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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이정윤
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수11
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통계상 조사된 실제 지진하중에 의한 콘크리트 구조물의 피해사례를 살펴보면 1960년대를 기점으로 하여 그 이전에는 보와 기둥의 파괴가 주요 파괴양상이었다면, 이후에는 주요부재의 파괴가 아닌 보-기둥 접합부에 의한 파괴가 그 주요 요인으로 보고되고 있다. 이러한 파괴양상의 변화는 보와 기둥을 대상으로 한 연구가 활발해져 그에 따른 주요 구조부재의 강도 예측의 정확성이 향상되었고, 그에 반하여 접합부에 대한 연구가 부진하여 접합부의 거동을 정확히 예측하지 못함에 기인한다. 이에 따라 최근 보-기둥 접합부의 내력 산정 및 연성평가에 대한 연구가 활발하게 진행 중이다.
지진하중과 같은 횡력이 작용할 경우 철근콘크리트 보-기둥 접합부의 거동은 인접 부재의 영향으로 인하여 접합부 내부에 큰 전단응력이 유발되고, 접합부를 관통하는 인접보의 주 인장철근과의 관계에서 인접보에 소성힌지가 발생한 후 주인장철근의 변형률이 접합부 내부로 침투함에 따라 큰 부착응력이 발생하여, 이에 따라 접합부 내부의 전단변형 및 철근의 미끌림을 유발하게 되고, 부재의 연성 역시 감소하게 된다.
그럼에도 불구하고 현재 일반적으로 사용되는 내진설계 규정에서는 접합부 내력에 대한 내용만을 규정하고 있을 뿐, 접합부의 연성에 대하여는 규정하고 있지 아니하며, 오히려 구조물의 변형이 증가하여 파괴에 이를 때 까지 보-기둥 접합부는 탄성 상태를 유지하는 것을 가정하고 있다. 또한 구조물의 내진성능 평가시에는 지진하중에 의한 구조물의 비선형 거동을 예측하게 되는데, 사용되는 범용 구조해석 프로그램의 한계상 기둥 및 보와 같은 주요 구조부재의 비탄성 거동에 대한 물성치 입력만 가능할 뿐 접합부에 대한 특성은 반영되지 않고 있다. 그러므로 범용해석프로그램에 접합부의 비탄성거동을 반영할 수 있는 해석모델의 연구가 필요하다.
본 연구에서는 콘크리트 보-기둥 접합부 특유의 응력흐름을 형상화하고, 형상화한 접합부 내부요소에 인접보의 소성힌지 발생 후 주 인장철근의 변형률 침투현상을 반영할 수 있는 요소를 반영한 해석모델을 제안하였다. 이러한 해석모델을 실제 해석에 반영하여 그 결과를 기존의 접합부 실험결과 및 접합부를 탄성상태로 가정하는 일반적인 해석모델의 해석결과와 비교하여 그 정확성을 검증하였다.
비교결과 접합부를 탄성으로 가정한 해석모델은 접합부 특유의 비탄성거동을 반영하지 못함에 따라 구조물의 에너지소산능력을 실제 실험결과에 비해 크게 과대평가하고 있음을 알 수 있었고, 반면 제안모델은 실제 구조물의 거동을 정확하게 예측하였다. 또한, 탄성모델과 제안모델에 실제 지진파를 가력하고 발생하는 최대변위를 비교해본 결과, 탄성모델은 구조물의 내진성능을 과대평가하고 있음을 도출하였다.
지진하중과 같은 횡력이 작용할 경우 철근콘크리트 보-기둥 접합부의 거동은 인접 부재의 영향으로 인하여 접합부 내부에 큰 전단응력이 유발되고, 접합부를 관통하는 인접보의 주 인장철근과의 관계에서 인접보에 소성힌지가 발생한 후 주인장철근의 변형률이 접합부 내부로 침투함에 따라 큰 부착응력이 발생하여, 이에 따라 접합부 내부의 전단변형 및 철근의 미끌림을 유발하게 되고, 부재의 연성 역시 감소하게 된다.
그럼에도 불구하고 현재 일반적으로 사용되는 내진설계 규정에서는 접합부 내력에 대한 내용만을 규정하고 있을 뿐, 접합부의 연성에 대하여는 규정하고 있지 아니하며, 오히려 구조물의 변형이 증가하여 파괴에 이를 때 까지 보-기둥 접합부는 탄성 상태를 유지하는 것을 가정하고 있다. 또한 구조물의 내진성능 평가시에는 지진하중에 의한 구조물의 비선형 거동을 예측하게 되는데, 사용되는 범용 구조해석 프로그램의 한계상 기둥 및 보와 같은 주요 구조부재의 비탄성 거동에 대한 물성치 입력만 가능할 뿐 접합부에 대한 특성은 반영되지 않고 있다. 그러므로 범용해석프로그램에 접합부의 비탄성거동을 반영할 수 있는 해석모델의 연구가 필요하다.
본 연구에서는 콘크리트 보-기둥 접합부 특유의 응력흐름을 형상화하고, 형상화한 접합부 내부요소에 인접보의 소성힌지 발생 후 주 인장철근의 변형률 침투현상을 반영할 수 있는 요소를 반영한 해석모델을 제안하였다. 이러한 해석모델을 실제 해석에 반영하여 그 결과를 기존의 접합부 실험결과 및 접합부를 탄성상태로 가정하는 일반적인 해석모델의 해석결과와 비교하여 그 정확성을 검증하였다.
비교결과 접합부를 탄성으로 가정한 해석모델은 접합부 특유의 비탄성거동을 반영하지 못함에 따라 구조물의 에너지소산능력을 실제 실험결과에 비해 크게 과대평가하고 있음을 알 수 있었고, 반면 제안모델은 실제 구조물의 거동을 정확하게 예측하였다. 또한, 탄성모델과 제안모델에 실제 지진파를 가력하고 발생하는 최대변위를 비교해본 결과, 탄성모델은 구조물의 내진성능을 과대평가하고 있음을 도출하였다.
목차
논문 요약제 1장 서 론1.1 연구 배경1.2 최근 연구동향1.3 연구 목적 및 내용제 2장 콘크리트 접합부의 역학적 거동 및 적용기준2.1 접합부의 역학적 거동2.2 현행 설계 기준2.2.1 접합부 설계 기준2.2.2 내진 성능평가 기준제 3장 선행연구3.1 개 요3.2 실험계획3.2.1 실험체 상세3.2.2 실험방법3.3 실험결과 분석3.3.1 보-기둥 접합부 파괴형태3.3.2 실험결과 분석제 4장 접합부 해석모델 제안 및 검증4.1 MIDAS Gen을 이용한 단일부재의 해석결과 검증4.1.1 비교대상 실험체 상세 및 실험계획4.1.2 해석모델 상세4.1.3 실험 및 해석결과의 비교4.2 접합부 해석모델 제안4.3 제안모델의 정확성 검증4.3.1 BJ파괴 모드를 유도한 접합부 실험4.3.2 중력방향에 대하여 설계된 접합부 형태별 내진성능 평가 실험제 5장 접합부 비탄성 거동을 반영한 구조물 내진성능평가5.1 BJ파괴모드 접합부의 3층 4경간 1면 모델5.1.1 반복하중 가력시 구조물의 거동비교5.1.2 지진하중 가력시 구조물의 거동비교5.2 G.M Calvi, S.Pampanin의 실물실험5.2.1 반복하중 가력시 구조물의 거동비교5.2.2 지진하중 가력시 구조물의 거동비교제 6장 결 론참고문헌Abstract
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