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가설 설정
- (a)는 축방향철근비를 0.02로 가정하였으며 신뢰도기반과 본 연구의 평가식은 각각 연성도 5와 8이상에서는 콘크리트의 전단강도를 “0”로 보고 있는 반면, Sezen et al.
제안 방법
- (11) 본 연구에서는 다양한 연구자들이 수행한 실험결과(8)를 분석하여 김익현등(2009)이 제안한 초기전단강도 평가식(11)을 연성도(μ)에 따른 강도감소를 예측할 수 있도록 수정·제안하였다.
- (8)의 평가식과 신뢰도기반 도로교설계기준안의 연성도 설계에 도입된 전단강도 평가식(이하 “신뢰도기반”)(12)을 선정하였다.
- 따라서, 변위연성도에 따른 보정계수도 사각단면 기둥의 휨-전단 실험 결과에 기초하여 제안되어야 한다. 그러나, 국내에서는 사각단면 기둥의 휨-전단 실험이 거의 수행되지 않아 국외의 실험자료를 참고하여 변위연성도 보정계수를 산정하였다. 참고로 한 실험자료는 Sezen et al.
- (11) 변위연성도(μ)에 따른 보정계수(γ)는 다른 연구자의 중실사각단면 기둥의 실험결과로부터 산정되었다. 따라서, 본 연구에서 제안된 전단강도 평가식의 타당성을 검증하기 위하여 중실사각단면 기둥과 중공사각단면 기둥으로 나누어 다른 연구자의 경험식과 비교하여 평가하였다. 다른 연구자의 경험식으로는 전단강도를 비교적 잘 예측하는 Sezen et al.
- 변위연성도의 경우 항복변위(δy)의 정의에 의해 차이를 나타내게 되지만 본 연구에서는 실험결과에서 제공한 변위연성도를 그대로 사용하여 제안식과 비교하였다.
- 본 연구에서는 다양한 연구자들이 수행한 실험결과를 분석하여 김익현등(2009)이 제안한 초기전단강도 평가식을 연성도(μ)에 따라 콘크리트 전단강도감소를 예측할 수 있도록 수정․제안하였다.
- 본 연구의 제안식에서는 형상비(a/d)에 따라 초기전단강도가 다르기 때문에 실험결과는 형상비가 동일한 시험체에 대해서 각각 비교․분석하였다. 그림 1(a)는 형상비 3.
- (8)와 신뢰도기반 전단강도 평가식에 중공단면 시험체의 복부면적(bwd)을 적용한 전단강도(Vcal)와 실험결과(Vtest)의 비를 나타낸 것이다. 본 연구의 제안식은 중공사각단면에 대해서도 유효면적(Ae = 0.8Ag)을 적용하는 것으로 제안하였기 때문에 유효면적을 적용하였다. 복부면적(bwd)를 적용할 경우 신뢰도기반의 전단강도 평가식과 Sezen et al.
- 본 연구의 제안식은 중실 및 중공단면에 관계없이 반복하중에 대해서는 유효면적(Ae = 0.8Ag)를 적용하고, 단조증가 하중에 대해서는 전단면적(Ag)를 적용하나, Sezen et al.(8)의 제안식은 중실단면을 대상으로 하였기 때문에 중공단면의 적용면적에 대해서는 언급이 없다.
- 이에 본 연구에서는 타 연구자들이 수행한 휨-전단실험결과를 분석하여 변위연성도(μ)에 따른 보정계수(식 1)의 계수 γ)를 고려하는 새로운 전단강도 평가식을 제안하였으며 타 연구자들의 실험결과와 평가식을 이용하여 타당성을 검증하였다.
- 변위 연성도가 커지면 균열면이 압축연단으로 크게 상승되어 콘크리트의 전단강도를 무시할만 하다. 전단강도에는 여러 변수가 복합적으로 작용하기 때문에 모든 경우에 따라 다른 보정계수를 도입하기 보다는 일관성을 유지하기 위해 형상비 3.0 이상에서 산정된 보정계수를 동일하게 적용하였다. 따라서, 형상비가 작아지면 초기전단강도가 증가하기 때문에 변위연성도에 따른 전단강도의 감소율은 형상비가 작을수록 커지는 특성을 나타내게 된다.
- (11) 본 연구에서는 다양한 연구자들이 수행한 실험결과(8)를 분석하여 김익현등(2009)이 제안한 초기전단강도 평가식(11)을 연성도(μ)에 따른 강도감소를 예측할 수 있도록 수정·제안하였다. 제안된 평가식은 다른 연구자의 전단강도 평가식과 비교하여 타당성을 검토하였다.
- 본 연구에서는 다양한 연구자들이 수행한 실험결과를 분석하여 김익현등(2009)이 제안한 초기전단강도 평가식을 연성도(μ)에 따라 콘크리트 전단강도감소를 예측할 수 있도록 수정․제안하였다. 제안된 평가식은 다른 연구자의 전단강도 평가식과 비교하여 타당성을 평가하였다. 본 연구의 주요 결과를 요약하면 다음과 같다.
대상 데이터
- 중공사각단면 기둥에 대한 휨-전단실험은 국내・외에서 제한적으로 수행되어 비교대상 시험체가 많지 않다. 따라서 본 연구에서는 타 연구자의 중공단면 시험체 7기(13-16)와 선창호 등(11)이 기 수행한 시험체 8기를 대상으로 비교・검토하였다. 표 6은 이들 중공단면 시험체의 특성을 나타낸 것이다.
- 중실사각단면의 전단강도 평가식을 비교하기 위한 대상 시험체는 표 1의 48개 시험체이다. 표 4는 본 연구의 제안식, Sezen et al.
성능/효과
- 1. 참고문헌에 제공된 48기의 중실사각단면 시험체의 실험 결과를 분석하면, 콘크리트의 전단강도는 변위연성도 2에서 8까지 선형으로 감소하는 형태가 가장 잘 부합하는 것으로 나타났다.
- 4. 중공사각단면 15기 시험체의 실험결과를 대상으로 본 연구의 제안식을 평가한 결과, 평균 전단강도비가 1.002로 실험에서의 전단강도를 전체적으로 거의 정확하게 예측하고 있으며, 분산도도 0.009로 다른 제안식보다 분산 정도가 작아 예측정도가 크게 향상되었다.
- 5. 본 연구에서 제안한 전단강도 평가식은 중실 및 중공사각단면 모두에서 초기전단강도와 변위연성도에 따른 전단강도를 잘 예측할 수 있음을 확인하였다.
- (8)의 평가은 표 8과 같이 분산도가 크게 발생함을 알 수 있다. 따라서 본 연구의 제안식은 중실사각단면 뿐만 아니라 중공사각단면에서 전단강도를 가장 잘 예측하고 있음을 확인하였다.
- 0 이상의 실험결과(그림 1의 (a))에 가장 잘 부합되도록 다른 경험식과 마찬가지로 선형으로 감소하는 형태로 하였다. 본 연구에서 사용한 실험결과에서는 변위연성도 6 이상의 결과가 없어 그 이상의 변위연성도를 포함한 적합한 보정계수를 찾기는 어려우나 시험결과와 가장 잘 부합되도록 변위연성도 8에서 전단강도가 0이 되도록 하였다. 변위 연성도가 커지면 균열면이 압축연단으로 크게 상승되어 콘크리트의 전단강도를 무시할만 하다.
- 본 연구의 제안식에서 형상비(a/d)와 축방향철근비(ρl)의 영향을 고려한 초기전단강도는 중공사각단면 시험체의 실험결과와 콘크리트 기둥의 역학적 특성을 고려하여 제안된 식으로 중실사각단면 기둥에서도 잘 적용되는 것을 확인하였다.
- 따라서, 중공사각단면 기둥의 전단강도 평가시 복부면적(bwd)보다는 유효면적(Ae)를 적용하는 것이 합리적이다. 본 연구의 제안식은 표 10과 같이 평균이 1.002로 실험에서의 전단강도를 전체적으로 거의 정확하게 예측하고 있으며, 분산도도 0.009로 다른 제안식의 0.067, 0.051 보다 크게 향상되어 예측정도가 크게 향상된 것을 알 수 있다.
- 실험에 의한 전단강도(Vtest)와 각 평가식의 예측 전단강도(Vcal)의 비(Vtest/Vcal)를 표시하면 그림 3과 같으며 평균전단강도비와 분산도, 표준편차를 계산하면 표 5와 같다. 본 연구의 제안식의 평균이 1.053이고, 다른 제안식의 평균은 1.184, 1.244로 예측정도가 향상되었으며 분산도에서도 본 연구의 제안식이 0.028로 가장 작아 예측정도가 크게 향상된 것을 알 수 있다.
후속연구
- 그러나 이러한 내진설계개념은 지나치게 보수적이어서 보다 합리적이고 경제적인 설계를 위해서 교각의 연성도에 기반한 내진설계가 요구되고 있다.(2),(3) 연성도에 기반한 내진설계를 수행하기 위해서는 목표연성도를 확보하기 위한 적절한 수준의 횡구속이 산정되어야 하고 목표 연성도 발휘 이전에 전단파괴가 발생하지 않는 것을 확인하여야 한다. 이를 위해서는 연성도에 기반한 신뢰성 있는 전단강도 평가식이 필요하다.
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