[논문]조적채움벽 높이에 따른 철근콘크리트 중력골조의 하중-변위 응답

한지민; 이창석; 한상환

doi:10.5000/eesk.2020.24.1.039

조적채움벽 높이에 따른 철근콘크리트 중력골조의 하중-변위 응답
Load-displacement Response of Gravity Load Designed Reinforced Concrete Moment Frames with Various Height of Masonry Infill Walls 원문보기

한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, v.24 no.1, 2020년, pp.39 - 47

한지민 (한양대학교 건축공학과 대학원) , 이창석 (한양대학교 건축공학과) , 한상환 (한양대학교 건축공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Lightly reinforced concrete (RC) moment frames may suffer significant damage during large earthquake events. Most buildings with RC moment frames were designed without considering seismic loads. The load-displacement response of gravity load designed frames could be altered by masonry infill walls. The objective of this study is to investigate the load-displacement response of gravity load designed frames with masonry infill walls. For this purpose, three-story gravity load designed frames with masonry infill walls were considered. The masonry infilled RC frames demonstrated larger lateral strength and stiffness than bare RC frames, whereas their drift capacity was less than that of bare frames. A specimen with a partial-height infill wall showed the least drift capacity and energy dissipation capacity. This specimen failed in shear, whereas other specimens experienced a relatively ductile failure mode (flexure-shear failure).

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 조적채움벽이 RC 중력골조의 하중-변위 응답에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위해 조적채움벽이 기둥 순길이의 0%, 50%,100%만큼 채워진 중력골조를 제작하여 반복 횡하중 가력실험을 수행하였다.

가설 설정

004/a_v (Fig. 5) 이후 완전탄소성거동한다고 가정하였다. 변위기반 전단파괴 변위비의 한계곡선은 붉은 실선으로, 하중기반 전단파괴 변위비의 한계곡선은 푸른점선으로 나타내었다.
여기서 G_c는 기둥 단면의 전단탄성계수로, 콘크리트 탄성계수의 40%로 가정하였다.
2절에서 측정된 값을 사용하였다. 주철근의 응력-변형률응답(stress-strain response)은 완전탄소성 거동으로 가정하였고, 콘크리트의 응력-변형률 응답은 Kent [30]의 연구를 참고하였다. M_y와M_0.

제안 방법

중력골조와 조적허리벽의 상호작용을 제대로 고려하지 못하면 중력골조의 정확한 내진성능을 평가하고 이에 대비하기 어려워 진다. 따라서 본 연구에서는 조적허리벽이 중력골조에 미치는 영향을실험을 통해 알아보았으며, 이를 위해 총 3개의 1층 1경간 중력골조를 제작하여 반복 횡하중 실험을 수행하였다.
본 연구에서는 조적채움벽이 RC 중력골조의 하중-변위 응답에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위해 조적채움벽이 기둥 순길이의 0%, 50%,100%만큼 채워진 중력골조를 제작하여 반복 횡하중 가력실험을 수행하였다. 본 연구를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다.

대상 데이터

실험체는 Fig. 1와 같이 조적채움벽이 없는 골조 (S0), 경간을 모두 조적벽으로 채운 골조 (S100), 조적허리벽골조 (S50)로 구성하였다. 실험체의 상세는 문교부 [19]을 참고하였으며, 구조 실험실 여건의 한계로 인해 실제의 3/5 크기로 축소하였고 보경간길이-기둥길이비 또한 1.
6 MPa이었다. 철근 인장시험편은 D13과 D6철근 각각에 대해 3개를 제작하였으며 KS B 0802 [22]을 따라 인장시험을 수행하였다. 시험을 통해 측정된 응력 변형 곡선은 Fig.
조적조 프리즘 실험체는 ASTM C1314 [23]에 따라 제작하였다. 프리즘실험체는 조적벽돌 3개를 쌓아 제작하였으며, 사용된 재료는 국내 조적벽에 주로 사용되는 2종 콘크리트벽돌 (190 mm × 57 mm × 90 mm)이 사용되었다. 총 3개의 조적조 프리즘 압축실험을 수행하였고, 이들의 평균 압축강도는 8.

데이터처리

다음으로 θy를 이용하여 실험체들의 파괴모드(전단파괴, 휨파괴, 휨-전단파괴)를 해석적으로 예측해 보았다. 과거 연구를 종합하여 보면 기둥의 전단파괴 시점을 확인하는 방법은 변위기반모델, 하중기반모델2가지로 분류된다 [27], [31, 32].
실험체 S0와 S50의 전단파괴 발생률은 하중기반모델[27, 31]과 변위기반모델[32, 34]을 사용하여 예측하였고, 실험에서 측정된 파괴시 변위비 (θ_f)와 비교하였다.

이론/모형

3(a)). 대각인장실험은 ASTM E519/E519M [24]에 따라 3개의 조적 시험편을 사용하여 수행되었다. 각 조적 시험편의 높이와 길이는 모두 400 mm이었다.
전단파괴시 변위비 (θ_f )와 전단강도 (V₀) 사이의 관계는 Elwood andMoehle [32]에 의해 변위기반모델식(8)을 사용하여 결정할 수 있다.
조적조 프리즘 실험체는 ASTM C1314 [23]에 따라 제작하였다. 프리즘실험체는 조적벽돌 3개를 쌓아 제작하였으며, 사용된 재료는 국내 조적벽에 주로 사용되는 2종 콘크리트벽돌 (190 mm × 57 mm × 90 mm)이 사용되었다.
콘크리트의 압축강도 시험은 KS F 2405 [20]를 따랐으며 지름 150mm, 높이 300 mm의 원통형 공시체는 KS F 2403 [21]을 따라 세 개를 만들어 실험 당일까지 56일간 양생 후 콘크리트 압축시험을 수행하였다. Fig.

성능/효과

2) 조적채움벽이 없는 골조 실험체 (S0)의 하중-변위 응답은 정가력과 부가력에서 모두 대칭적인 이력거동을 보였다. 반면 조적채움벽이 존재하는 S50과 S100의 중-변위 응답은 비대칭적이었다.
3) 조적채움벽 높이가 기둥 순길이의 50%, 100%인 실험체 (S50, S100)는 조적채움벽이 없는 기준실험체 (S0)에 비해 각각 6%, 30%의 최대내력 증가를 보였다. 하지만 S50과 S100의 실험 종료시 변위비는 S0보다 20% 이상 작았다.
4) S50의 왼쪽 기둥은 정가력에서 변곡점이 기둥의 중간 부분에 있는 반면, 부가력에서 변곡점은 기둥의 중간 부분보다 위쪽에서 발생하였다. 이는 조적채움벽이 기둥의 움직임을 구속하여 (단주효과)발생한 결과이다.
6) 동일한 횡변위비에서의 누적에너지 소산량은 조적채움벽의 높이와 비례하여 증가하였다. 실험 종료직전의 누적에너지 소산량은 S100이 가장 컸고, S0과 S50은 유사하였다.
반면 조적채움벽이 존재하는 S50과 S100의 중-변위 응답은 비대칭적이었다. 이 현상의 원인은 골조를 한쪽 방향으로 가력하면서 발생한 조적채움벽의 균열이 반대 방향으로 가력시의 실험체내력에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 이 현상은 조적채움벽의 높이가 높은 S100이 S50보다 더 심한 비대칭성을 보였다.
특히 조적허리벽 실험체 (S50)의 경우, 최대내력은 크게 증가하지 않았으나, 기둥의 단주파괴로 인해 기준실험체 (S0)보다 이른 변위비에 실험이 종료되었다. 이를 통해 조적채움벽의 높이에 따라 RC골조의 내진 거동이 변화할 수 있음을 확인하였다. 다만, 실험체의 개수가 제한적이기 때문에 보다 다양한 설계변수 (조적채움벽의 높이, 경간길이 ,재료강도 등)에 대한 검증이 필요하다.
실험체의 완전한 붕괴를 피하기 위해 실험체가 θ_f에 도달했을 때 실험을 종료하였다. 조적채움이 없는 실험체(S0)의 이력곡선은 정가력 (+)과 부가력 (−)에서 모두 대칭적인 이력거동을 보인 반면, 조적채움이 있는 실험체 (S50과 S100)는 비대칭적인 이력곡선을 보였다. 이는 골조를 한쪽 방향으로 가력하면서 생긴 조적채움벽의 균열이 반대방향으로 가력시의 실험체내력을 저하시켜 발생하는 것에서 기인한 것이라 할 수 있다.
이 현상은 실험체 S100이 S50보다 더 심한 비대칭성을 보였다. 하지만 최대내력 도달 이후에는 조적채움벽의 균열 및 줄눈 손상이 정방향/부방향에 대해 고르게 발생하였기 때문에 하중-변위 응답상의 비대칭성이 완화되는 것을 확인하였다.

후속연구

이를 통해 조적채움벽의 높이에 따라 RC골조의 내진 거동이 변화할 수 있음을 확인하였다. 다만, 실험체의 개수가 제한적이기 때문에 보다 다양한 설계변수 (조적채움벽의 높이, 경간길이 ,재료강도 등)에 대한 검증이 필요하다.
7) 본 연구에서 제작된 실험체는 기둥과 조적채움벽간의 상호작용과 이로인한 하중-변위 응답 및 파괴모드에 집중하였다. 따라서 보의 휨거동, 보-기둥 접합부의 전단거동, 그리고 기둥 휨철근의 겹침이음의 영향이 고려되지 않았으므로 추후 연구에서 보완되어야 할 것이다.

참고문헌 (36)

Turgay T, Durmus MC, Binici B, Ozcebe G. Evaluation of the Predictive Models for Stiffness, Strength, and Deformation Capacity of RC Frames with Masonry Infill Walls. Journal of Structural Engineering. 2014 Oct;140(10):06014003.

상세보기
Lee HS, Woo SW. Effect of masonry infills on seismic performance of a 3-storey R/C frame with non-seismic detailing. Earthquake Engineering & Structural Dynamics. 2002 Feb;31(2):353-378.

상세보기
Kumar M, Rai DC, Jain SK. Ductility Reduction Factors for Masonry-Infilled Reinforced Concrete Frames. Earthquake Spectra. 2015 Feb;31(1):339-365.

상세보기
Perrone D, Leone M, Aiello MA. Evaluation of the infill influence on the elastic period of existing RC frames. Eng Struct. 2016 Sep 15;123:419-433.

상세보기
Crisafulli FJ. Seismic behaviour of reinforced concrete structures with masonry infills. University of Canterbury. Civil Engineering: University of Canterbury. c1997.
El-Dakhakhni WW, Elgaaly M, Hamid AA. Three-Strut Model for Concrete Masonry-Infilled Steel Frames. Journal of Structural Engineering. 2003 Feb;129(2):177-185.

상세보기
Fiore A, Spagnoletti G, Greco R. On the prediction of shear brittle collapse mechanisms due to the infill-frame interaction in RC buildings under pushover analysis. Eng Struct. 2016 Aug;121:147-159.

상세보기
Sattar S, Liel AB. Seismic Performance of Nonductile Reinforced Concrete Frames with Masonry Infill Walls-I: Development of a Strut Model Enhanced by Finite Element Models. Earthquake Spectra. 2016 May;32(2):795-818.

상세보기
Park JH, Jeon SH, Kang KS. Seismic Performance Evaluation of Masonry-Infilled Frame Structures using Equivalent Strut Models. Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea. 2012 16(1):47-59.

원문보기 상세보기
Guevara LT, Garcia LE. The Captive- and Short-Column Effects. Earthquake Spectra. 2005 Feb;21(1):141-160.

상세보기
Yu E, Kim M, Jung D. A Comparison Study of Equivalent Strut Models for Seismic Performance Evaluation of Masonry-Infilled Frame. Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea. 2014 Mar;18(2):79-87.

원문보기 상세보기
Kim TW, Min CG. Analytical Study of the Effect of Full and Partial Masonry Infills on the Seismic Performance of School Buildings. Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea. 2013;17(5):197-207.

원문보기 상세보기
Moon KH, Jeon YR, Lee CS, Han SW. Evaluation of Performance of Korean Existing School Buildings with Masonry Infilled Walls Against Earthquakes. Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea. 2012 Dec;16(6):37-46.

원문보기 상세보기
Han SW, Kwon OS, Lee LH. Evaluation of the seismic performance of a three-story ordinary moment-resisting concrete frame. Earthquake Engineering & Structural Dynamics. 2004 May;33(6):669-685.

상세보기
Han SW, Jee NY. Seismic behaviors of columns in ordinary and intermediate moment resisting concrete frames. Eng Struct. 2005 May;27(6):951-962.

상세보기
Elwood KJ, Baradaran Shoraka M, Yang TY. Collapse Probability of Existing Concrete Buildings: The Evolution of Seismic Rehabilitation in North America. In: Fischinger M, editor. Performance-Based Seismic Engineering: Vision for an Earthquake Resilient Society. Geotechnical, Geological and Earthquake Engineering. Dordrecht: Springer Netherlands. c2014. pp. 469-483.
Yu E, Kim MJ, Lee SH, Kim CM. Relation between Shear Strength of Masonry infills and Seismic Performance of Masonry-infilled Frames. Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea. 2015;19(4):173-181.

원문보기 상세보기
Kim BS, Park JH. Res ponse Modification Factors for Seismic Performance Evaluation of Non-seismic School Buildings with Partial Masonry Infills. Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea. 2019;23(1):71-82.

원문보기 상세보기
Korean Ministry of Education. Standard design of school buildings. Report 80-92-DA. Korea. c1980. (in Korean)
Korea Standards Association. KS F 2405. Standard Test Method for Compressive Strength of Concrete. Republic of Korea. c2017.
Korea Standards Association. KS F 2403. Standard test methods for making and curing concrete specimens. Republic of Korea. c2014.
Korea Standards Association. KS B 0802. Method of tensile test for metallic materials. Republic of Korea. c2018.
ASTM. Standard Test Method for Compressive Strength of Masonry Prisms. ASTM C1314-142014.
ASTM. Standard Test Method for Diagonal Tension (Shear) in Masonry Assemblages. ASTM E519 / E519M-152015.
ACI. Acceptance Criteria for Moment Frames Based on Structural Testing and Commentary. Farmington Hills, MI. c2005.
Elwood KJ, Eberhard MO. Effective Stiffness of Reinforced Concrete Columns. ACI Structural Journal. 2009 Jul-Aug;106(4):476-484.

상세보기
ASCE 41-17. Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings. Reston, VA: American Society of Civil Engineers. c2017.
Elwood KJ, Eberhard MO. Effective Stiffness of Reinforced Concrete Columns. Pacific Earthquake Engineering Research Center. c2006.
Berry MP, Eberhard MO. Performance modeling strategies for modern reinforced concrete bridge columns Pacific Earthquake Engineering Research Center. Contract No.: PEER 2007/07. c2008.
Kent DC. Flexural members with confined concrete. Journal of the Structural Division. 1971;97(7):1969-1990.
Sezen H, Moehle JP. Shear Strength Model for Lightly Reinforced Concrete Columns. Journal of Structural Engineering. 2004 Nov;130(11):1692-1703.

상세보기
Elwood KJ, Moehle JP. Drift Capacity of Reinforced Concrete Columns with Light Transverse Reinforcement. Earthquake Spectra. 2005 Feb;21(1):71-89.

상세보기
LeBorgne MR, Ghannoum WM. Analytical Element for Simulating Lateral-Strength Degradation in Reinforced Concrete Columns and Other Frame Members. Journal of Structural Engineering. 2014 Jul;140(7):04014038 1-12.
Ghannoum WM, Moehle JP. Rotation-Based Shear Failure Model for Lightly Confined RC Columns. Journal of Structural Engineering. 2012 Oct;138(10):1267-1278.

상세보기
Di Ludovico M, Verderame GM, Prota A, Manfredi G, Cosenza E. Experimental Behavior of Nonconforming RC Columns with Plain Bars under Constant Axial Load and Biaxial Bending. Journal of Structural Engineering. doi:10.1061/(ASCE)st. 1943-541x.0000703. 2013;139:897-914.

상세보기
Rodrigues H, Furtado A, Arede A. Behavior of Rectangular Reinforced-Concrete Columns under Biaxial Cyclic Loading and Variable Axial Loads. Journal of Structural Engineering. doi:10.1061/(ASCE) st.1943-541x.0001345. 2016;142:04015085-1-8.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증