초록 ▼

현행 콘크리트구조설계기준 및 시방서에 따라 설계되어 시공되는 철근콘크리트 기둥의 경우, 심부구속 철근량의 과다로 인해 시공성이 저하되고 굵은 골재의 유동성을 방해하여 재료분리 현상과 함께 콘크리트의 강도발현에 방해요인이 되고 있다. 이에 따라 본 연구의 1차년도에서는, 심부구속 철근량 과다사용을 저감시키고 동시에 앞서 언급한 문제점들을 해결하기 위한 구속기법을 개발하여 제안하였다. 본 연구과제 에서 제안하는 콘크리트 구속기법은 기존의 주철근에 부착해서 배치된 횡 방향 철근의 일부를 제거하고 외측에 횡 방향 구속부재를 배치하는 방법이

현행 콘크리트구조설계기준 및 시방서에 따라 설계되어 시공되는 철근콘크리트 기둥의 경우, 심부구속 철근량의 과다로 인해 시공성이 저하되고 굵은 골재의 유동성을 방해하여 재료분리 현상과 함께 콘크리트의 강도발현에 방해요인이 되고 있다. 이에 따라 본 연구의 1차년도에서는, 심부구속 철근량 과다사용을 저감시키고 동시에 앞서 언급한 문제점들을 해결하기 위한 구속기법을 개발하여 제안하였다. 본 연구과제 에서 제안하는 콘크리트 구속기법은 기존의 주철근에 부착해서 배치된 횡 방향 철근의 일부를 제거하고 외측에 횡 방향 구속부재를 배치하는 방법이다. 외측에 배치되는 횡 방향 구속부재는 콘크리트 피복에 의해서 보호받을 수 없기 때문에 부식이 일어나지 않는 스테인레스 강, GFRP 또는 형상기억합금 등을 사용하였다. 스테인레스 강과 GFRP는 수동적 구속 (passive confinement)만을 제공할 수 있지만, 형상기억합금을 사용하는 경우에는 능동적 구속 (active confinement)과 수동적 구속 (passive confinement)을 모두 제공할 수 있는 장점이 있다. 또한, 외측 횡 방향 구속부재는 간격이 작아도 굵은 골재의 유동성을 방해하지 않기 때문에 작은 배근간격으로 설치할 수 있으며, 기존의 횡 방향 철근과 같은 높이 위치하더라도 측면의 공간이 있어 유동성을 확보할 수 있는 장점이 있다. 1차년도 연구목표를 수행하기 위해 새로운 구속기법에 사용될 위의 세 가지 재료의 거동특성 파악과 함께, 세 가지 재료로 구속된 콘크리트 공시체 실험을 통해 구속효과를 분석하였다. 분석결과, 1차년도에서 수행한 콘크리트 공시체에 대한 단조가력 및 반복주기가력의 압축실험은 만족할만한 결과를 나타내었다. 특히 본 연구에서 제안한 외측 횡 구속재료 및 구속기법은 콘크리트 공시체의 압축거동(압축강도, 소성변형률, 제하중 강성 및 비탄성 변형률 증가에 따른 강도저감 완화 등)에 있어 매우 우수한 특성을 나타내어 본 연구과제 개발의 우수성을 입증하였다. 1차년도의 기본연구 내용은 SCI(E)급 논문 2편 및 비SCI(E)급 논문 1편에 게재되었다.
본 연구과제의 2차년도에서는 1차년도에서 제안되고 개발된 구속기법 및 실험결과들을 바탕으로 하여 현행 국내내진설계 기준에 부합되는 철근콘크리트 기둥을 제작하여 실험을 수행하였다. 본 연구의 2차년도 목표를 위해, 철근콘크리트기둥의 거동에 지배적인 다양한 변수들을 고려하여 비구속 실험체 1본 및 본 연구에서 제안한 스테인레스 강 및 GFRP 폐합 원형띠로 외측 횡보강된 철근콘크리트 기둥 각 3본씩, 총 7본을 제작하여 주기적인 반복가력 실험을 수행한 후, 철근콘크리트 기둥의 휨 강도, 연성도, 에너지 소산 및 파괴양상 등을 분석하여 본 연구에서 제안한 외측 횡보강 기법의 구속효과 및 응용성 검토를 수행하였다. 2차년도에서 게재된 논문은 SCI급 3편과 국내논문 2편으로, 2차년도 연구목표였던 SCI급 논문 2편 및 국내논문 1편 대비 초과달성 하였다.
본 연구과제의 3차년도에서는 2차년도에 수행한 철근콘크리트 기둥에 대한 실험결과에 대한 체계적이고 자세한 분석을 위해, 각 기둥에 대한 비선형 비탄성 해석 및 현행 도로교설계기준에서 제시하고 있는 내진설계항목과의 비교 검토를 수행하였다. 횡하중-변위 이력곡선 및 포락곡선에 대한 분석 결과, 비구속 실험체의 경우 비탄성 변위가 증감함에 따라 2차모멘트 효과를 고려한 이론적인 전단력보다 강도가 저감되는 현상이 나타난 반면에, 스테인레스 강 및 GFRP 폐합 원형띠로 외측 횡보강된 실험체의 이력곡선은 축방향 철근의 파단이 발생하기 전까지 비탄성 변위 증가에 따른 강도저감이 완만하여 이론적인 전단력 대비 여유강도를 가지고 있는 확인할 수 있었으며, 대체적으로 안정적인 거동을 나타내었다. 종합적으로, 본 연구에서 제안한 외측 횡보강 방법은 횡하중-변위 이력곡선 및 포락곡선, 변위연성도 그리고 에너지 연성도 및 누적소산에너지 모두에서 전반적인 성능향상을 입증하였다. 물론 추가적인 실험이 뒷받침되어야 하겠지만, 본 연구에서 제안된 외측 횡보강 방법은 추후 철근콘크리트 기둥부재의 내진보강에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 3차년도의 연구 내용은 SCI(E)급 논문 1편 및 비SCI(E)급 논문 1편에 게재되었다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• I. 연구결과 요약문 ... 4
• II. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용 계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 7
• III. 연구성과 ... 8