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고인성섬유 복합모르타르를 활용한 고강도 철근콘크리트 외부 보-기둥 접합부의 내진성능평가
Evaluation of Seismic Performance of High Strength Reinforced Concrete Exterior Beam-Column Joints Using High Ductile Fiber-Reinforced Mortar 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.25 no.4, 2013년, pp.419 - 428  

하기주 (경일대학교 건축공학과) ,  신종학 (경일대학교 건축공학과)

초록
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이 연구에서는 고강도 철근콘크리트 외부 보-기둥 접합부의 시공성 및 내진성능을 개선하기 위하여 보-기둥 접합부 영역의 스터럽 및 띠철근 유무에 따라 고인성섬유 복합모르타르를 사용하여 내진성능을 평가하였다. 총 5개의 실험체를 제작하고 실험을 수행하여 내진성능을 평가하였으며, 이 연구의 시험 결과를 근거로 다음과 같은 결론을 얻었다. 기존 고강도 철근콘크리트 내부 보-기둥 접합부의 위험단면 영역을 고인성섬유 복합모르타르로 보강한 결과 재하 전 과정을 통하여 섬유의 가교역할로 인한 균열 분산효과로 인하여 균열 제어 효과가 커서 안정적인 파괴형태 및 내력을 나타내었다. 고강도 철근콘크리트 외부 보-기둥 접합부의 시공성 및 내진성능을 개선하기 위하여 고인성섬유 복합모르타르를 사용하여 보강한 실험체(BCJNSP 시리즈)는 스터럽과 띠철근이 제거 되었음에도 안정적인 이력거동을 나타내었고, 최대내력이 전단보강근이 없는 실험체 BCJNS의 1.09~2.03배로 증가하였다. 그리고 고인성섬유 복합모르타르를 사용하여 보강한 실험체(BCJNSP 시리즈)는 표준실험체 BCJC의 최대내력이 0.92~0.96배로 거의 비슷하였고, 에너지소산능력은 최대 1.62배로 크게 증가하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, experimental research was carried out to evaluate the constructability and seismic performance of high strength R/C exterior beam-column joints regions, with or without the shear reinforcement, using high ductile fiber-reinforced mortar. Five specimens of retrofitted the exterior beam...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그리고 이를 철근콘크리트 구조물에 활용하여 지진하중과 같은 비탄성 변형을 일으키는 횡력이 작용할 때 응력 부담이 높은 보-기둥 접합부 영역에 내력과 연성능력을 향상시키고, 철근콘크리트 구조물의 안전성을 증대시키고자 한다.12) 따라서 고인성섬유 복합모르타르를 활용한 고강도 철근콘크리트 외부 보-기둥 접합부의 파괴양상 및 이력거동, 에너지소산 등을 고찰하여 내진성능을 평가하고 철근콘크리트 구조물의 성능개선 설계시 기초자료로 활용하고자 한다.
  • 13,15) 또한, 이를 최적화하기 위해 Marshall 등이 제안한 안정상태 균열이론을 적용하여 최적배합의 고인성섬유 복합모르타르를 개발하였다. 그리고 이를 철근콘크리트 구조물에 활용하여 지진하중과 같은 비탄성 변형을 일으키는 횡력이 작용할 때 응력 부담이 높은 보-기둥 접합부 영역에 내력과 연성능력을 향상시키고, 철근콘크리트 구조물의 안전성을 증대시키고자 한다.12) 따라서 고인성섬유 복합모르타르를 활용한 고강도 철근콘크리트 외부 보-기둥 접합부의 파괴양상 및 이력거동, 에너지소산 등을 고찰하여 내진성능을 평가하고 철근콘크리트 구조물의 성능개선 설계시 기초자료로 활용하고자 한다.
  • 이 연구에서는 고강도 철근콘크리트 외부 보-기둥 접합부 영역의 손상을 최소화하고 시공성과 내진성능을 향상시키고자 고인성섬유 복합모르타르를 활용한 철근콘크리트 외부 보-기둥 접합부의 실험을 수행하여 내진성능을 평가하였으며, 이 연구의 실험 결과를 근거로 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 이 연구에서는 고인성섬유 복합모르타르를 연성과 강도 측면에서 보다 개선되는 재료를 개발하기 위하여 마이크로역학과 안정상태 균열이론에 근거하였다. 이때 고려되는 기본적인 역학적 구성요소는 섬유, 모르타르 매트릭스, 섬유-매트릭스 경계면으로 재료 개발 과정을 개념적으로 표현하면 Fig.
  • 이 연구에서는 철근콘크리트 건축물이 지진하중을 받을 때 내력, 정착, 대각균열에 의한 파괴가 일어나기 매우 쉬운 외부 보-기둥 접합부를 대상으로 하여 내력 및 내진성능 향상을 위한 새로운 보강 개념의 개발을 위하여, 실제 구조물의 1/2크기로 모델화한 실험체를 대상으로 한 고성능 철근콘크리트 보-기둥 접합부의 내진성능을 평가하고 그 결과를 비교·분석한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
섬유복합 모르타르가 인장변형률 경화거동을 나타내기 위해서 필요한 것은 무엇인가? 섬유복합 모르타르가 인장변형률 경화거동을 나타내기 위해서는 안정상태 균열발생의 필요조건을 만족함으로써, 인장력 하에서 다수의 미세균열이 발생하여야 한다. 이러한 필요조건이 안정상태 균열이론이며 이를 적용하기 위해서는 먼저 섬유복합 모르타르 미세구조의 역학적 특성을 이용하여 균열면 거동을 해석적으로 구하여야 한다.
콘크리트 성능에 대한 고성능화도 요구되면서, 콘크리트와 건설재료들의 변화 및 발전이 급격하게 진행하게된 계기는 무엇인가? 최근 국내·외에서 건설되는 철근콘크리트 구조물이 초고층화, 대형화와 더불어 다양화되고 있다. 이에 따라 콘크리트 성능에 대한 고성능화도 요구되면서, 콘크리트와 건설재료들의 변화 및 발전이 급격하게 진행되고 있다.
콘크리트의 장단점은 무엇인가? 특히, 콘크리트는 건설재료들 중에서도 가장 변화와 발전이 급진전되고 있다. 1-3) 콘크리트의 장점인 높은 압축 강도와 경제성, 내구성 등을 기본으로 포함하면서, 단점 인 휨 및 인장강도가 약하고 취성적 파괴거동과 균열에 대한 저항성 등의 특성을 향상시키거나 개선하기 위하여 인장강도와 탄성률이 높은 섬유 복합재료를 활용한 연구가 국내·외 산·학에서 활발한 연구가 진행 중에 있다. 국내에서는 하기주, 4-6) 김윤용, 7-9) 윤현도10,11) 등에 의하여 최적의 시멘트계 복합재료 및 이를 적용한 구조물에 대 한 연구가 진행 중이고, 국외에서는 Victor C.
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참고문헌 (15)

  1. Ha, G. J., Kim, J. K., and Chung, L., "Response of Reinforced High-Strength Concrete Beam-Column Joints Under Load Reversals," Magazine of Concrete Research, Vol. 44, No. 160, 1992, pp. 175-184. 

  2. Ha, G. J., Yang, J. K., Kim, J. K., and Chung, L., "Behavior of Reinforced High-strength Concrete Beam-Column Joint Under Load Reversals," Journal of the Architectural Institute of Korea, Vol. 8, No. 9, 1992, pp. 231-240. 

  3. Ha, G. J., Kim, J. K., and Chung, L., "Improvement of Earthquake-Resistant Performance of R/C Beam-Column Joint Constructed with High-Strength Concrete Subjected to Cyclic Loading," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 4, No. 1, 1992, pp. 135-145. 

  4. Ha, G. J., Shin, J. H., and Kim, Y. Y., "Evaluation of Structural Performance for the Shear Wall using High Ductile Fiber Composite Mortar," Journal of the Regional Association of Architectural Institute of Korea, Vol. 7, No. 1, 2005, pp. 39-45. 

  5. Ha, G. J., "Evaluation of Structural Performance of Reinforced Concrete Beam Using New Fiber Composite Material and Ground Granulated Blast Furnace Slag," Journal of the Regional Association of Architectural Institute of Korea, Vol. 12, No. 3, 2010, pp. 261-268. 

  6. Ha, G. J., Hong, K. H., and Lee, D. G., "Improvement and Evaluation of Shear Performance of R/C Beam using High Ductile Fiber-Reinforced Mortar with Ground Granulated Blast Furnace Slag," Journal of the Regional Association of Architectural Institute of Korea, Vol. 13, No. 1, 2011, pp. 237-244. 

  7. Kim, Y. Y., Kim, J. S., Ha, G. J., and Kim, J. K., "Development of an ECC (Engineered Cementitious Composite) Designed with Ground Granulated Blast Furnace Slag," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 18, No. 1, 2006, pp. 21-28. 

  8. Kim, Y. Y., Ha, G. J., and Shin, J. H., "Design of ECC (Engineered Cementitious Composite) Matrix Compositions Based on Micromechanics and Steady-State Cracking Theory," Journal of the Architectural Institute of Korea, Vol. 23, No. 5, 2007, pp. 11-18. 

  9. Kim, Y. Y., Cho, C. G., Ha, G. J., and Bae, S. H., "Strategies for High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites Development," Magazine of the Korea Concrete Institute, Vol. 18, No. 3, 2006, pp. 82-86. 

  10. Kim, J. J. H., Yun, H. D., and Jeon, E., "Material Design, Characteristics and Application of Engineered Cementitious Composites," Magazine of the Korea Concrete Institute, Vol. 18, No. 1, 2006, pp. 28-35. 

  11. Yang, I. S., Yun, H. D., Kim, S. W., Park, W. S., Han, B. Ch., and Moon, Y. J., "Hysteretic Characteristics of Seismic Devices using High Performance Fiber Reinforced Cement Composites," Journal of the Architectural Institute of Korea, Vol. 21, No. 1, 2005, pp. 51-58. 

  12. Choi, K. B., Chung, L., and Ha, G. J., "Detailed Design of Multi-Story Reinforced Concrete Building Under Lateral Load," Magazine of the Korea Concrete Institute, Vol. 8, No. 6, 1996, pp. 39-51. 

  13. Li, V. C., Wang, Y., and Backer, S., "A Micromechanical Model of Tension-Softening and Bridging Toughening of Short Random Fiver Reinforced Brittle Matrix Composites," Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Vol. 39, Issue, 5, 1991, pp. 607-625. (doi: http://dx.doi.org/10.1016/0022-5096(91)90043-N) 

  14. Li, V. C. and Wu, H. C., "Condition for Pseudo Strain-Hardening in Fiber Reinforced Brittle Matrix Composites," Journal of Applied Mechanics Review, Vol. 45, Issue 8, 1992, pp. 390-398. 

  15. Marshall, D. B. and Cox, B. N., "A J-Integral Method for Calculating Steady-State Matrix Cracking Stresses in Composite," Mechanics of Materials, Vol. 7, Issue 2, 1998, pp. 127-133.(doi: http://dx.doi.org/10.1016/0167-6636(88)90011-7). 

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