5층 이하 비내진상세를 가지는 철근콘크리트 건축물의 지진시 긴급 위험도 평가를 위한 부재의 정량적 손상도 평가 기준을 제시하기 위하여 실대형 크기의 철근콘크리트 1층 1경간 골조 실험체의 정적실험을 실시하였다. 실험결과, 실험체는 기둥의 휨항복후 전단파괴에 의하여 파괴되었으며, 기둥과 접합부에 균열, 압괴 등의 손상이 발생한 반면, 보에는 균열 등의 손상이 거의 발생하지 않았다. 이와 같이 비내진상세를 가지며 휨항복후 전단파괴하는 철근콘크리트 기둥의 손상도를 5단계로 분류하고 손상단계별 한계상태를 평가하기 위한 정량적 기준으로서 지진시 상대적으로 측정이 용이한 잔류 층간변형각과 잔류 균열폭을 이용하였다. 손상한계상태의 잔류 층간변형각 및 잔류 균열폭은 실험결과에 따른 손상한계상태의 최대 층간변형각과의 관계에 의하여 결정하였으며, 한계 최대 층간변형각은 실험결과에 의한 부재의 하중-변형 관계 및 손상발생 현황을 바탕으로 결정하였다. 한계 잔류 층간변형각은 해당 최대 층간변형각에 의한 잔류 층간변형각 중의 최대값 이상이 되도록 하였으며, 한계 잔류 균열폭은 해당 최대 층간변형각에 의한 잔류 전단균열폭의 최소값 및 잔류 휨균열폭의 평균값으로 결정하였다. 한편, 본 논문을 통하여 제시한 손상한계상태의 잔류 층간변형각과 잔류 균열폭은 지진으로 동일한 부재 변형이 발생할 경우 내진설계가 실시된 부재를 대상으로 하는 국외 손상도 평가 기준에 의한 값보다 작은 것으로 나타났다.
5층 이하 비내진상세를 가지는 철근콘크리트 건축물의 지진시 긴급 위험도 평가를 위한 부재의 정량적 손상도 평가 기준을 제시하기 위하여 실대형 크기의 철근콘크리트 1층 1경간 골조 실험체의 정적실험을 실시하였다. 실험결과, 실험체는 기둥의 휨항복후 전단파괴에 의하여 파괴되었으며, 기둥과 접합부에 균열, 압괴 등의 손상이 발생한 반면, 보에는 균열 등의 손상이 거의 발생하지 않았다. 이와 같이 비내진상세를 가지며 휨항복후 전단파괴하는 철근콘크리트 기둥의 손상도를 5단계로 분류하고 손상단계별 한계상태를 평가하기 위한 정량적 기준으로서 지진시 상대적으로 측정이 용이한 잔류 층간변형각과 잔류 균열폭을 이용하였다. 손상한계상태의 잔류 층간변형각 및 잔류 균열폭은 실험결과에 따른 손상한계상태의 최대 층간변형각과의 관계에 의하여 결정하였으며, 한계 최대 층간변형각은 실험결과에 의한 부재의 하중-변형 관계 및 손상발생 현황을 바탕으로 결정하였다. 한계 잔류 층간변형각은 해당 최대 층간변형각에 의한 잔류 층간변형각 중의 최대값 이상이 되도록 하였으며, 한계 잔류 균열폭은 해당 최대 층간변형각에 의한 잔류 전단균열폭의 최소값 및 잔류 휨균열폭의 평균값으로 결정하였다. 한편, 본 논문을 통하여 제시한 손상한계상태의 잔류 층간변형각과 잔류 균열폭은 지진으로 동일한 부재 변형이 발생할 경우 내진설계가 실시된 부재를 대상으로 하는 국외 손상도 평가 기준에 의한 값보다 작은 것으로 나타났다.
In this paper, the quantitative damage index for reinforced concrete (RC) columns with non-seismic details were presented. They are necessary to carry out the postearthquake safety evaluation of RC buildings under 5 stories without seismic details. The static cyclic test of the RC frame sub-assembla...
In this paper, the quantitative damage index for reinforced concrete (RC) columns with non-seismic details were presented. They are necessary to carry out the postearthquake safety evaluation of RC buildings under 5 stories without seismic details. The static cyclic test of the RC frame sub-assemblage that was an one span and actual-sized was first conducted. The specimen collapsed by the shear failure after flexural yielding of a column, lots of cracks on the surfaces of columns and beam-column joints and the cover concrete splitting at the bottom of columns occurred. The damage levels of these kinds of columns with non-seismic details were classified to five based on the load-displacement relationship by the test result. The residual story drift ratios and crack widths were then adapted as the quantitative index to evaluate the damage limit states because those values were comparatively easy to measure right after earthquakes. The highest one among the residual story drift ratios under the similar maximum story drift ratio decided on the residual story drift ratio of each damage limit state. On the other hand, the lowest and average ones among the respective residual shear and flexural widths under the similar maximum story drift ratio decided on the residual shear and flexural widths of each damage limit state, respectively. These values for each damage limit state resulted in being smaller than those by the international damage evaluation guidelines that are for seismically designed members under the same deformations.
In this paper, the quantitative damage index for reinforced concrete (RC) columns with non-seismic details were presented. They are necessary to carry out the postearthquake safety evaluation of RC buildings under 5 stories without seismic details. The static cyclic test of the RC frame sub-assemblage that was an one span and actual-sized was first conducted. The specimen collapsed by the shear failure after flexural yielding of a column, lots of cracks on the surfaces of columns and beam-column joints and the cover concrete splitting at the bottom of columns occurred. The damage levels of these kinds of columns with non-seismic details were classified to five based on the load-displacement relationship by the test result. The residual story drift ratios and crack widths were then adapted as the quantitative index to evaluate the damage limit states because those values were comparatively easy to measure right after earthquakes. The highest one among the residual story drift ratios under the similar maximum story drift ratio decided on the residual story drift ratio of each damage limit state. On the other hand, the lowest and average ones among the respective residual shear and flexural widths under the similar maximum story drift ratio decided on the residual shear and flexural widths of each damage limit state, respectively. These values for each damage limit state resulted in being smaller than those by the international damage evaluation guidelines that are for seismically designed members under the same deformations.
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문제 정의
이에 본 논문에서는 비내진상세를 가지는 건축물 중에서 철근콘크리트 골조 건축물 (Kim et al., 2013)을 대상으로 정적실험을 통하여 내진성능을 검토하고, 실험결과를 바탕으로 비내진상세를 가지는 철근콘크리트 부재의 구조적 특성을 고려한 정량적인 손상도 평가 기준을 제시하고자 한다.
이에 본 논문에서는 비내진상세를 가지며 휨항복후 전단파괴하는 철근콘크리트 부재에 대하여 Fig. 12를 바탕으로 손상단계별 한계 잔류 전단균열폭과 휨균열폭에 대하여 평가하였다. 먼저, 전단균열의 경우, 균열이 비교적 적게 발생하고 균열폭이 커짐에 따라 하중이 급격하게 저하하는 경향이 있으므로, 동일 최대 층간변형각에서의 최소 전단균열폭을 손상단계별 한계 잔류 전단균열폭 (Fig.
가설 설정
5의 가력이력에 따른 정방향 가력피크시 좌측 기둥의 손상발생 현황을 나타낸다. 한편, 실험체의 좌측 기둥에 발생한 전단균열의 폭이 벌어지면서 실험체가 최종적으로 파괴되었으나, 좌우측 기둥의 하중을 각각 측정하는 것이 현실적으로 어렵고 좌측기둥의 전단균열 폭이 크기 벌어지기 전까지 좌우측기둥에 비슷하게 손상이 발생하였으며 보에는 균열 등의 손상이 거의 발생하지 않아 전체 하중과 변형은 좌우측 기둥에 절반씩 작용하는 것으로 가정하였다.
제안 방법
실험체 가력은 Fig. 4와 같이 1,000kN의 액츄에이터를 이용하여 실험체 상부 가력보 위치에서의 변위제어로 Fig. 5와 같은 가력이력에 따라 층간변형각 1/500, 1/200, 1/100, 1/67, 1/50, 1/33의 주진폭으로 3회씩 정 ⋅ 부방향으로 반복하여 실시하였다.
실험체에 작용한 하중은 액츄에이터에 내장된 로드셀로 측정하였으며, 수평변위는 Fig. 4와 같이 액츄에이터 중심, 보단면 중심, 기둥 중앙 및 기둥 하부에 4개의 LVDT를 설치하여 측정하였다. 또한, 주근 및 횡보강근의 변형률은 Fig.
4와 같이 액츄에이터 중심, 보단면 중심, 기둥 중앙 및 기둥 하부에 4개의 LVDT를 설치하여 측정하였다. 또한, 주근 및 횡보강근의 변형률은 Fig.6과 같이 부재 위험단면위치를 중심으로 주근 및 횡보강근의 16개소에 스트레인게이지를 부착하여 측정하였다.
한편, 단계별 손상도를 평가하기 위한 정량적 손상한계상태값으로는 지진시 상대적으로 측정이 용이한 잔류 층간변형각과 잔류 균열폭을 이용하였으며, 실험결과를 바탕으로 최대 층간변형각과의 관계에 따라 손상한계상태값을 결정하였다.
실험체가 좌측 기둥의 휨항복후 전단파괴에 의하여 최종적으로 파괴되었기 때문에 본 절에서는 좌측 기둥을 대상으로 손상도 평가를 실시하였다. Fig.
12를 바탕으로 손상단계별 한계 잔류 전단균열폭과 휨균열폭에 대하여 평가하였다. 먼저, 전단균열의 경우, 균열이 비교적 적게 발생하고 균열폭이 커짐에 따라 하중이 급격하게 저하하는 경향이 있으므로, 동일 최대 층간변형각에서의 최소 전단균열폭을 손상단계별 한계 잔류 전단균열폭 (Fig. 12 중의 실선)으로 결정하였다. 반면, 휨균열은 균열이 비교적 많이 발생하고 균열폭이 커지더라도 하중이 급격하게 저하되지 않으므로 동일 최대 층간변형각에서의 평균 휨균열폭을 손상단계별 한계 잔류 휨균열폭 (Fig.
12 중의 실선)으로 결정하였다. 반면, 휨균열은 균열이 비교적 많이 발생하고 균열폭이 커지더라도 하중이 급격하게 저하되지 않으므로 동일 최대 층간변형각에서의 평균 휨균열폭을 손상단계별 한계 잔류 휨균열폭 (Fig. 12 중의 점선)으로 결정하였다. Table 9는 이에 따른 손상단계별 한계 잔류 균열폭을 나타낸다.
본 절에서는 Fig. 3의 실험체와 동일한 단면을 가지며 목표 층간변형각 1.0% 및 1.5%까지 가력한 실험체 2개의 실험결과를 바탕으로 4.1~4.3절에서 제시한 손상한계상태값의 적용성에 대하여 검토하였다.
5층 이하 비내진상세를 가지는 철근콘크리트 건축물의 지진시 긴급 위험도 평가를 위한 부재의 정량적 손상도 평가기준을 실대형 크기의 철근콘크리트 1층 1경간 골조실험체의 정적실험 결과를 바탕으로 제시하고 제시한 손상도 평가기준의 적용성을 검토하였다. 그 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
대상 데이터
실험체는 Fig. 3과 같은 철근콘크리트 1층 1경간 골조 실험체로 내진설계가 실시되지 않은 5층 이하의 기존 저층 철근콘크리트 건축물을 대상으로 한다. 부재 단면상세는 Table 3과 같으며 실험 여건을 고려하여 최대한 실제 크기와 동일하게 제작하였다.
부재 단면상세는 Table 3과 같으며 실험 여건을 고려하여 최대한 실제 크기와 동일하게 제작하였다. 또한, 본 실험체는 5층 이하 저층 건축물을 대상으로 하는 것으로 기둥에 작용하는 축하중은 기둥 축능력의 3.2%에 해당하는 120kN으로 하였다. 한편, 손상한계 상태값의 검증을 위하여 동일한 단면상세를 가지는 실험체를 2개 더 제작하였다.
2%에 해당하는 120kN으로 하였다. 한편, 손상한계 상태값의 검증을 위하여 동일한 단면상세를 가지는 실험체를 2개 더 제작하였다.
실험체 제작에는 설계기준강도 21MPa의 콘크리트와 SD400 철근을 사용하였으며, 각각의 재료시험 결과는 Table 4 및 Table 5와 같다.
성능/효과
미국과 일본의 구조부재의 손상도 평가 기준은 공통적으로 하중-변형관계에 근거하여 5단계의 평가 레벨로 구성되며 정량적인 평가 기준으로는 층간변형각을 제시하고 있으며, Fig. 1 및 Fig. 2와 같이 미국 보다는 일본의 손상도 평가 기준이 부재의 변형능력을 작게 평가하는 경향이 있는 것으로 나타났다.
한편, 목표 층간변형각 3.0%에 의한 두 번째 가력시 정방향 피크에 도달함과 동시에 좌측 기둥 상부의 전단균열폭이 급격히 확대되어 내력이 최대내력의 58% 이하로 저하되면서 실험체가 취성적으로 파괴되었다. Photo 1은 실험체의 최종 파괴 형상을 나타낸다.
8은 실험체의 수평하중과 층간변형각과의 관계를 나타낸다. 수평하중이 44kN에 도달하였을 때 기둥에 발생한 휨균열로 강성이 저하하기 시작하여, 접합부, 기둥에 순차적으로 발생한 균열로 강성이 점차 감소하였으며, 수평하중 130.8kN, 층간변형각 0.65%에서 기둥주근이 항복하면서 강성이 현저하게 저하되었다.
한편, 수평하중 -152.6kN, 층간변형각 -2.66%에서 최대내력에 도달한 직후 반대 방향 가력 시, 피크 점에 도달함과 동시에 전단균열의 급격한 확대로 내력이 최대내력의 58% 이하로 떨어지면서 실험체가 최종적으로 파괴되었다.
한편, 한계 최대 층간변형각은 2.2절의 일본 손상도 평가기준에서 제시하고 있는 최대 층간변형각과 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났다.
(1) 실험체는 기둥의 휨항복후 전단파괴에 의하여 최종적으로 파괴되었으며, 기둥과 접합부에 균열, 압괴 등의 손상이 발생한 반면 보에는 균열도 거의 발생하지 않았다.
(2) 손상한계상태 잔류 층간변형각은 내진설계가 실시된 부재와 비교하여 부족한 변형능력을 고려하여 작게 평가할 필요가 있으며, 실험결과에 의한 최대 층간변형각과 잔류 층간변형각의 관계를 바탕으로 손상단계별한계 잔류 층간변형각을 동일 최대 층간변형각에서의 잔류 층간변형각의 최대값 이상이 되도록 결정하였다.
(3) 손상한계상태의 잔류 균열폭은 접합부 등에 발생하는 균열로 인하여 내진설계가 실시된 부재에 의한 손상한 계상태 잔류 균열폭보다 작은 것으로 나타났으며, 실험결과에 의한 최대 층간변형각과 잔류 균열폭의 관계를 바탕으로 잔류 전단균열폭과 잔류 휨균열폭을 최대 층간변형각에서의 최대값 및 평균값으로 결정하였다.
(4) 본 논문에서 제시한 손상한계상태의 잔류 층간변형각 및 잔류 균열폭은 동일한 단면을 가지며 가력이력을 달리한 실험체에 대해서도 유효한 것으로 나타났다.
본 논문의 실험결과에 의한 잔류 균열폭은 동일 최대 층간변형각에서 일본 기준에서 제시하고 있는 잔류 균열폭보다 작은 것으로 나타났다.
후속연구
한편, 본 논문의 실험결과에 의한 잔류 층간변형각은 최대 층간변형각이 1.5% 이상인 구간에서 내진설계를 실시한 부재를 대상으로 하는 Table 2의 미국 기준에 의한 잔류 층간변형각 (Fig. 11 중의 실선)과 비교하여 변형능력이 부족한 것으로 나타나 내진설계가 실시된 부재를 대상으로 한 기준보다 비내진상세를 가지는 부재의 손상한계상태 잔류 층간변형각을 낮게 평가할 필요가 있을 것으로 판단된다.
13과 같이 접합부에 발생한 균열의 폭도 기둥 부재에 발생한 균열의 폭만큼 확대되었기 때문인 것으로 판단된다. 이에 따라, 비내진상세를 가지는 건축물의 경우, 내진설계가 실시된 건축물과 비교하여 접합부 균열의 영향으로 동일 변형에서 기둥에 발생하는 균열의 폭이 작아질 수 있으므로 이를 고려하여 손상한계상태 잔류 균열폭을 평가할 필요가 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지진피해 건축물의 긴급 위험도 평가는 무엇인가?
지진피해 건축물의 긴급 위험도 평가는 지진시 여진에 의한 건축물의 2차 붕괴로부터 인명을 보호하기 위하여 건축물의 사용가능여부를 신속하게 평가하는 것을 의미한다. 신속하고 적절한 긴급 위험도 평가를 위해서는 건축물의 구조적 특성에 따라 지진으로 건축물에 발생한 손상상태를 신속하고 정확하게 평가할 수 있도록 정량적인 손상도 평가 기준이 필요하다.
최대 층간변형각은 무엇인가?
11은 최대 층간변형각의 절대값과 잔류 층간변형각의 절대값의 관계를 나타낸다. 최대 층간변형각은 정⋅부방향 가력피크시의 층간변형각을, 잔류 층간변형각은 하중이 영인 상태의 층간변형각을 의미한다. 기둥 주근 항복이후, 최대 층간변형각에 대한 잔류 층간변형각의 비가 점차적으로 증가하였으며, 실험체 파괴직전 (목표 층간변형각 3%에 의한 첫 번째 가력시)의 잔류 층간변형각은 최대 층간변형각의 1/2이상이었다.
본 논문에서 5층 이하 비내진상세를 가지는 철근콘크리트 건축물의 지진시 긴급 위험도 평가를 위한 부재의 정량적 손상도 평가 기준을 제시하기 위하여 실대형 크기의 철근콘크리트 1층 1경간 골조 실험체의 정적실험을 실시했는데 어떤 결과를 얻을 수 있었는가?
5층 이하 비내진상세를 가지는 철근콘크리트 건축물의 지진시 긴급 위험도 평가를 위한 부재의 정량적 손상도 평가 기준을 제시하기 위하여 실대형 크기의 철근콘크리트 1층 1경간 골조 실험체의 정적실험을 실시하였다. 실험결과, 실험체는 기둥의 휨항복후 전단파괴에 의하여 파괴되었으며, 기둥과 접합부에 균열, 압괴 등의 손상이 발생한 반면, 보에는 균열 등의 손상이 거의 발생하지 않았다. 이와 같이 비내진상세를 가지며 휨항복후 전단파괴하는 철근콘크리트 기둥의 손상도를 5단계로 분류하고 손상단계별 한계상태를 평가하기 위한 정량적 기준으로서 지진시 상대적으로 측정이 용이한 잔류 층간변형각과 잔류 균열폭을 이용하였다.
참고문헌 (13)
AIJ, "Guidelines for Performance Evaluation of Earthquake Resistance RC Buildings", Architectural Institute of Japan, 2004.
ATC 20, Procedures for Postearthquake Safety Evaluation of Buildings, Applied Technology Council, 1989.
Bunno, M., Maeda, M. and Nagata, M., "Damage Level Classification of Reinforced Concrete Buildings based on Member Residual Seismic Performance", Prod. of JCI, Vol. 22, No. 3, 2000, pp.1447-1452.
Bunno, M., Sawamura, M., Maeda, M. and Kabeyasawa, T., "Experimental Study on Behavior of Reinforced Concrete Beams under Axial Restriction", Prod. of JCI, Vol. 21, No. 3, 1999, pp.517-522.
Hamburger, R., Rojahn, C., Moehle, J., Bachman, R., Comartin, C. and Whittaker, A., "The ATC-58 Project: Development of Next-Generation Performance-Based Earthquake Engineering Design Criteria for Buildings", 13th WCEE, Vancouver, B.C., Canada, Aug. 2004.
JBDPA, Postearthquake Safety Evaluation and Retrofit, Japan Building Disaster Prevention Association, 2001.
KBC, Korean Building and Commentary, Architectural Institute of Korea, 2009 (in Korean).
Kim, K., Lee, S. and Oh, S., "Seismic Performance Evaluation of Existing Low-rise RC Frames with Non-seismic Detail", EESK J. Earthquake Eng, Vol. 17, No. 3, 2013, pp.97-105 (in Korean).
Lee, Y., Jeoung, C., Lee, E., Kim, M. and Choi, K., "Seismic Performance Evaluation of Neighborhood Living Facilities Considering Deterioration", Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, Vol. 17, No. 1, 2013, pp.55-63 (in Korean).
Moehle, J. and Deierlien, G. G., "A Framework Methodology for Performance-Based Earthquake Engineering", 13th WCEE, Vancouver, B.C., Canada, Aug. 2004.
NZSEE, Building Safety Evaluation during a State of Emergency, New Zealand Society for Earthquake Engineering, 2009.
SEAOC, Vision 2000 - Performance Based Seismic Engineering of Buildings, CA. 1995.
Walraven, J. C., "Fundamental Analysis of Aggregate Interlock", J. of the Structural Devision, ASCE, Vol. 107, No. ST11, 1981, pp.2245-2270.
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