또는 축방향철근이 파단된 변위를 극한변위로 결정하였다.
각 변수들에 대하여 실험체의 변위연성도 (µ∆test, µ∆eq)의 경향을 분석하고, 변위연성도 실험값 (µ∆test)과 제안식으로 계산된 변위연성도 (µ∆eq)의 비율을 변위연성도 안전율 (safety factor)로 정의하여 안전성을 검증하였으며, 그 결과는 Table 4에 나타나 있다.

대상 데이터

분석 대상은 총 89개 (국내 63개, 국외 26개)의 원형기둥 실험체로서, 축방향철근의 연결부가 없고 횡방향철근으로는 나선철근 또는 원형띠철근이 배근된 실험체들이다. 실험체의 각 변수 범위는 Table 2에 나타나 있으며, 각 실험체의 콘크리트 압축강도, 축방향철근비, 횡구속철근비, 축력비, 형상비, 축방향철근과 심부 구속철근의 항복강도 등 구체적인 변수 및 상세는 Table 3에 나타나 있다.
국내·외에서 수행된 총 89개 (국내 63개, 국외 26개)의 원형기둥 실험 결과를 대상으로 원형 철근콘크리트 교각에 대한 연성도 내진설계법의 안전성을 검증한 결과는 다음과 같다.

성능/효과

총 89개 실험체에 대한 분석 결과 각 실험체의 변위연성도 안전율은 모두 1.0을 초과하여 1.11~3.98 범위의 값을 보였고, 평균 변위연성도 안전율은 1.90으로 나타났다. 따라서 연성도 내진설계법이 충분한 안전성을 제공하는 것으로 판단된다.
5) 소요연성도가 작은 경우, 연성도 내진설계법을 적용하여 현행 설계기준에 규정된 심부 구속철근량보다 적은 양의 횡구속철근을 배근하더라도, 소요연성도가 큰 경우보다 파괴에 대한 안전율이 더 크므로, 연성도 내진설계법은 중·약진지역에 합리적인 설계법이라고 판단된다.
1) 89개 실험체의 변위연성도 실험값과 연성도 내진설계법의 소요 횡구속철근식으로 계산된 변위연성도가 횡구속철근 강재지수, 축방향철근 강재지수, 축력비, 형상비 등 변수에 따라 동일한 경향을 보이므로, 연성도 내진설계법에 따른 교각의 횡구속철근 설계는 실제 교각의 연성거동 특성을 반영하는 것으로 판단된다.
2) 89개 실험체의 변위연성도 안전율이 모두 1.0을 초과하여 1.11~3.98 사이의 값을 보이며, 평균 변위연성도 안전율이 1.90으로 나타남으로써, 연성도 내진 설계법이 충분한 안전성을 제공하는 것으로 판단된다.
3) 단면 지름이 1,200 mm 이상인 실물 크기에 해당하는 실험체의 변위연성도 안전율은 2.08~3.98의 범위로, 단면 지름이 152~600 mm인 축소모형 크기의 실험체보다 더 큰 경향을 보이며, 휨 거동 및 휨 파괴에 있어서는 부재의 크기 효과가 미미한 것으로 판단된다.
4) 연성도 내진설계법의 안전율에 가장 큰 영향을 주는 변수는 횡구속철근, 축방향철근, 축력비, 형상비의 다른 변수들보다 더 큰 영향을 준다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	연성도 내진설계법의 특징은?	연성도 내진설계법의 특징은 교각의 소요 연성도에 따라 필요한 만큼 심부 구속철근을 배근하는 것이다. 현행 도로교설계기준의 내진설계 개념은 탄성 또는 완전연성으로 구분하기 때문에 설계지진하중에서 교각이 탄성 범위를 넘게 될 것으로 예측되는 경우, Fig.
	현행 도로교설계기준의 내진설계 개념은 어떻게 구분되는가?	연성도 내진설계법의 특징은 교각의 소요 연성도에 따라 필요한 만큼 심부 구속철근을 배근하는 것이다. 현행 도로교설계기준의 내진설계 개념은 탄성 또는 완전연성으로 구분하기 때문에 설계지진하중에서 교각이 탄성 범위를 넘게 될 것으로 예측되는 경우, Fig. 1에서 실선으로 나타낸 바와 같이 소요 연성도에 관계없이 무조건 완전연성을 만족하도록 심부 구속철근을 배근하여야 한다.
	횡구속 철근으로 인해 어려움을 겪는 이유는?	국내에서 교량에 대한 내진설계기준이 제정된 이후, 철근콘크리트 교각에 과도하게 배근되는 횡구속 철근으로 인하여 현장 시공에 어려움을 겪는 사례가 많이 있다. 그 이유 중 하나는 도로교내진설계기준1)의 규정이 완전연성 (full ductility) 개념의 AASHTO2)를 바탕으로 하여 완전연성이 필요하지 않는 경우에도 완전연성을 확보하기 위한 심부 구속철근량이 배근되기 때문이다. 이러한 문제점을 해결하고 합리적인 내진설계 방안을 제시하기 위한 노력으로, 지난 10여 년간 한국지진공학연구센터 (KEERC)의 연구 등 많은 연구 성과가 있었다.

참고문헌 (31)

한국도로교통협회, 도로교설계기준, 건설교통부, 2005, 498pp
AASHTO, 17th Ed, American Association of State Highway and Transportation Officials, USA, 2002, 472pp
정영수, 박창규, 이은희, "지진을 경험한 형상비 2.5 RC 교각의 내진 변위 연성도 평가", 한국지진공학회 논문집, Jun. 2003, pp.79-88
이재훈, 배성용, 이형준, "나선절근교각의 내진성능실험", 대한토목학회 논문집, 21권 1-A호, 2001, pp.719-728
김재관, 김익현, "Seismic Design in Low or Moderate Seismicity Regions: Suggested Approaches", 한국지진공학회 논문집, 2권 3호, 1999, pp.99-109
박종협, 조창백, 박희상, 정영수, "중.약진지역의 원형 내진 RC교각의 내진성능평가", 한국콘크리트학회, 봄 학 술발표회 논문집, 12권, 1호, 2000, pp.452-457
손혁수, 이재훈, "지진하중을 받는 철근콘크리트 교각의 연성도 상관관계", 한국지진공학회논문집, 7권 4호, 2003, pp.51-61

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손혁수, 이재훈, "지진하중을 받는 철근콘크리트 교각의 소요연성도에 따른 심부구속철근량", 콘크리트학회 논문집, 15권 5호, 2003, pp.715-725

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이재훈, 손혁수, 고성현, 최진호, "철근콘크리트 교각의 연성요구량에 따른 내진설계", 한국지진공학회, 추계학술 발표회, 호서대학교, 6권 2호, 2002, pp.316-321
이재훈, 손혁수, 고성현, "균일 안전성 확보를 위한 철근콘 크리트 교각의 연성도 내진설계", 한국지진공학회 워크숍, 한국전력공사 전력연구원, Sep. 2004, pp.312-326
이재훈, 김익현 외 11명, 콘크리트 교각의 성능기반 설 계기술 개발, 1-24과제 3차년도 보고서, 교량설계핵심기 술연구단 (KBRC), Dec. 2006
ATC/MCEER, Recommended LRFD Guidelines for the Seismic Design of Highway Bridges, ATC Report ATC-49a and MCEER Technical Report MCEER-02- SP01, Nov. 2001., pp.7-2
이재훈, 배성용, 윤석구, "나선철근교각의 내진성능실험", 대한토목학회 논문집, 21권, 1-A호, 2001, pp.109-121
이재훈, 김광수, 배성용, 윤석구, "고강도콘크리트 나선 철근교각의 내진거동특성", 대한토목학회 논문집, 21권, 5-A호, 2001, pp.707-718
이재훈, 석상근, 윤석구, "원형띠철근 교각의 내진성능에 관한 실험적 연구", 대한토목학회 논문집, 22권, 1-A호, 2002, pp.159-170
이재훈, 김광수, 배성용, "지진하중에 대한 고강도콘크 리트 나선철근교각의 한정연성거동" 대한토목학회 논문집, 23권, 3A호, 2003, pp.385-395
이재훈, 정철호, 고성현, 손혁수., "반복횡하중을 받는 철 근콘크리트 원형 교각의 축방향철근 연결상세에 따른 강 도저감 및 괴거동", 콘크리트학회 논문집, 16권 1호, 2004, pp.111-124

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정영수, 이강균, 한기훈, 이대형, "유리섬유 보강 원형 철 근콘크리트 교각의 내진성능에 관한 준정적 실험연구", 대한콘크리트학회 논문집, Oct. 1999, pp.107-118
권순홍, 철근콘크리트 교각의 연성거동에 관한 실험적 연구, 영남대학교 석사학위논문, 2005, pp.50-78
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

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정영수, 이재훈, 김재관 등, 고속도로 기존교량의 유형별 내진성능 평가를 위한 실험적 연구, 한국도로공사, 2001, pp.61-638
박진영, 정영수, 박창규, 김영섭, 이대형, "철근 콘크리 트 교각의 주철근 이음방법에 따른 내진성능 평가", 한 국콘크리트학회, 가을 학술발표회 논문집, 14권 2호. 2002, pp.323-328
Petrovski, Jakim and Ristic, Danilo, Reversed Cyclic Loading Test of Bridge Column Models, Report ZZ 84-164, Institute of Earthquake Engineering and Engineering Seismology, September 1984, 62pp
Lim, Kuang Y., McLean, David I., and Henley, Edward H., Moment-Reducing Hinge Details for the Bases of Bridge Columns, Transportation Research Record, No.1275, Transportation Research Board, Washington, D.C., 1991, 11pp
McLean, David L. and Lim, Kuang Y., Mormant-Reducing Hinge Details for the Bases of Bridge Columns, Report No.WA-RD 220.1, Washington State Department of Transportation, Planning, Research and Public Transportation Division, Oct. 1990, 36pp
Lim, K. Y. and McLean, D. I., "Scale Model Studies of Moment-Reducing Hinge Details in Bridge Columns", ACI Structural Journal, Vol.88, No.4, 1991, pp.465-474
Stone, William C. and Cheok, Geraldine S., Inelastic Behavior of Full-Scale Bridge Columns Subjected to Cyclic Loading, NIST BSS 166, Building Science Series, Center for Building Technology, National Engineering Laboratory, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland, 20899, Jan. 1989, 252pp
Cheok, G. S. and Stone, William C., Behavior of 1/6-Scale Model Bridge Columns Subjected to Cycle Inelastic Loading, NBSIR 86-3494, Center for Building Technology, National Engineering Laboratory, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland, 20899, Nov. 1986, 291pp
Sritharan, S. Priestley, M. J. N., and Seible F., Seismic Response of Column/Cap Beam Tee Connections with Cap Beam Prestressing, University of California, San Diego, Structural Systems Research Project, Report No.SSRP-96/ 09, Dec. 1996
Kunnath, Sashi, K. El-Bahy, Ashraf Taylor, Andrew, and Stone, William, Cumulative Seismic Damage of Reinforced Concrete Bridge Piers, Technical Report NCEER-97-0006, National Center for Earthquake Engineering Research, Sep. 1997, 147pp
Kunnath, Sashi, K. El-Bahy, Ashraf Taylor, Andrew, and Stone, William, Cumulative Seismic Damage of Reinforced Concrete Bridge Piers, Technical Report NCEER-97-0006, National Center for Earthquake Engineering Research, Sep. 1997, 147pp

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