형상비(M/VD, shear span-depth ratio)가 4.5인 축소모형의 원형기둥 실험체 3개를 제작하였다. 철근콘크리트 기둥 실험체의 단면은 원형이고 중공단면으로 제작되었다. 철근콘크리트 기둥 실험체의 단면 지름은 400 mm, 중공 지름은 200 mm이다. 일정한 축력 하에서 반복하중을 가력하는 준정적 실험을 수행하였다. 실험체의 주요변수는 횡방향철근비이다. 모든 실험체의 횡방향 나선철근 체적비는 소성힌지 구간에서 0.302~0.604%의 값을 갖는다. 이 값은 도로교설계기준에서 요구하는 최소 심부구속철근 요구량의 45.9~91.8%에 해당하며, 이는 내진설계가 되지 않은 기존 교각이나 내진설계개념으로 설계되는 교각을 나타낸다. 본 연구의 최종목적은 실험적 기초자료의 제공과 함께 성능단계별 균열, 철근의 항복, 파단 등 정량적 수치와 경향을 제공하기 위한 것이다. 본 논문에서는 실험결과를 통해 분석된 실험변수에 따른 교각의 파괴거동, 강도저감거동, 변위연성도에 대해 중점적으로 기술하였다.
형상비(M/VD, shear span-depth ratio)가 4.5인 축소모형의 원형기둥 실험체 3개를 제작하였다. 철근콘크리트 기둥 실험체의 단면은 원형이고 중공단면으로 제작되었다. 철근콘크리트 기둥 실험체의 단면 지름은 400 mm, 중공 지름은 200 mm이다. 일정한 축력 하에서 반복하중을 가력하는 준정적 실험을 수행하였다. 실험체의 주요변수는 횡방향철근비이다. 모든 실험체의 횡방향 나선철근 체적비는 소성힌지 구간에서 0.302~0.604%의 값을 갖는다. 이 값은 도로교설계기준에서 요구하는 최소 심부구속철근 요구량의 45.9~91.8%에 해당하며, 이는 내진설계가 되지 않은 기존 교각이나 내진설계개념으로 설계되는 교각을 나타낸다. 본 연구의 최종목적은 실험적 기초자료의 제공과 함께 성능단계별 균열, 철근의 항복, 파단 등 정량적 수치와 경향을 제공하기 위한 것이다. 본 논문에서는 실험결과를 통해 분석된 실험변수에 따른 교각의 파괴거동, 강도저감거동, 변위연성도에 대해 중점적으로 기술하였다.
Three small scale hollow circular reinforced concrete columns(4.5 aspect ratio) were tested under cyclic lateral load with constant axial load. Diameter of section is 400 mm, hollow diameter is 200 mm. The selected test variable are transverse steel ratio. Volumetric ratio of spirals of all the colu...
Three small scale hollow circular reinforced concrete columns(4.5 aspect ratio) were tested under cyclic lateral load with constant axial load. Diameter of section is 400 mm, hollow diameter is 200 mm. The selected test variable are transverse steel ratio. Volumetric ratio of spirals of all the columns is 0.302~0.604% in the plastic hinge region. It corresponds to 45.9~91.8% of the minimum requirement of confining steel by Korean Bridge Design Specifications, which represent existing columns not designed by the current seismic design specifications or designed by seismic concept. The final objectives of this study are to provide quantitative reference data and tendency for performance or damage assessment based on the performance levels such as cracking, yielding, steel fracture, etc. In this paper, describes mainly failure behavior, strength degradation behaviour, displacement ductility of circular reinforced concrete bridge columns with respect to test variables.
Three small scale hollow circular reinforced concrete columns(4.5 aspect ratio) were tested under cyclic lateral load with constant axial load. Diameter of section is 400 mm, hollow diameter is 200 mm. The selected test variable are transverse steel ratio. Volumetric ratio of spirals of all the columns is 0.302~0.604% in the plastic hinge region. It corresponds to 45.9~91.8% of the minimum requirement of confining steel by Korean Bridge Design Specifications, which represent existing columns not designed by the current seismic design specifications or designed by seismic concept. The final objectives of this study are to provide quantitative reference data and tendency for performance or damage assessment based on the performance levels such as cracking, yielding, steel fracture, etc. In this paper, describes mainly failure behavior, strength degradation behaviour, displacement ductility of circular reinforced concrete bridge columns with respect to test variables.
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문제 정의
본 연구는 실험을 수행하여 실험변수에 따른 실험적 결과를 분석하였고 하중단계별 균열, 파괴거동, 변위연성도 등의 정량적 수치와 경향을 제공하고자 한다.
제안 방법
KS B 0801 및 0802규정에 따라 실험체 제작에 사용된 횡방향철근과 축방향철근의 재료특성 파악하였다. Fig.
주요 실험 변수인 횡방향철근비에 따라 최대 횡력 이후의 변위비에 따라 강도감소가 다르게 나타나고 있다. 각 실험체의 하중-변위 이력곡선(hysteresis loops)과 하중-변위 포락곡선을 토대로 변위비 단계별 강도저감 거동을 비교하였다. Table 4에 나타낸 바와 같이 각 변위비 단계에서 공칭강도를 기준으로 강도가 저감된 비율을 분석하였다.
5이며 전체 높이는 2,600 mm, 기둥길이 2,000 mm이다. 기초의 균열 또는 기초의 파괴 등이 기둥의 거동에 영향을 미치는 것을 차단하기 위해 기초의 높이를 600 mm로 설계하여 충분한 강도를 보유하게 하였다. 실험체의 횡방향철근 표면부터 콘크리트 표면까지의 피복두께는 18 mm이고 축방향철근의 중심에서 콘크리트 표면까지는 30.
Table 2에 완전연성을 보장하기 위해 도로교설계기준(2010), 도로교설계기준(한계상태설계법, 2012) 및 콘크리트구조기준(2012)에서 요구하는 심부구속철근비에 대한 실험체에 배근된 횡철근 간격의 비율을 나타내었다. 또한, 상기의 기준에서 축방향철근의 좌굴을 방지하기 위해 제시하고 있는 축방 향철근 지름의 6배 규정에 따른 횡방향철근 간격 및 비율을 나타내었다. CH1, CH2, CH3 실험체에 배근된 횡철근 간격은 완전연성을 보장하기 위한 도로교설계기준, 도로교설계기준(한계상태설계법, 2012) 및 콘크리트구조기준(2012)의 심부구속철근비의 0.
본 연구에서는 횡방향철근비를 주요변수로 형상비 4.5인 축소모형 나선철근 실험체(3개)에 대한 실험을 수행하여 강도저감거동, 변위연성도를 비교, 분석하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
0 이상인 경우에는 음영으로 표시하였다. 첫 번째 가력(first cycle loading)시의 횡하중 강도에 대한 두 번째 가력(second cycle loading)시의 횡하중 강도를 비교하여 나타내었다. 본 연구에서 수행된 강도저감거동에 대한 분석내용은 아래와 같다.
횡방향철근은 SD40-D13인 축방향철근 공칭단면적과의 비율을 고려하여 SD40-D10 철근을 밀링머신을 이용하여 가공하였다. 철근 단면 폭이 6.
4에 나타낸 바와 같이 하중은 변위제어방식으로 재하 되었다. 횡변위에 대한 기둥길이의 비인 변위비는 최초 0.25%로 하고 그 이후 0.5% 변위비씩 증가시키며 각각의 변위비마다 2 cycle 씩 반복 재하 하였다. 변위비 3.
대상 데이터
1에 나타내었다. 3개 실험체의 기초상면부터 하중재하 높이까지의 형상비(M/VD, shear span-depth ratio)는 4.5이며 전체 높이는 2,600 mm, 기둥길이 2,000 mm이다. 기초의 균열 또는 기초의 파괴 등이 기둥의 거동에 영향을 미치는 것을 차단하기 위해 기초의 높이를 600 mm로 설계하여 충분한 강도를 보유하게 하였다.
단면지름 400 mm, 중공지름 200 mm의 중공 원형단면 기둥 실험체 3개를 제작하였다. 제작된 실험체 중 CH1 실험체 도면을 Fig.
기초의 균열 또는 기초의 파괴 등이 기둥의 거동에 영향을 미치는 것을 차단하기 위해 기초의 높이를 600 mm로 설계하여 충분한 강도를 보유하게 하였다. 실험체의 횡방향철근 표면부터 콘크리트 표면까지의 피복두께는 18 mm이고 축방향철근의 중심에서 콘크리트 표면까지는 30.4 mm이며 축방향철근 공칭지름(dbl)의 2.39배이다. 횡방향철근은 모든 실험체에 나선철근이 배근되었다.
데이터처리
(6)을적용하여 평균(μ, mean)과 표준편차(σ, standard deviation)를 산정하였다.
이론/모형
4) 본 연구에서 가장 큰 항복변위를 산정하는 항복변위 정의는 균열에 의한 강성저하를 고려하는 할선강성 정의(Y4)이고 그 다음으로 동일한 에너지 흡수량에 근거한 산정법(Y3), 공칭횡력강도의 할선강성 정의(Y5), 최초 축방향철근의 항복을 적용하는 산정법(Y1)이다. 가장 작은 항복변위를 산정하는 항복변위 정의는 탄성영역에서의 초기강 성에 기초하여 산정하는 등가탄소성 방법(Y2)으로 분석되었다. 가장 큰 극한변위를 산정하는 정의는 철근의 파단에 근거한 산정법(U4)이다.
성능/효과
1) 모든 실험체에서 초기 균열은 0.25% 변위비에서 발생되었고 휨균열은 0.5% 변위비에서 발생되었다. 모든 실험체들의 축방향철근 항복과 경사균열은 1.
2) 횡방향철근의 간격이 내진설계 규정의 45.9% 배근된 경우, 최대 횡력 이후에 변위비 5%부터 횡력강도가 급격히 저감하는 경향을 나타내었다. 횡방향철근의 간격이 내진 설계 규정의 69.
3) 하중 반복횟수에 따른 횡력강도의 강도저감비율을 분석한 결과 CH2, CH1, CH3 실험체의 최종파괴가 발생되기 이전까지의 두 번째 가력시 횡력강도는 첫 번째 가력시 횡력강도의 63.3%, 73.3%, 81.8%의 값을 나타내었다. 횡철근 간격이 증가됨에 따라 첫 번째 가력시 횡력강도에 대해두 번째 가력시 횡력강도 감소는 증가되는 것으로 나타났다.
0%에서 경사균열이 45°로 진전되었다. 3.0% 변위비 단계에서 하중재하방향 면(S1, S3)의 기초상단부터 80 mm까지 콘크리트 박리가 관찰되었다. 4.
0% 변위비 단계에서 하중재하방향 면(S1, S3)의 기초상단부터 80 mm까지 콘크리트 박리가 관찰되었다. 4.0% 변위비 단계에서 기초상단부터 220 mm 구간에서 피복탈락 및 축방향철근 좌굴이 관찰되었다.
5% 단계에서 하중재하방향인 S1면에서 높이 50 mm까지 박리가 관찰되었다. 4.0% 변위비 단계에서 기초상단부터 280 mm 구간에 피복탈락 및 축방향철근 좌굴이 관찰되었다. 변위비 6%에서 저주파피로에 의한 축방향철근이 2개 파단되었다.
5) 본 연구에서는 동일한 실험체에서 가장 큰 편차를 보이는 경우는 1.26~2.17이고 가장 작은 편차를 보이는 경우는 1.09~1.88로 분석되었으나 변위연성도와 응답수정계수를 사용하기 위해 선택을 할 경우에는 매우 신중해야한다. 모든 실험체의 변위연성도 변동계수는 0.
따라서 횡방향철근 간격이 증가될 수록 낮은 변위이력에서 횡력강도의 저감현상이 발생되었고 저하비율도 증가된 것을 분석되었다. 다른조건이 동일한 경우 심부구속철근량이 증가할수록 연성 능력이 증가되고 횡력강도 감소비율 또한 감소되었다.
8% 배근된 경우, 최대 횡력 이후에 변위비 6%까지 횡력강도( Vexp )의 값이 공칭 횡력강도( Vn,code )를 초과하는 경향을 나타내었다. 따라서 횡방향철근 간격이 증가될 수록 낮은 변위이력에서 횡력강도의 저감현상이 발생되었고 저하비율도 증가된 것을 분석되었다. 다른조건이 동일한 경우 심부구속철근량이 증가할수록 연성 능력이 증가되고 횡력강도 감소비율 또한 감소되었다.
본 연구에서 얻은 기둥부재의 하중변위 곡선과 각각의 항복변위 값을 비교·분석한 결과, Y1, Y2, Y5의 경우는 항복상태가 과소평가되었고, Y3과 Y4의 경우는 항복변위가 적절하게 평가되었다.
5~4% 변위비 범위에서 발생하였다. 첫 번째 가력시를 기준으로 공칭 횡력강도( Vn,code )의 1.19~1.23배의 횡력강도를 보였다. 최대 횡력강도 이후에는 변위증가에 따라 횡력강도가 서서히 감소하는데, Table 5에서 강도비율이 1.
9% 배근된 경우, 최대 횡력 이후에 변위비 5%부터 횡력강도가 급격히 저감하는 경향을 나타내었다. 횡방향철근의 간격이 내진 설계 규정의 69.9% 배근된 경우, 최대 횡력 이후에 변위비 6%부터 횡력강도가 저감되었고 횡방향철근의 간격이 내진설계 규정의 91.8% 배근된 경우, 최대 횡력 이후에 변위비 6%까지 횡력강도( Vexp )의 값이 공칭 횡력강도( Vn,code )를 초과하는 경향을 나타내었다. 따라서 횡방향철근 간격이 증가될 수록 낮은 변위이력에서 횡력강도의 저감현상이 발생되었고 저하비율도 증가된 것을 분석되었다.
8%의 값을 나타내었다. 횡철근 간격이 증가됨에 따라 첫 번째 가력시 횡력강도에 대해두 번째 가력시 횡력강도 감소는 증가되는 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
교각의 연성능력의 특징은?
, 2009). 교각의 연성능력은 항복변위 및 극한변위, 변위연성도(displacement ductility factor)로 나타낼수 있으며 응답수정계수에도 영향을 준다(Kim et al., 2010; Ko, 2012; Ko, 2013; Priestley et al.
1999년부터 2014년까지 연평균 지진 발생 횟수는?
1999년부터 2014년까지 지진발생 횟수는 연평균 47.7회이나 2016년에는 7월까지 국내에서 계측된 지진 횟수가 40회 발생하였으며 최근에 울산 해역에서 규모 5.0의 지진이 발생하 였다.
시공 당시의 다양한 형상 및 철근상세를 고려한 내진성능을 평가를 하고 연구결과를 축적해 나가는 것이 절실한 이유는 무엇인가?
소성힌지 개념이 도입되어 횡방향 철근에 대한 규정이 제정되기 이전에 비내진 설계된 교각들은 일반적으로 교각의 띠철근이 D13, D16이고 200~300 mm의 간격으로 배근되었다. 이와 같이 지진발생 횟수와 규모는 증가하고 있으며 국내의 비내진 설계된 철근콘크리트 교각은 다양한 배근상세 및형상비를 가지고 있으므로 내진성능과 파괴양상은 다양하게 나타날 것으로 판단된다. 따라서 시공 당시의 다양한 형상 및 철근상세를 고려한 내진성능을 평가하고 연구결과를 축적해 나가는 것이 절실하다.
참고문헌 (13)
Kim, K. W. (2010), Nonlinear Analysis of Cyclic Lateral Forced RC Shear Wall. Journal of Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, KSMI, 14(5), 161-168 (in Korean).
Ko, S. H. (2012), Seismic Performance of Square RC Column Confined with Spirals, Journal of Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, KSMI, 16(5), 88-97 (in Korean).
Ko, S. H. (2013), Displacement Ductility of Circular RC Column according to the Spacing of Spirals, Journal of Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, KSMI, 17(2), 71-82 (in Korean).
Ko, S. H. (2013), Seismic Performance and Flexural over-strength of Circular RC Column with Aspect Ratio 4.5, Journal of Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, KSMI, 17(5), 49-58 (in Korean).
Korea Concrete Institute (2012), Concrete Structure Design Standard, Korea (in Korean).
Ministry of Construction & Transportation (1992), Bridge standard Specifications, Korea (in Korean).
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (2010), Korea Bridge Design Specifications, Korea (in Korean).
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (2012), Korea Bridge Design Specifications(Limited state design), Korea (in Korean).
Paulay, T., and Priestley, M. J. N. (1992), Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Building, John Eiley & Sons, Inc., New York, p. 142.
Priestley, M. J. N., Seible, F., and Calvi, G. M. (1996), Seismic Design Retrofit of Bridges, John Willey and Sons, Inc., New York.
Rao, K. B. S., Valsan, M., Sandhya, R., Ray, S. K., Mannan, S. L., and Rodriguez, P. (1985), On the Failure Condition in Strain-Controlled Low Cyclic Fatigue, International Journal of Fatigue, 7(3), Jully.
Sim, J. I., and Yang, K. H. (2010), Influence of Anchorage of T-Plate on the Seismic Performance of RC Columns Strengthened with Unbounded Wire Rope Units, Journal of Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, KSMI, 14(1), 133-140 (in Korean).
Youm, K. S., Lee, S. H., Lee, Y. H., Song, J. J., and Hwang, Y. K. (2009), Performance Evaluation of Scale down Concrete Filled FRP Columns, Journal of Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, KSMI, 13(1), 135-144 (in Korean).
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