선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 현행기준에서 대각선 및 수평 철근상세를 모두 허용하고 있는 최소 세장비인 세장비 2의 실규모 연결보에 대한 실험을 수행하였으며, 철근상세에 따른 이력거동을 평가하고자한다. 또한 대구경 및 고강도 철근을 사용한 연결보의 구조성능 평가를 실시하였으며, 실험결과를 근거로 하여 현행기준의 설계법과의 비교 및 연결보의 이력모델을 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 고강도 철근을 사용한 세장비 2인 연결보의 구조성능을 실험적으로 평가하기 위하여 실시되었으며, 이를 위해 대각선 및 수평 철근상세 실규모 연결보에 대한 구조성능 평가를 실시하였다. 제한된 실험체의 결과를 근거로 하여 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 본 연구에서는 현행기준에서 대각선 및 수평 철근상세를 모두 허용하고 있는 최소 세장비인 세장비 2의 실규모 연결보에 대한 실험을 수행하였으며, 철근상세에 따른 이력거동을 평가하고자한다. 또한 대구경 및 고강도 철근을 사용한 연결보의 구조성능 평가를 실시하였으며, 실험결과를 근거로 하여 현행기준의 설계법과의 비교 및 연결보의 이력모델을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 구조성능 평가를 위해 하중제어 및 변위제어를 이용한 준 정적 반복가력을 실시하였으며, 초기 하중제어의 경우 설계 내력의 5,10, 15%에 대하여 각 사이클별 2회씩 반복가력을 실시하였다. 변위제어의 경우 변위각 1.
- 5% 증가시키며 3회의 반복가력을 실시하였다. 그 후에는 실험체 파괴 시 까지 변위각을 1%씩 증가시키며 실험을 실시하였다. Fig.
- 연결보의 회전각을 측정하기 위하여 양단 전단벽에 선형변위계를 설치하였으며, 차분을 통해 상대변위를 측정하였다. 또한 대각선보강근 및 수평주근 등 중요 철근에 변형게이지를 부착하여 철근의 변형을 측정하였다.
- 본 연구에서는 실제구조물의 응력조건을 고려하여 연결보를 실규모로 설계하였으며, 실험체상세를 Fig. 1에 나타내었다. 연결보의 세장비는 2로 설정하였으며, 주요변수는 철근상세로 설정하였다.
- 2은 실험체 설치현황을 나타낸 것으로, 실험체는 벽체와 보를 90° 회전시킨 상태로 실험을 수행하였다. 연결보에 발생하는 복곡률을 구현하기 위하여 연결보의 길이방향 중심과 유압 엑츄에이터(actuator)의 중심을 같게 실험체를 설치하였다. 프레임과 링크조인트(link joint)를 이용하여 보의 발생되는 길이방향의 변화 및 벽체의 회전을 구속하였으며, 실험 중 수평이동만 발생하도록 하였다.
- 3은 실험체의 제어이력을 나타낸 것이다. 연결보의 회전각을 측정하기 위하여 양단 전단벽에 선형변위계를 설치하였으며, 차분을 통해 상대변위를 측정하였다. 또한 대각선보강근 및 수평주근 등 중요 철근에 변형게이지를 부착하여 철근의 변형을 측정하였다.
- KCI-12에 따라 12-HD10의 길이방향철근을 배근하였으며, 양단의 정착을 실시하지 않았다. 전단보강근은 HD13철근을 100 mm 간격으로 배근하였으며, HD10 철근의 레그바(legbar)를 동일한 간격으로 배근하였다. 연결보의 양단은 특수전단벽의 경계요소를 묘사한 것으로 벽체 두께는 300 mm로 설정하였으며, 철근상세는 KCI-12에서 제시된 상세에 준하여 제작되었다.
- 1(b)는 수평철근으로 보강된 연결보의 상세를 나타낸 것으로, 주근은 3-HD25로 설정하였다. 주근의 정착을 위해 양단에 헤디드 바를 사용하였으며, 대각선 보강근 실험체와 동일하게 전단철근 및 레그바를 배근하였다.
- 5의 연결보에 대하여 실험을 진행하였으며, 대각선 보강근으로 SD600급 철근을 사용하였다. 주요 실험변수는 대각선 보강근을 다발철근으로 사용한 경우와 대구경철근을 사용한 경우를 변수로 실험을 수행하였다. 실험결과 대구경 철근을 사용할 경우 변형능력이 다소 감소하나 다발철근과 유사한 이력거동을 나타내는 것으로 보고되었다.
- 연결보에 발생하는 복곡률을 구현하기 위하여 연결보의 길이방향 중심과 유압 엑츄에이터(actuator)의 중심을 같게 실험체를 설치하였다. 프레임과 링크조인트(link joint)를 이용하여 보의 발생되는 길이방향의 변화 및 벽체의 회전을 구속하였으며, 실험 중 수평이동만 발생하도록 하였다.
대상 데이터
- 공시체는 20(±2)°C의 수중조건에서 양생을 실시하였다.
- 본 연구에서는 설계기준강도 24 MPa의 일반 레디믹스트 콘크리트를 사용하였다. 압축강도 평가를 위하여 KS F 2403(2010)에 따라 ø100×200 mm의 원주형 공시체를 제작하였으며, KS F 2405(2014)에 준하여 2000 kN 용량의 만능재료시험기를 사용하여 하중제어방식으로 실험을 실시하였다.
- 따라서 최근 고강도 철근을 연결보의 주철근 및 대각선 보강철근으로 사용하는 연구가 활발하게 수행되고 있다(LH, 2015). 상기연구에서는 세장비 1.5의 연결보에 대하여 실험을 진행하였으며, 대각선 보강근으로 SD600급 철근을 사용하였다. 주요 실험변수는 대각선 보강근을 다발철근으로 사용한 경우와 대구경철근을 사용한 경우를 변수로 실험을 수행하였다.
- 전단보강근은 HD13철근을 100 mm 간격으로 배근하였으며, HD10 철근의 레그바(legbar)를 동일한 간격으로 배근하였다. 연결보의 양단은 특수전단벽의 경계요소를 묘사한 것으로 벽체 두께는 300 mm로 설정하였으며, 철근상세는 KCI-12에서 제시된 상세에 준하여 제작되었다. 벽체의 양단부는 가력 중 예상치 못한 접합부 파괴를 방지하기 위해여 두께를 560mm로 설정하였다.
이론/모형
- 27EcIg로 평가되었다. 본 연구에서는 Fig. 10에 나타낸 나와 같이 Pan and Moehle(1986)의 연구에서 제시된 항복점 규정방법에 준하여 연결보의 항복변위를 산정하였다. 대각선보강 및 수평상세를 적용한 연결보의 항복하중에서 유효강성은 0.
- 압축강도 평가를 위하여 KS F 2403(2010)에 따라 ø100×200 mm의 원주형 공시체를 제작하였으며, KS F 2405(2014)에 준하여 2000 kN 용량의 만능재료시험기를 사용하여 하중제어방식으로 실험을 실시하였다.
성능/효과
- 1) 대각선 및 수평 철근상세를 적용한 연결보의 파괴양상을 비교한 결과 대각선 철근상세 연결보의 경우 보 양단에 발생한 미끄러짐 전단균열을 대각선 철근이 효과적으로 제어하면서, 단부의 소성힌지가 형성되는 것으로 판단된다. 반면 수평 철근상세 연결보는 파괴가 보 내부에 집중되면서 급격한 전단파괴가 발생하였다.
- 2) 현행기준에서 제시된 강도설계법과 실험에서 나타난 내력을 비교한 결과, 고강도 대각선 철근상세 연결보의 경우 현행기준의 강도산정 방법을 사용하여 문제가 없을 것으로 판단된다. 반면 수평 철근상세의 연결보의 경우 현행기준의 내력에 비해 최대내력이 감소하는 것으로 나타났으며, 고강도 철근을 적용한 세장비 2의 수평 철근상세 연결보의 경우 내력산정 식 추가적인 고려가 필요할 것으로 판단된다.
- 3) 본 연구 및 기준연구의 결과에서 나타난 바와 같이 세장비 2의 수평 철근상세 연결보의 경우 변형능력이 대각선 철근 상세에 비해 급격하게 감소하는 것으로 판단된다. 현행기준에서는 세장비 2인 연결보에 대하여 대각선 및 수평 철근상세를 모두 허용하고 있으나, 연결보에 요구되는 변형능력에 따라 대각선 철근상세가 병렬전단벽 구조성능 향상에 효과적일것으로 판단된다.
- 4) 실험을 통해 나타난 연결보의 유효강성은 ASCE 41-13에서 제시된 유효강성에 비해 크게 감소하는 것으로 나타났으며, 이는 전단변형 및 미끄러짐 전단균열의 확장 등과 관련이 있는 것으로 판단된다. 따라서 향후 연결보의 유효강성 산정을 위한 추가적인 실험이 요구된다.
- 수평 철근상세 실험체의 주근으로 사용된 HD22 철근의 항복강도 및 인장강도는 709 및 817 MPa로 나타났다. SD500급 철근의 연신율을 약 15%로 나타났으며, SD600급 철근의 경우 SD500급에 비해 다소 연신율이 감소하는 것으로 나타났으나, KS D 3504에서 제시된 값을 만족하는 범위로 판단된다.
- 본 연구에서 사용된 철근의 역학적특성을 Table 2에 정리하여 나타내었으며, 길이방향 및 전단보강근, HD10 및 HD13철근의 항복강도는 549 및 522 MPa로 나타났으며, 인장강도는 650 및 687 MPa로 나타났다. 대각선 보강근으로 사용된 HD25 철근의 항복강도는 670 MPa로 설계기준강도를 상회하는 것으로 나타났으며, 인장강도는 783 MPa로 나타났다. 수평 철근상세 실험체의 주근으로 사용된 HD22 철근의 항복강도 및 인장강도는 709 및 817 MPa로 나타났다.
- 10에 나타낸 나와 같이 Pan and Moehle(1986)의 연구에서 제시된 항복점 규정방법에 준하여 연결보의 항복변위를 산정하였다. 대각선보강 및 수평상세를 적용한 연결보의 항복하중에서 유효강성은 0.053EcIg 및 0.048EcIg로 평가되었으며, ASCE 41-13에서 제시된 0.30Eclg에 비해 크게 감소되는 것으로 평가되었다. 유사한 연구결과와 Naish et al.
- 대각선보강 상세를 적용한 연결보의 초기강성은 정가력 및 부가력에서 각각 73.8 및 60.4 kN/mm로 나타났으며, 수평상세를 적용한 연결보의 초기강성은 정가력 및 부가력에서 각각 70.5 및 57.6 kN/mm로 나타났다. Fig.
- a)의 연구에 나타난 바와 같이 대각선 보강근을 사용하는 것이 연결보의 변형능력 및 에너지소산능력 향상에 효과적인 것으로 나타났다. 또한 대각선 및 수평철근이 혼용된 경우에도 대각선 철근이 연결보의 변형능력 향상에 기여하는 것으로 나타났다. 세장비가 4 이상인 연결보에서는 대각선 철근이 경사각이 작아 효율성이 감소함으로 현행기준에서는 수평 철근상 세로 설계하도록 규정하고 있다.
- 본 연구에서 사용된 철근의 역학적특성을 Table 2에 정리하여 나타내었으며, 길이방향 및 전단보강근, HD10 및 HD13철근의 항복강도는 549 및 522 MPa로 나타났으며, 인장강도는 650 및 687 MPa로 나타났다. 대각선 보강근으로 사용된 HD25 철근의 항복강도는 670 MPa로 설계기준강도를 상회하는 것으로 나타났으며, 인장강도는 783 MPa로 나타났다.
- 6은 현행기준의 공칭강도로 무차원화 포락선을 나타낸 것으로, Chang(2012)의 실험결과와 비교하여 나타내었다. 본 연구에서 수행된 대각선 및 수평 철근상세를 적용한 연결보의 실험결과에서는 앞서 기술한 바와 같이 수평 철근상세의 경우 연결보 내부에 급격한 전단파괴가 발생하며, 대각선 상세 연결보에 비해 변형능력 및 내력이 감소하는 것으로 판단된다. 실험방법 및 대각선 철근의 철근비가 상이하여 본 연구의 실험결과와 직접적인 비교는 어려우나, 철근상세에 따른 유사한 거동특성은 Chang의 실험결과에서도 보고되었다.
- 하지만 연결보 내부의 전단균열 폭의 진전은 관찰되지 않았으며, 대부분의 균열진전 및 파괴가 연결보 양단에 발생하는 미끄러짐 전단균열에 집중되었다. 부재회전각 2.5%에서는전단벽과 연결보 접합부에서 압축파괴에 의한 콘크리트 박리가 관찰되었으며, 부재회전각 5.0%에서 미끄러짐 전단균열 폭 증가와 콘크리트 피복 탈락으로 내력이 저하되며 최종 파괴되었다.
- 부재회전각 3%에서의 누적에너지 소산능력은 대각선 및 수평 철근상세에 각각 121 및 108 kN·m를 나타나내었으며, 대각선보강상세 연결보의 경우 부재회전각 5.0%에서 296 kN·m의 누적에너지 소산능력을 나타내었다.
- 대각선 보강근으로 사용된 HD25 철근의 항복강도는 670 MPa로 설계기준강도를 상회하는 것으로 나타났으며, 인장강도는 783 MPa로 나타났다. 수평 철근상세 실험체의 주근으로 사용된 HD22 철근의 항복강도 및 인장강도는 709 및 817 MPa로 나타났다. SD500급 철근의 연신율을 약 15%로 나타났으며, SD600급 철근의 경우 SD500급에 비해 다소 연신율이 감소하는 것으로 나타났으나, KS D 3504에서 제시된 값을 만족하는 범위로 판단된다.
- b)의 연구에는 세장비 1 및 2를 갖는 연결보의 배근상세에 따른 내진성능 평가를 수행하였으며, 대각선 보강 상세가 전단이 지배적인 연결보의 구조성능에 미치는 영향을 실험적으로 평가하였다. 실험결과 대각선철근으로 보강된 연결보가 수평철근을 배근한 경우에 비해 높은 변형능력을 나타내었다. 유사한 연구결과는 Galano and Vignoli(2000)의 연구에서도 보고되었으며, 세장비 1.
- 6%에서는 연결보의 전면의 분포되는 경향을 나타내었다. 이후 전단균열의 폭이 증가하였으며, 부재회전각 1.5%에서는 연결보 양단에서 압축파괴와 함께 내부의 전단균열 폭의 급격한 증가가 관찰되었다. 부재회전각 2.
- 0%로 나타났다. 이후 하중이 서서히 감소하며, 부재회전각 5%까지 최대내력의 80%의 하중을 부담하는 것으로 나타났다.
- 는 해당전단력에서 발생한 변위(mm)를 나타낸다. 초기 대각선보강 상세를 적용한 연결보의 유효강성은 0.26 Eclg로 평가되었으며, 수평상세를 적용한 연결보의 유효강성은 0.27EcIg로 평가되었다. 본 연구에서는 Fig.
- 7 kN으로 나타났다. 최대내력 시 부재회전각은 정가력 및 부가력에서 각각 2.5 및 3.0%로 나타났다. 이후 하중이 서서히 감소하며, 부재회전각 5%까지 최대내력의 80%의 하중을 부담하는 것으로 나타났다.
- 7 kN의 내력을 나타내었다. 최대내력 시 부재회전각은 정가력 및 부가력에서 모두 2.5%로 나타났으며, 최대하중 이후 다소 급격하게 파괴되는 양상을 나타내었다. 이는 양단의 미끄러짐 전단균열을 효과적으로 제어한 대각선 철근 상세와는 달리 수평 철근상세의 경우 연결보 내부에 다수의 전단균열이 발생되었기 때문으로 판단된다.
후속연구
- 5) 실험을 통해 제시된 연결보의 이력모델의 경우에도 ASCE 41-13에서 제시된 모델과 상이한 결과를 나타내었으며, 고강도 철근을 사용한 대각선 및 수평 철근상세의 이력모델 구성을 위한 해석적 연구가 추가적으로 요구된다.
- 특히 수평 철근상세 연결보의 경우 제시된 이력모델이 실험결과에서의 최대하중 및 80% 내력저하 시의 부재회전각을 과대평가하고 있는 것으로 판단된다. 따라서 고강도철근을 사용한 세장비 2인 연결보의 이력모델 제시를 위한 해석적 연구가 추가적으로 요구되며, 이를 통해 요구되는 변형능력에 따른 연결보의 합리적 설계가 가능할 것으로 판단된다.
- 4) 실험을 통해 나타난 연결보의 유효강성은 ASCE 41-13에서 제시된 유효강성에 비해 크게 감소하는 것으로 나타났으며, 이는 전단변형 및 미끄러짐 전단균열의 확장 등과 관련이 있는 것으로 판단된다. 따라서 향후 연결보의 유효강성 산정을 위한 추가적인 실험이 요구된다.
- 14EcIg로 제시하였다. 따라서 현재 제시된 유효강성을 적용할 경우 연결보의 강성을 과대평가할 수 있을 것으로 판단되며, 실험결과에 근거한 이력모델이 필요할 것으로 사료된다. 또한 연결보의 변형에 영향을 주는 전단, 철근의 슬립및 연결보 단부 균열의 확장을 고려한 강성제시가 필요할 것으로 판단된다.
- 따라서 현재 제시된 유효강성을 적용할 경우 연결보의 강성을 과대평가할 수 있을 것으로 판단되며, 실험결과에 근거한 이력모델이 필요할 것으로 사료된다. 또한 연결보의 변형에 영향을 주는 전단, 철근의 슬립및 연결보 단부 균열의 확장을 고려한 강성제시가 필요할 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.