[논문]휨 항복형 철근콘크리트 전단벽의 등가소성힌지길이 모델

문주현; 양근혁

doi:10.11112/jksmi.2014.18.2.001

휨 항복형 철근콘크리트 전단벽의 등가소성힌지길이 모델
Equivalent Plastic Hinge Length Model for Flexure-Governed RC Shear Walls 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.18 no.2, 2014년, pp.1 - 8

문주현 (경기대학교 일반대학원 건축공학과) , 양근혁 (경기대학교 플랜트.건축공학과)

초록
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본 연구의 목적은 경계요소를 갖는 철근콘크리트 전단벽의 잠재소성힌지길이를 합리적으로 평가할 수 있는 단순모델의 제시이다. 전단벽의 높이에 따른 이상화된 곡률분포로부터, 기본방정식은 항복모멘트와 최대모멘트 그리고 사인장균열에 의한 부가모멘트의 함수로 일반화되었다. 전단벽의 항복모멘트와 최대모멘트는 변형률 적합조건과 힘의 평형조건을 기반하여 산정하였다. 사인장균열 발생의 여부는 ACI 318-11에서 제시된 콘크리트의 전단력으로부터 검토되었으며, 부가모멘트는 Park and Paulay에 의해 제시된 트러스기구를 이용하여 산정하였다. 이들 모멘트식들은 다양한 변수범위에서 변수연구를 수행하였다. 결과적으로 등가소성힌지길이는 주철근 및 수직철근지수와 축력지수의 함수로 제시될 수 있었다. 제시된 등가소성힌지길이의 모델은 실험결과의 비교에서 평균 및 표준편차가 각각 1.019와 0.102로 실험 결과를 정확하게 예측하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The present study proposes a simple equation to straightforwardly determine the potential plastic hinge length in boundary element of reinforced concrete shear walls. From the idealized curvature distribution along the shear wall length, a basic formula was derived as a function of yielding moment, maximum moment, and additional moment owing to diagonal tensile crack. Yielding moment and maximum moment capacities of shear wall were calculated on the basis of compatability of strain and equilibrium equation of internal forces. The development of a diagonal tensile crack at web was examined from the shear transfer capacity of concrete specified in ACI 318-11 provision and then the additional moment was calculated using the truss mechanism along the crack proposed by Park and Paulay. The moment capacities were simplified from an extensive parametric study; as a result, the equivalent plastic hinge length of shear walls could be formulated using indices of longitudinal tensile reinforcement at the boundary element, vertical reinforcement at web, and applied axial load. The proposed equation predicted accurately the measured plastic hinge length, providing that the mean and standard deviation of ratios between predictions and experiments are 1.019 and 0.102, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 철근콘크리트 전단벽의 경계요소에서 합리적인 횡보강근 배근구간의 결정을 위해 등가소성힌지길이 모델을 제시하였다. 이상화된 곡률분포와 단면의 모멘트식으로부터 유도된 등가소성힌지길이 모델로부터 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구의 목적은 경계요소를 갖는 철근콘크리트 전단벽의 연성평가와 횡보강근 설계를 위한 잠재소성힌지영역을 합리적으로 평가할 수 있는 단순모델을 제시하는데 있다. 등가소성힌지길이에 대한 기본식은 이상화된 곡률 분포로부터 항복모멘트, 최대모멘트 및 사인장균열에 의한 부가모멘트의 함수로 유도되었다.

제안 방법

등가소성힌지의 단순모델은 기존 연구자들의 모델 (Bohl and Adebar, 2011; Panagiotakos and Fardis, 2001; Paulay and Priestley, 1993)과 함께 전단벽의 실험결과 (Adebar et al., 2007; Oesterle et al., 1976, 1979; Shiu et al., 1981)와 비교하였다 (Fig. 4). 비교된 실험결과 (Adebar et al.
이에 따라 소성힌지길이 평가를 쉽게 하기 위해서 철근 콘크리트 전단벽의 My , Mu 및 ΔMshear식들을 단순화하는 변수연구를 수행하였다.

이론/모형

경계요소 및 웨브내에 배근되는 주철근 및 수직철근과 횡보강근에 의한 콘크리트의 구속효과로 인해서 전단벽의 M_y와 M_u에 대한 계산은 일반적으로 매우 어렵고 복잡하다 (Yang, 2013). 따라서 전단벽의 M_y와 M_u는 이상화된 단면으로부터 유도된 Yang (2013)의 모멘트 모델식을 이용하였다. 중립축깊이가 전단벽 웨브내에 존재할 때의 항복 및 최대모멘트 모델식은 다음과 같다.
여기서, V_u (= M_u/z )는 각각 식 (6. b) 또는 식 (8. b)에나타낸 최대모멘트로부터 환산되며, 전단벽의 복부에서 사인장균열 발생여부를 판단하기 위한 V_c는 ACI 318-11 (2011)의 모델을 이용하였다.
항복모멘트와 최대모멘트는 이상화된 전단벽 단면에서 변형률 적합조건 및 힘의 평형조건으로부터 산정되었다. 웨브에서의 사인장균열에 의한 부가모멘트는 Park and Paulay (1975)에 의해 제시된 트러스 기구를 이용하여 산정하였다. 이들 모멘트식들은 다양한 변수연구를 통하여 단순화하였다.

성능/효과

(1) 등가소성힌지길이 산정을 위한 기본방정식은 최대모멘트에 대한 항복모멘트 비의 함수로 유도될 수 있었으며, 특히 사인장균열이 발생할 경우 최대모멘트에 대한 부가모멘트 비의 함수가 추가적으로 고려되었다.
(2) 사인장균열에 의한 부가모멘트는 Park and Paulay의 트러스 기구에 의해서 최대모멘트에 의해 환산된 전단력과 콘크리트가 분담하는 전단력의 함수로 유도될 수 있었다.
(3) 단면의 항복 및 최대모멘트와 부가모멘트는 콘크리트 압축강도, 경계요소에서 주철근의 항복강도와 양, 웨브에서 수직철근의 항복강도와 양, 그리고 작용축력에 의해 영향을 받았다. 이에 따라 전단벽의 등가소성힌지길이는 사인장균열 발생 여부에 따라 전단벽의 길이 및 높이, 주철근지수, 수직철근지수 및 축력지수로 단순하게 제시될 수 있었다.
(4) Paulay and Priestley와 Panagiotakos and Fardis의 등가소성힌지 모델은 실험결과를 과소평가하였는데, 그 과소평가의 정도는 축력지수가 증가함에 따라 급격하게 감소하였다. Bohl and Adebar의 모델도 실험결과를 과소평가하였으며, 주철근 및 수직철근지수가 감소함에 따른 과소평가의 정도는 현저히 증가하였다.
(4) Paulay and Priestley와 Panagiotakos and Fardis의 등가소성힌지 모델은 실험결과를 과소평가하였는데, 그 과소평가의 정도는 축력지수가 증가함에 따라 급격하게 감소하였다. Bohl and Adebar의 모델도 실험결과를 과소평가하였으며, 주철근 및 수직철근지수가 감소함에 따른 과소평가의 정도는 현저히 증가하였다. 반면 본 제안모델은 실험결과 대비 평균, 표준편차와 변동계수가 각각 1.
본 연구의 목적은 경계요소를 갖는 철근콘크리트 전단벽의 연성평가와 횡보강근 설계를 위한 잠재소성힌지영역을 합리적으로 평가할 수 있는 단순모델을 제시하는데 있다. 등가소성힌지길이에 대한 기본식은 이상화된 곡률 분포로부터 항복모멘트, 최대모멘트 및 사인장균열에 의한 부가모멘트의 함수로 유도되었다. 항복모멘트와 최대모멘트는 이상화된 전단벽 단면에서 변형률 적합조건 및 힘의 평형조건으로부터 산정되었다.
Bohl and Adebar의 모델도 실험결과를 과소평가하였으며, 주철근 및 수직철근지수가 감소함에 따른 과소평가의 정도는 현저히 증가하였다. 반면 본 제안모델은 실험결과 대비 평균, 표준편차와 변동계수가 각각 1.019, 0.102 및 0.100로서 축력과 철근양 그리고 사인장균열 발생여부와 관계없이 실험결과와 잘 일치하였다.
반면, 본 연구에서 제시된 모델은 γm , γs 및 γc가 각각 1.019, 0.102 및 0.100으로 사인장균열의 발생 여부와 ωs , ωv 및 ωp에 관계없이 다른 기존 모델들에 비해 실험결과를 잘 예측하였다 (Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	철근콘크리트 전단벽은 무엇을 필요로 하는가?	철근콘크리트 전단벽은 일반적으로 풍하중 및 지진하중에 대하여 내력과 함께 휨 연성의 확보를 필요로 한다 (Park and Paulay, 1975). 전단벽의 휨 연성을 확보하기 위해서 ACI 318-11 (2011)과 EC 8 (2004) 설계기준은 소요변위 및 연성에 따른 단부의 경계요소영역와 경계요소영역의 잠재소성힌지길이 구간에서 횡보강근 배근상세를 규정하고 있다.
	철근콘크리트 전단벽의 연성설계를 위한 소성힌지길이는 무엇을 고려하여 평가되어야 하는가?	뿐만 아니라 웨브에서의 사인장균열에 의한 모멘트와 곡률의 증가는 부재의 연성에 심각한 영향을 미치는데, 이 증가 값은 보에 비해 전단벽에서 더 크다 (Park and Paulay, 1975; Yang, 2013). 따라서 철근콘크리트 전단벽의 연성설계를 위한 소성힌지길이는 작용축력, 철근양 및 사인장 균열의 영향을 고려하여 안전측에서 평가되어야만 한다.
	철근콘크리트 전단벽의 성능을 정확히 평가하기 어려운 이유는?	전단벽의 휨 연성을 확보하기 위해서 ACI 318-11 (2011)과 EC 8 (2004) 설계기준은 소요변위 및 연성에 따른 단부의 경계요소영역와 경계요소영역의 잠재소성힌지길이 구간에서 횡보강근 배근상세를 규정하고 있다. 설계기준에 따른 소요연성설계를 위해서는 우선 연성에 대한 정확한 평가가 필요하지만 외부에서 작용되는 하중상태와 설계된 단면 상세에 따라서 비탄성 영역의 분포가 달라지기 때문에 그 성능을 정확히 평가하기 어렵다 (Kang and Park, 2002; Yang, 2013). 특히 철근콘크리트 전단벽에서 연성평가를 위한 잠재소성힌지길이의 관련기초자료들은 매우 부족하기 때문에 아직도 그 적합성에 대해 논란의 여지가 많다.

참고문헌 (16)

ACI Committee 318 (2011), Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-11) and Commentary, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 503.
Adebar, P., Ibrahim, A. M. M., and Bryson, M. (2007), Test of a High-Rise Core Wall: Effective Stiffness for Seismic Analysis, ACI Structural Journal, 104(5), 549-559.
Bohl, A., and Adebar, P. (2011), Plastic Hinge Lengths in High-Rise Concrete Shear Walls, ACI Structural Journal, 108(2), 148-157.

상세보기
Chan, W. W. L. (1955), The Ultimate Strength and Deformation of Plastic Hinges in Reinforced Concrete Frameworks, Magazine of Concrete Research, 7(21), 121-132.

상세보기
Kang, S. M., and Park, H. G. (2002), Ductility Confinement of RC Rectangular Shear Wall, Journal of Korea Concrete Institute, 14(4), 530-539 (in Korean).

원문보기 상세보기
Mattock, A. H. (1967), Discussion of 'Rotational Capacity of Reinforced Concrete Beams' by W.G. Corley, Journal of the Structural Division, ASCE, 93(ST2), 519-522.
Oesterle, R. G., Aristizasbal-Ochoa, J. D., Fiorato, A. E., Russell, H. G., and Corley, W. G. (1979), Earthquake Resistant Structural Walls-Tests of Isolated Walls-Phase II, Report to National Science Foundation, Construction Technology Laboratories, Portland Cement Association, Skokie, III., 325.
Oesterle, R. G., Fiorato, A. E., Johal, L. S., Carpenter, J. E., Russell, H. G., and Corley, W. G. (1976), Earthquake Resistant Structural Walls-Tests of Isolated Walls, Report to National Science Foundation, Construction Technology Laboratories, Portland Cement Association, Skokie, III., 315.
Panagiotakos, T. B., and Fardis, M. N. (2001), Deformations of Reinforced Concrete Members at Yielding and Ultimate, ACI Structural Journal, 98(2), 135-148.

상세보기
Park, R., and Paulay, T. (1975), Reinforced Concrete Structures, Wiley Interscience Publication, New Jersey, USA, 769.
Paulay, T., and Priestley, M. J. N. (1992), Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings, John Wiley & Sons, Inc., New York, 768.
Paulay, T., and Priestley, M. J. N. (1993), Stability of Ductile Structural Walls, ACI Structural Journal, 90(4), 385-392.

상세보기
Paulay, T., and Uzumeri, S. M. (1975), A Critical Review of the Seismic Design Provisions for Ductile Shear Walls for the Canadian Code, Canadian Journal of Civil Engineering, 2(4), 592-601.

상세보기
Sawyer, H. A. (1964), Design of Concrete Frames for Two Failure Stages, Proceedings of the International Symposium on Flexural Mechanics of Reinforced Concrete, ASCE-ACI, MI, 408-431.
Shiu, K. N., Daniel, J. I, Aristizasbal-Ochoa, J. D., Fiorato, A. E., and Corley, W. G. (1981), Earthquake Resistant Structural Walls-Tests of Walls With and Without Openings, Report to National Science Foundation, Construction Technology Laboratories, Portland Cement Association, Skokie, III., 120.
Yang, K. H. (2013), Development of Performance-Based Design Guideline for High-Density Concrete Walls, Technical Report (2nd year), Kyonggi University, 115 (in Korean).

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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