초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 200MPa 급 초고강 콘크리트 및 DFRCC를 사용한 철근콘크리트 독립전단벽 및 병렬전단벽에 대한 거동특성 규명과 철근콘크리트 전단벽과 철골 커플링 보 및 DFRCC를 적용한 커플링 보의 접합부 거동특성, 강성 및 강도특성, 에너지 소산특성 등을 규명하고 병렬전단벽 시스템 및 접합부 성능기반설계기법을 제안함으로써 궁극적으로 초고강도 콘크리트와 고인성시멘트 복합체를 사용한 복합 병렬 전단벽 시스템(Hybrid coupled shear wall systems)의 설계/시공기술을 개발하고자 한다

연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 200MPa 급 초고강 콘크리트 및 DFRCC를 사용한 철근콘크리트 독립전단벽 및 병렬전단벽에 대한 거동특성 규명과 철근콘크리트 전단벽과 철골 커플링 보 및 DFRCC를 적용한 커플링 보의 접합부 거동특성, 강성 및 강도특성, 에너지 소산특성 등을 규명하고 병렬전단벽 시스템 및 접합부 성능기반설계기법을 제안함으로써 궁극적으로 초고강도 콘크리트와 고인성시멘트 복합체를 사용한 복합 병렬 전단벽 시스템(Hybrid coupled shear wall systems)의 설계/시공기술을 개발하고자 한다.
연구결과
본 연구의 주요 목표는 크게 두 가지로 200MPa급의 압축강도를 보유한 구조용 콘크리트의 개발과 이를 활용한 복합병렬전단벽의 설계방안을 제안하는 것이다. 첫 번째 목표인 200MPa급의 압축강도를 가진 콘크리트는 RPC(Reactive Powder Concrete)의 배합설계 개념을 통해 구현하였으며 초고강도콘크리트가 가진 폭발적 파괴형태를 방지함과 동시에 적절한 인장저항 성능을 위해 강섬유를 보강한 초고강도 섬유보강 콘크리트를 개발하였다. 복합병렬전단벽에의 초고강도 섬유보강콘크리트의 적용을 위하여 압축 및 인장 응력하에서의 재료시험이 수행되었으며, 휨 및 압축을 받을 경우 응력분포형태의 규명과 전단 및 휨이 작용할 경우의 저항 성능을 평가하였다.
재료시험 및 기둥 및 보의 부재 실험을 통해 유한요소해석에 적용 가능한 재료모델이 구축되었으며 복합병렬전단벽의 응력해석을 위해 유한요소모델에 대한 연구가 수행되었다. 콘크리트-철골보간 상호작용을 고려한 유한요소해석 모델을 통해 벽체 및 철골보의 응력 분포를 이상화할 수 있었으며, 이를 기반으로 한 전단벽-철골보 접합부의 응력분포 모델을 작성하였으며 기존 복합병렬전단벽 설계식과의 적합성을 상호 검증하였다. 초고강도 섬유보강 콘크리트 재료 모델을 적용한 유한요소해석을 수행하여 벽체와 철골보의 응력분포형태 및 철골보의 항복 여부를 검토하였으며 반복가력 시뮬레이션을 통해 내진성능을 검증하였다. 이를 통해 철골보의 항복을 통한 에너지소산기구를 가진 복합병렬전단벽의 설계안을 수립하였다.
복합병렬전단벽의 가능한 상세에 대한 거동특성을 검토하여 기 개발되어 있던 거시해석 모델의 계수를 수정하였으며 이를 통한 전체 구조물의 거동을 분석하였다. 비탄성 시간이력해석 결과 해석 대상이 된 네 개의 지진에 대하여 초고강도 섬유보강콘크리트가 사용된 복합병렬전단벽의 거동이 기존 RC를 사용하였을 경우에 비해 더 안정적인 거동을 할 수 있었음과 현행 설계기준이 제시하고 있는 변형률 한계 내에서 거동하고 있음을 확인할 수 있었다.
연구결과의 활용계획
본 연구의 결과를 통해 초고성능 건축구조 재료의 기계적 특성을 정의할 수 있으며, 이를 통한 구조 부재의 설계안 작성이 가능하다. 또한 고성능 재료를 사용한 구조물의 안전성 평가에 있어서 재료 물성치의 명확한 규정이 가능하여 정확성이 향상된 해석의 수행이 가능해질 수 있다. 또한 100층 규모를 초과하는 건축물에 대한 사회적 수요 및 사회적 요구사항에 대하여 활발히 개발이 추진되고 있는 복합구조 시스템에 있어서 기초적 이론기반의 정립(접합부내 응력전달기구의 규명 및 내력평가식 정립) 및 Micro적 해석 연구기법의 구축, 그리고 거시적 해석모델의 개발에 의한 정·동적 구조해석 기반기술을 제공해 줌으로써, 향후 동 시스템의 연구개발의 다양성 및 효율성, 확장성을 꾀하고, 동 시스템 및 유사 구조시스템의 국제적 수준의 연구기반에 관한 학문적 자료를 선도할 수 있다.

Abstract ▼

Purpose& contents
This study will investigate the behavior of cantilever shear wall and coupled shear wall using DFRCC(Ductile Fiber Reinforced Cementitious Composites) and 130MPa ultra high-strength concrete. And other subject is the behavior, stiffness and strength characteristics and energy di

Purpose& contents
This study will investigate the behavior of cantilever shear wall and coupled shear wall using DFRCC(Ductile Fiber Reinforced Cementitious Composites) and 130MPa ultra high-strength concrete. And other subject is the behavior, stiffness and strength characteristics and energy dissipation characteristic of coupling beam connection applied steel coupling beams and DFRCC. From these study results, we will propose the design provision for PBD(Performance Based Design). Ultimately, we will develop design and construction technique for Hybrid coupled shear wall systems using ultra high strength concrete and ductile fiber reinforced cement.
Result
The main objective of this research is development of ultra high strength concrete which have compressive strength of 200MPa and suggestion of hybrid coupling beam connection design method with ultra-high strength concrete. The first objective of this research, is achieved by the concept of RPC(Reactive Powder Concrete) mix design.
Preventing explosive failure of RPC and ensuring tensile strength, steel fiber was used. Material tests were carried out for the appropriate application to the hybrid coupling wall system. Stress distribution under compression and flexure and shear-flexural strength of fiber developed concrete member were examined.
Material member test were carried out for development of material model for finite element analysis. FE modeling was also carried out for applying to stress analysis of hybrid coupling beam connection. Considering interaction between wall and steel beam, FEA was carried out. Stress distribution model with conventional material model was developed through the parametric study with FEA. Stress distribution was idealized developing the design stress distribution model. Ultra-high strength concrete model was used with hybrid coupling wall modeling method developing stress distribution field and examination of yielding of steel coupling beams. From the idealization of stress distribution, design method for hybrid coupling beam connection was suggested.
Macro model for the connection element was modified with parametric study. Modified elements and coefficients were applied to the structural analysis. As a result of ITHA(inelastic time history analysis), hybrid coupling wall under four types of earthquakes behaves more stable and safe than conventional RC connection.
Expected Contribution
The importance of this study is that defining material properties of ultra-high strength concrete and fundamental theory (finding stress transmission mechanism in connection and strength evaluation formula) for composite structures, making micro analysis methods and macro analysis model for static and dynamic structural analysis procedure.
Developed material can be used wide range of construction yard and mechanical properties of this material can be used for the design of ultra-high strength members. And suggested design method and finite element model can be used for developing the similar structural systems. Finally, we expect that this study will be international basic research for this system in an aspect of expansion, efficiency and diversity.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 12
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 14
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 82
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 85
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 88
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 92
• 8. 참고문헌 ... 92
• 9. 연구성과 ... 95
• 10. 기타사항 ... 100