프리캐스트 콘크리트 교각은 일반 철근콘크리트 교각에 비하여 내진성능과 지진후의 공용성능이 우수하고, 특히 급속시공이 가능하다. 본 연구에서는 비부착 프리캐스트 교각의 내진거동을 OpenSEES 프로그램을 사용하여 분석하였다. 특히, 교각의 콘크리트 강도, 강선의 초기 긴장비율, 강선의 량, 세그먼트의 크기의 변화에 대한 프래캐스트 콘크리트 교각의 내진거동에 대하여 해석적으로 연구하였다. 교각의 휨강도는 프리스트레스량 및 긴장비율에 따라 변화하였고, 콘크리트 강도 및 세그먼트 크기는 교각의 휨거동에 미치는 영향이 작았다. 그러나 긴장비율의 증가는 강선의 항복을 앞당기고 또한 세그먼트 크기는 교각의 시공에 영향을 미치므로 설계시 이러한 영향을 충분히 고려해야 할 것으로 사료된다. 또한 심부콘크리트 변형률이 극한변형률에 미치지 않으므로 일반 콘크리트교각에 비하여 심부구속 철근량을 감소할 수 있을것으로 사료된다.
프리캐스트 콘크리트 교각은 일반 철근콘크리트 교각에 비하여 내진성능과 지진후의 공용성능이 우수하고, 특히 급속시공이 가능하다. 본 연구에서는 비부착 프리캐스트 교각의 내진거동을 OpenSEES 프로그램을 사용하여 분석하였다. 특히, 교각의 콘크리트 강도, 강선의 초기 긴장비율, 강선의 량, 세그먼트의 크기의 변화에 대한 프래캐스트 콘크리트 교각의 내진거동에 대하여 해석적으로 연구하였다. 교각의 휨강도는 프리스트레스량 및 긴장비율에 따라 변화하였고, 콘크리트 강도 및 세그먼트 크기는 교각의 휨거동에 미치는 영향이 작았다. 그러나 긴장비율의 증가는 강선의 항복을 앞당기고 또한 세그먼트 크기는 교각의 시공에 영향을 미치므로 설계시 이러한 영향을 충분히 고려해야 할 것으로 사료된다. 또한 심부콘크리트 변형률이 극한변형률에 미치지 않으므로 일반 콘크리트교각에 비하여 심부구속 철근량을 감소할 수 있을것으로 사료된다.
It has better seismic performance and construction performance in precast column than in conventional RC column. In this research, seismic performances of precast column are analyzed by OpenSEES. Main variables of analysis are concrete strength, jacking ratio of tendon, amount of tendon and size of ...
It has better seismic performance and construction performance in precast column than in conventional RC column. In this research, seismic performances of precast column are analyzed by OpenSEES. Main variables of analysis are concrete strength, jacking ratio of tendon, amount of tendon and size of segment. As the amount of tendon and jacking ratio are increased, the flexural strength is also increased. And there is very little effect as it varies concrete strength and size of segment. But high initial jacking ratio leads to early yielding of tendon. And it is considered that a size of segment is related on construction problem. And also, strain in core concrete is less than ultimate strain. Consequently, it is considered that the amount of transverse steel will be reduced.
It has better seismic performance and construction performance in precast column than in conventional RC column. In this research, seismic performances of precast column are analyzed by OpenSEES. Main variables of analysis are concrete strength, jacking ratio of tendon, amount of tendon and size of segment. As the amount of tendon and jacking ratio are increased, the flexural strength is also increased. And there is very little effect as it varies concrete strength and size of segment. But high initial jacking ratio leads to early yielding of tendon. And it is considered that a size of segment is related on construction problem. And also, strain in core concrete is less than ultimate strain. Consequently, it is considered that the amount of transverse steel will be reduced.
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문제 정의
이러한 이유로 미국, 일본 등 일부 국가에서는 현재 도심지의 교통혼잡을 감소키는 등 경제성을 향상시키고, 시공성이 우수한 프리캐스트 콘크리트 교각에 대한 시공 및 연구가 활발하게 진행되고 있고, 현재 우리나라에서도 이에 대한 연구가 진행중이다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 강도, 긴장비율, 강선의 량, 세그먼트의 크기의 변화에 대한 프래캐스트 콘크리트 교각의 내진거동에 대하여 OpenSEES를 이용한 해석적 연구를 수행하고자 하였다.
제안 방법
강선은 SWPC 7B를 사용하였고 그림 1과 같이 교각 단면의 네모서리부분에 설치하였다. 콘크리트 설계강도는 40, 60MPa, 강선의 긴장비율은 항복하중의 30, 50, 75%로 결정하였고, 강선비는 0.1~0.8%이다. 교각의 총 높이는 2.
교각부는 보-기둥요소를 사용하였고, 비부착강선은 트러스모델을 사용하여 모델링하였다. 텐던의 기하형상을 유지하기 위하여 강체(rigid link)로 교각부와 연결하였다.
5, 7m로 하였으나 각 세그먼트의 높이는 1m로 일정하게 하였다. 해석시 세그먼트의 크기의 영향을 살펴보기 위하여 0.5, 1.0, 1.5m의 세그먼트를 설정하였다.
대상 데이터
주철근은 SD400, SD500(D13)을 사용하였고, 횡철근은 SD400(D10)을 도로교 설계기준에 따라 배근 하였다. 강선은 SWPC 7B를 사용하였고 그림 1과 같이 교각 단면의 네모서리부분에 설치하였다. 콘크리트 설계강도는 40, 60MPa, 강선의 긴장비율은 항복하중의 30, 50, 75%로 결정하였고, 강선비는 0.
주철근은 SD400, SD500(D13)을 사용하였고, 횡철근은 SD400(D10)을 도로교 설계기준에 따라 배근 하였다. 강선은 SWPC 7B를 사용하였고 그림 1과 같이 교각 단면의 네모서리부분에 설치하였다.
해석에 사용된 교각은 700×450mm 직사각형 단면의 중공단면의 프리캐스트 콘크리트 교각으로 벽체의 두께는 100mm이고, 각 세그먼트의 높이는 1m 씩 4개의 세그먼트로 구성된 교각으로 하중가력 점까지의 높이는 3.5m이다.
데이터처리
본 교각 해석은 파이버 요소를 사용한 OpenSEES를 사용하였고, 비부착 텐던의 프리캐스트 교각의 모델링은 그림 2와 같다. 교각부는 보-기둥요소를 사용하였고, 비부착강선은 트러스모델을 사용하여 모델링하였다.
이론/모형
본 교각 해석은 파이버 요소를 사용한 OpenSEES를 사용하였고, 비부착 텐던의 프리캐스트 교각의 모델링은 그림 2와 같다. 교각부는 보-기둥요소를 사용하였고, 비부착강선은 트러스모델을 사용하여 모델링하였다. 텐던의 기하형상을 유지하기 위하여 강체(rigid link)로 교각부와 연결하였다.
성능/효과
강재량이 증가함에 따라 횡하중은 증가하였고 이는 강재량의 증가로인한 압축력이 증가하여 중립축깊이가 증가하였기 때문이다. 강재량이 2배, 3배로 증가함에 따라 중립축깊이는 각각 22%, 47% 증가함을 볼 수 있었다. 이때 횡하중의 증가량은 각각 약 27%, 54%이다.
그림 5는 긴장비율 및 강재량에 따른 최대하중의 변화를 나타낸다. 동일한 강재량에 대해 긴장비율이 증가하면 초기 축압축력이 증가하여 횡하중은 증가하지만 강선의 항복시점이 빨라짐을 알 수 있었다. 프리 스트레스에 의한 축력은 긴장비율과 강재량의 조합으로 구성된다.
프리캐스트 교각의 변위의 80~90%는 gap opening에 의해 발생하고 특히 최하단 세그먼트의 gap opening에 의해 지배적임을 알 수 있었다. 심부콘크리트의 압축변형률은 모든 해석 대상에 대하여 0.003 이하로 측정되었고 이는 현행 도로교설계기준에 따라 횡철근 보강을 하지 않아도 콘크리트 압축파괴에 의한 교각의 파괴는 발생하지 않는 것을 의미하고 따라서 횡철근량을 감소시킬 수 있을 것으로 사료된다.
그림 6은 gap opening에 의한 변위 기여도를 나타낸다. 프리캐스트 교각의 변위의 80~90%는 gap opening에 의해 발생하고 특히 최하단 세그먼트의 gap opening에 의해 지배적임을 알 수 있었다. 심부콘크리트의 압축변형률은 모든 해석 대상에 대하여 0.
세그먼트의 크기는 휨성능과는 무관하지만 시공에 영향을 미치므로 설계시 고려해야 할 것으로 사료된다. 프리캐스트 콘크리트 교각의 첫 번째 세그먼트 사이의 벌어짐(gap)에 의한 변위기여도는 총 변위의 80% 이상이었고, 심부콘크리트의 변형률은 극한변형률 이하로 나타났다.
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