축방향철근비 2.017%인 중공 원형 RC 기둥의 내진성능과 휨 초과강도 Seismic Performance and Flexural Over-strength of Hollow Circular RC Column with Longitudinal Steel Ratio 2.017%원문보기
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 내진 설계가 되지 않은 기존 교각이나 내진설계개념으로 설계되는 교각을 나타낸다. 본 연구의 최종목적은 실험적 기초자료의 제공과 함께 성능단계별 균열거동, 하중-변위 이력곡선, 에너지 소산 능력, 등가점성감쇠비, 잔류변형, 유효강성 등 내진성능의 정량적 수치와 경향을 제공하기 위한 것이다. 본 논문에서는 실험결과를 통해 분석된 실험변수에 따른 실험결과들을 공칭강도, 비선형 모멘트-곡률 해석 결과, AASHTO LRFD 및 도로교설계기준(한계상태설계법)과 같은 기준들과 비교하였다.
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 내진 설계가 되지 않은 기존 교각이나 내진설계개념으로 설계되는 교각을 나타낸다. 본 연구의 최종목적은 실험적 기초자료의 제공과 함께 성능단계별 균열거동, 하중-변위 이력곡선, 에너지 소산 능력, 등가점성감쇠비, 잔류변형, 유효강성 등 내진성능의 정량적 수치와 경향을 제공하기 위한 것이다. 본 논문에서는 실험결과를 통해 분석된 실험변수에 따른 실험결과들을 공칭강도, 비선형 모멘트-곡률 해석 결과, AASHTO LRFD 및 도로교설계기준(한계상태설계법)과 같은 기준들과 비교하였다.
Three small scale hollow circular reinforced concrete columns with aspect ratio 4.5 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 is transverse steel ratio. Volumetric ratios of spirals of all the ...
Three small scale hollow circular reinforced concrete columns with aspect ratio 4.5 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 is transverse steel ratio. Volumetric ratios of spirals of all the columns are 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 longitudinal steel ratio is 2.017%. The axial load ratio is 7%. This paper describes mainly crack behavior, load-displacement hysteresis loop, seismic performance such as equivalent damping ratio, residual displacement and effective stiffness and flexural over-strength of circular reinforced concrete bridge columns with respect to test variable. The regulation of flexural over-strength is adopted by Korea Bridge Design Specifications (Limited state design, 2012). The test results are compared with nominal strength, result of nonlinear moment-curvature analysis and the design specifications such as AASHTO LRFD and Korea Bridge Design Specifications(Limited state design).
Three small scale hollow circular reinforced concrete columns with aspect ratio 4.5 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 is transverse steel ratio. Volumetric ratios of spirals of all the columns are 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 longitudinal steel ratio is 2.017%. The axial load ratio is 7%. This paper describes mainly crack behavior, load-displacement hysteresis loop, seismic performance such as equivalent damping ratio, residual displacement and effective stiffness and flexural over-strength of circular reinforced concrete bridge columns with respect to test variable. The regulation of flexural over-strength is adopted by Korea Bridge Design Specifications (Limited state design, 2012). The test results are compared with nominal strength, result of nonlinear moment-curvature analysis and the design specifications such as AASHTO LRFD and Korea Bridge Design Specifications(Limited state design).
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
제안 방법
4) 본 연구의 실험결과와 등가 직사각형 응력블럭을 적용하여 산정된 공칭강도, Mander 등이 제안한 콘크리트 모델을 적용하여 산정된 M-φ 비선형 해석, AASHTO LRFD, 도로교설계기준 등의 초과강도 규정을 적용하여 비교하였다.
017%이다. KS B 0801 및 0802규정에 따라 횡방향철근, 축방향철근에 대하여 철근 인장시험을 수행하였다. 축방향철근의 항복강도는 482 MPa로 계측되었고 횡방향철근의 항복강도는 421 MPa로 계측되었다.
본 연구에서는 Fig. 12와 Table 4에 나타낸 바와 같이 각 실험체에 대해 등가 직사각형 응력분포를 적용하여 계산된 공칭강도, Mander 등이 제안한 콘크리트 재료모델을 적용한 비선형 모멘트 곡률(M-φ) 해석, 도로교 설계기준(한계상태설계법, 2012)과 AASHTO LRFD의 규정을 적용하여 휨 초과강도를 산정하고 평가하였다.
본 연구에서는 심부구속철근비를 주요 실험변수로 선정하여 실험을 수행하였고 실험변수를 Table 1에 정리하여 나타내었다. D13 철근 20개가 축방향철근으로 배근되었고 축방향철근비는 2.
본 연구에서는 횡방향철근비를 주요변수로 선정하였고 축방향철근비가 2.016%이고 형상비 4.5인 축소모형 중공단면 나선철근 실험체에 대한 실험을 수행하여 균열거동, 내진성능, 초과강도 등을 비교, 분석하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
실험시 재하된 축력은 일정하게 재하 되었다. 실험 진행은 변위제어방식을 적용하였다. 첫 번째 하중은 변위비 0.
실험결과를 토대로 항복변위와 극한변위를 산정하였다. 항복변위와 극한변위는 축방향철근 항복강도 및 상세, 횡방향철근 항복강도 및 상세, 철근의 슬립, 강성변화, 축력비 등의 다양한 변수들의 영향에 따라 다르게 나타난다.
일정 축력하에서 준정적실험을 수행하였다. 실험결과와 모멘트-곡률 비선형 해석결과, 설계기준에 규정된 초과강도 등을 비교하였고 내진성능을 분석하였다.
축방향력이 재하되어 있는 상태에서 횡방향 하중이 재하되면 횡변위가 발생되고 축방향 변형률이 발생되기 때문에 축방향 하중이 변화하게 된다. 이러한 문제를 방지하기 위해 유압조절장치를 이용하였다. 실험시 재하된 축력은 일정하게 재하 되었다.
5인 축소모형 실험체를 제작하였다. 일정 축력하에서 준정적실험을 수행하였다. 실험결과와 모멘트-곡률 비선형 해석결과, 설계기준에 규정된 초과강도 등을 비교하였고 내진성능을 분석하였다.
3. 하중재하
재하실험은 Fig. 2와 같이 유압잭을 사용하여 축력을 가력하였고 Hydraulic actuator를 이용하여 횡방향 하중을 반복 가력하는 준정적 실험을 수행하였다. Hydraulic actuator의 하중용량은 500 kN이고 변위용량은 ±150 mm이다.
항복변위와 극한변위는 축방향철근 항복강도 및 상세, 횡방향철근 항복강도 및 상세, 철근의 슬립, 강성변화, 축력비 등의 다양한 변수들의 영향에 따라 다르게 나타난다. 항복변위는 동일한 에너지 흡수량에 근거하여 산정하였고 극한변위는 최대하중 이후 80%로 저감되는 변위로 산정하였다. 각각의 항복정의 및 극한변위를 Table 3에 나타내었고 항복변위 및 극한변위와 함께 괄호 안에 변위비도 나타내었다.
축방향철근으로 D13 철근을 선정하였다. 횡방향철근 지름은 축방향철근 지름의 2/5 이상으로 규정하는 도로교설계기준(한계상태설계법)에 맞추기 위해 D10 철근을 가공하여 사용하였다. 단면적이 47.
대상 데이터
단면지름 400 mm, 중공지름 200 mm의 중공 원형단면 기둥 실험체 3개를 제작하였다. 원형단면 중공 기둥 실험체의 전체 높이는 2,600 mm, 기초 높이 600 mm, 기둥 길이 2,000 mm로 제작하였다.
이러한 개념의 규정들은 Eurocode 8(1996), AASHTO LRFD(2005), ATC-32(1996), CALTRANS (2002), ATC/MCEER (2001), NZ code(1994) 등과 같은 교량 내진설계기준들에 채택되어 있다. 본 연구에서는 중공 원형 나선철근 기둥의 내진성능과 휨초과강도를 분석하고자 형상비 4.5인 축소모형 실험체를 제작하였다. 일정 축력하에서 준정적실험을 수행하였다.
단면지름 400 mm, 중공지름 200 mm의 중공 원형단면 기둥 실험체 3개를 제작하였다. 원형단면 중공 기둥 실험체의 전체 높이는 2,600 mm, 기초 높이 600 mm, 기둥 길이 2,000 mm로 제작하였다. 3개 실험체의 기초상면부터 하중재하 높이까지의 형상비(M/VD, shear span-depth ratio)는 4.
5이다. 축방향철근으로 D13 철근을 선정하였다. 횡방향철근 지름은 축방향철근 지름의 2/5 이상으로 규정하는 도로교설계기준(한계상태설계법)에 맞추기 위해 D10 철근을 가공하여 사용하였다.
데이터처리
실험결과에서 도출된 변위연성도(μΔ)를 기준으로 응답수정계수를 산정하였다.
성능/효과
1) 모든 실험체에서 초기 균열 발생 및 균열 진전은 주요 변수들과 관계없이 대체로 유사한 경향을 나타내었다. 하중-변위 관계에서 1차 강성변화는 피복콘크리트의 균열 발생, 2차 강성변화는 최외곽 인장철근의 항복에 의해 발생되었다.
2) 모든 실험체의 에너지 소산능력은 하중재하 초기 단계에는 유사하게 나타나지만 변위비 2%부터 횡방향철근 간격에 따라 에너지 소산능력이 다르게 나타났다. 최종단계에서는 횡방향철근 간격이 160 mm, 105 mm, 80 mm인 경우, 9,319 kN-m, 11,004 kN-m, 15,330 kN-m의 값을 나타내었다.
3) 모든 실험체의 축방향철근비가 2.016%로 배근되어 항복변위가 26.41~27.54 mm로 다소 크게 산정되었고 이러한 영향으로 변위연성도의 값은 3.27~3.98의 범위로 산정되었다.
CH2 실험체의 초기균열 및 경사균열 발생 양상은 CH1 실험체와 동일한 변위비에서 발생되었으나 균열길이와 균열진전 양상은 심화되는 것으로 나타났다. 피복탈락의 높이도 280mm까지 계측되었다.
197인 예측결과보다 실험값에 근접하였다. 실험결과와 도로교설계기준의 초과강도의 비가 1.026~1.034로 나타나 AASHTOLRFD의 결과보다 초과강도 예측이 우수하였다.
4) 본 연구의 실험결과와 등가 직사각형 응력블럭을 적용하여 산정된 공칭강도, Mander 등이 제안한 콘크리트 모델을 적용하여 산정된 M-φ 비선형 해석, AASHTO LRFD, 도로교설계기준 등의 초과강도 규정을 적용하여 비교하였다. 축방향철근비가 2.016%로 일정하고 횡방향철근비가 다른 경우에 등가 직사각형 응력블럭을 적용하여 산정된 공칭강도는 동일하지만 재료 비선형 모멘트-곡률 해석 결과는 횡방향철근비에 따라 다르게 나타났다. 실험값에 대해서 모멘트-곡률 해석 결과가 1.
횡방향철근 간격을 변수로 하는 CH1, CH2, CH3 실험체의경우, 최대 횡력강도가 발생된 이후에는 변위비가 증가됨에따라 강성이 저하되는 경향을 나타내었으며 횡방향 심부구속철근 간격이 증가될수록 강성저하 거동이 심화되었다. 심부구속철근비가 완전연성을 보장하기 위한 도로교설계기준의 요구 횡방향철근비가 0.
모든 실험체의 최대 횡하중은 공칭 휨 횡력강도를 초과하였다. 횡방향철근 간격이 최대 횡력강도에 도달된 이후에 강성저하에 영향을 주는 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
철근콘크리트 교각의 내진성능은 무엇인가?
철근콘크리트 교각의 내진성능은 최대 휨강도에 도달한 이후에도 현저한 강성저하 또는 내력저하 없이 소성 변형할 수 있는 연성능력을 말한다. 또한 지진력에 의한 과도한 변형에 저항하는 철근콘크리트 교각의 감쇠에너지, 이력 에너지, 잔류변형, 탄성변형에너지 등에 의한 에너지 소산 성능을 뜻한다. 이러한 에너지 소산 능력과 최대 휨강도에 영향을 주는 요소들은 변형률 경화를 고려한 축방향 및 횡방향철근의 실제
초기 균열 발생 및 균열 진전은 어떻게 나타났는가?
1) 모든 실험체에서 초기 균열 발생 및 균열 진전은 주요 변수들과 관계없이 대체로 유사한 경향을 나타내었다. 하중-변위 관계에서 1차 강성변화는 피복콘크리트의 균열 발생, 2차 강성변화는 최외곽 인장철근의 항복에 의해 발생되었다. 모든 실험체의 최대 횡하중은 공칭 휨 횡력강도를 초과하였다.
에너지 소산 능력과 최대 휨강도에 영향을 주는 요소들은 무엇인가요?
또한 지진력에 의한 과도한 변형에 저항하는 철근콘크리트 교각의 감쇠에너지, 이력 에너지, 잔류변형, 탄성변형에너지 등에 의한 에너지 소산 성능을 뜻한다. 이러한 에너지 소산 능력과 최대 휨강도에 영향을 주는 요소들은 변형률 경화를 고려한 축방향 및 횡방향철근의 실제
강도, 축방향 및 횡방향철근의 극한변형률, 재령효과가 고려된 콘크리트 압축강도 및 극한변형률, 축방향철근의 면적비와 횡방향철근의 체적비 등이 주요한 인자들이다(Ko, 2012; 2014; 2015).
참고문헌 (11)
AASHTO (2005), LRFD Bridge Design Specifications, American Association of State Highway and Transportation Officials, SI Unit, 3rd ed., Washington, DC, USA
ATC/MCEER (2001), Recommended LRFD Guidelines for the Seismic Design of Highway Bridges, Part I : Specifications, Part II : Commentary and Appendices.
ATC-32 (1996), Improved Seismic Design Criteria for California Bridges, Provisional Recommendations, Applied Technology Council, Redwood City, California.
CALTRANS (2002), Caltrans Seismic Design Criteria, Version 1.3, California Department of Transportation, Sacramento, USA.
CEN (1996), Design Provisions for Earthquake Resistance of Structures - Bridges, Eurocode 8 Part 2, European Committee for Standardization.
Ko, S. H. (2012), 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 Koean)
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 Koean).
Ko, S. H. (2014), Failure Behavior of Octagonal Flared RC Columns Using Oblong Hoops. Journal of Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, KSMI, 18(3), 58-68 (in Koean).
Ko, S. H. (2015), Seismic Performance of Octagonal Flared RC Columns using Oblong Hoops. Journal of Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, KSMI, 19(6), 1-9 (in Koean).
Ministry of Construction & Transportation (2012), Korea Bridge Design Specifications(Limited state design), Korea (in Koean).
Transit New Zealand (1994), Bridge Manual, plus amendment No. 1, Wellington, New Zealand.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.