와이어로프를 이용하여 경계요소를 보강한 전단벽의 내진거동 :Seismic behavior of shear walls strengthened at boundary elements using wire ropes

권혁진

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자료유형: 학위논문

저자정보: 권혁진 (경기대학교, 경기대학교 대학원)

지도교수: 양근혁

발행연도: 2018

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이용수3

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2018

와이어로프를 이용하여 경계요소를 보강한 전단벽의 내진거동

권혁진 건축공학과 2018.01 학위논문

프리스트레스트 와이어로프를 사용한 RC 벽체의 단부 경계요소 내진보강 평가

권혁진 , 양근혁 , 변항용 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 2018.01 학술저널

2017

프리스트레스 와이어로프를 활용한 단면확대로 내진 보강된 벽체의 휨 거동 평가

권혁진 , 양근혁 , 변항용 콘크리트학회 논문집 2017.10 학술저널

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이 연구의 목적은 비내진 설계된 기존 철근 콘크리트(reinforced concrete, RC) 전단벽을 와이어로프로 단부를 횡보강하여 경계요소를 형성시키는 보강공법으로 보강된 전단벽의 내진거동 평가이다. 이를 위한 세부목표는 다음과 같다: 전단벽의 휨 성능 향상을 위한 프리스트레스 와이어로프로 단부 횡보강된 단면 확대보강공법의 제시; 제안공법으로 보강된 전단벽의 반복횡하중 실험을 통한 내진거동 평가; 경계요소가 횡보강 와이어로프로 보강되어 구속된 전단벽의 휨 거동 평가를 위한 P-M 상관도 및 횡하중-횡변위 관계 제시를 제시이다. 제안공법으로 보강된 전단벽의 내진거동 평가를 위한 반복횡하중 실험은 보강의 유무, 보강 주철근의 배근 유무, 횡보강 와이어로프의 배근간격 및 보강 높이를 변수로 비내진 설계된 RC 전단벽 실험체 1개와 제안공법으로 보강된 RC 전단벽 실험체 6개를 제작하여 0.1의 축력비에서 반복횡가력 하였다.
실험결과, 모든 전단벽 실험체는 휨 파괴하였으며, 제안공법으로 단부가 횡보강된 RC 전단벽 실험체는 횡보강 와이어로프의 효율적인 구속효과로 인해 실험체의 파괴 시까지 보강 주철근이나 수직철근의 좌굴이 발생하지 않았다. 제안공법으로 보강된 전단벽의 최대 휨 내력은 보강 주철근이 배근된 전단벽과 배근되지 않은 전단벽에서 무보강 전단벽보다 각각 적어도 87%와 46% 이상 높았으며, 횡보강근 간격이나 보강 높이가 최대 휨 내력에 미치는 영향은 미미하였다. 횡하중-횡변위 관계에서 최대하중 이후의 하중의 감소 기울기는 제안공법의 횡보강 와이어로프 배근간격이 작아지거나 보강 높이가 증가할수록 더 완만하였다. 제안공법에서 횡보강 와이어로프의 간격이 각각 60 mm, 90 mm인 보강 전단벽의 변위연성비는 무보강 전단벽보다 각각 39%와 15% 높았으며, 일손상지수는 보강 전단벽에서 무보강 전단벽보다 최소 60% 이상 높았다. 보강 주철근이 배근되지 않은 보강 전단벽의 최대 휨 내력은 ACI 318-14에서 제시하는 등가응력블록으로부터 산정된 최대 휨 내력보다 약 20% 이상 높은 반면에, 보강 주철근이 배근된 보강 전단벽은 보강 주철근의 기초 정착에서의 미끄러짐으로 인해 예측값보다 약 10% 낮았다.
제안공법으로 보강된 전단벽의 휨 거동 평가를 위한 P-M 상관도 모델은 단부 경계요소에서 횡보강 와이어로프로 구속된 콘크리트의 응력-변형률 관계를 도입하여 등가응력블록으로부터 산정된 P-M 상관도보다 더 큰 축하중과 휨 모멘트를 나타내었다. 보강 전단벽의 내진거동을 예측하기 위한 비선형해석 모델의 횡하중-횡변위 관계는 보강 전단벽의 초기강성과 최대하중 및 전반적인 횡하중-횡변위 관계를 적절히 예측하였다.

The purpose of this study was to evaluate the seismic behavior of the shear walls reinforced in a reinforcement method to form boundary elements through the lateral reinforcement of the existing reinforced concrete (RC) which has been non-seismic designed. The detailed goals for this are as follows: proposal of a section enlarged strengthening method for a prestressed wire rope to improve the flexural performance of a shear walls; evaluation of a seismic behavior through repeated lateral load tests of a shear walls strengthened by the proposed method, and presentation of P-M interaction and lateral load-lateral displacement relationship to evaluate the flexural behavior of a shear walls confined with wire ropes for the boundary element. In the repeated lateral load test for the evaluation of the seismic behavior of shear walls strengthened by the proposed method, one non-seismically designed RC shear wall specimen and six RC shear wall specimens were fabricated and a repeated lateral load was loaded at the axial force ratio of 0.1 according to the presence or absence of strengthening and reinforcing bars, spacing of wire ropes, and strengthening heights.
As an experiment result, all shear wall specimens were deflected flexural failure. For the RC shear wall specimens laterally reinforced at the boundary elements, the buckling of reinforcing bars or vertical reinforcements did not occur until the failure of the specimen due to the efficient confined effect of the wire ropes. The maximum flexural strength of the shear walls reinforced by the proposed method showed at least 87% and 46% higher in the presence or absence of reinforcing bars than non-strengthened one. The effect of wire ropes spacing or strengthening heights on peak flexural strength was minor. In the lateral load-lateral displacement relation, the descending slope of the load after the peak load became more gentle as the smaller of wire ropes spacing or higher of strengthening heights. In the proposed method, the displacement ductility ratios of strengthening shear walls of 60 mm and 90 mm of the spacing of the wire rope was 39% and 15% higher than those of non-strengthened shear walls. The work damage indicator was at least 60% higher than in the strengthened shear walls than the non-strengthened shear wall. The peak flexural strength of the strengthened shear walls without reinforcing bar was about 20% higher than the peak flexural strength calculated from the equivalent stress block given in ACI 318-14, whereas the strengthened shear walls with reinforcing bars was about 10% lower than the predicted value due to the slip in the foundation anchorage of the reinforcing bars.
The P-M interaction model applied stress-strain relationship of confined concrete for evaluating the flexural behavior of the shear walls strengthened by the proposed method showed a larger axial load and bending moment than the P-M correlation calculated from the equivalent stress block. The lateral load-lateral displacement relationship of the non-linear analysis model for predicting the seismic behavior of the strengthened shear walls appropriately predicted the relationship among the initial stiffness, the peak load, and the overall lateral load-lateral displacement of the strengthened shear walls.

#전단벽 #내진보강 #단면확대 #경계요소 #와이어로프

제 1 장 서 론 1
1.1 연구배경 및 필요성 2
1.2 연구의 목적 4
1.3 연구의 내용 및 범위 5
1.4 연구방법 7
제 2 장 설계기준 및 기존 연구 분석 10
2.1 설계기준 10
2.1.1 전단벽 설계 10
2.1.2 경계요소 설계 13
2.1.3 확대머리 철근의 정착길이 14
2.2 단면 증설공법 15
2.2.1 하기주와 서수연 16
2.2.2 최윤철 등 17
2.2.3 이유선 등 17
2.2.4 Frangou et al. 18
2.2.5 Fukuyama et al. 19
2.3 부착형 공법 21
2.3.1 하기주와 서수연 21
2.3.2 Shen et al. 21
2.3.3 Luccio et al. 22
2.3.4 Christidis et al. 23
제 3 장 실험 25
3.1 보강공법 개요 25
3.2 주요 변수 및 실험체 상세 27
3.3 재료 상세 32
3.4 가력 및 측정 상세 35
3.5 실험 결과 37
3.5.1 균열 진전 및 파괴 모드 37
3.5.2 횡하중-횡변위 관계 45
3.5.3 최대 휨 내력 53
3.5.4 휨 강성 53
3.5.5 휨 연성 55
3.6 소결 59
제 4 장 경계요소에서 구속된 전단벽의 휨 거동 평가 모델 61
4.1 일반사항 61
4.1.1 기본가정 61
4.1.2 재료의 구성방정식 62
4.2 P-M 상관도 65
4.2.1 일반사항 65
4.2.2 해석절차 및 모델 제시 67
4.3 횡하중-횡변위 관계 69
4.3.1 일반사항 69
4.3.2 해석절차 70
4.3.3 실험결과와의 비교 72
4.4 소결 73
제 5 장 결 론 76
참고문헌 79
부록(기호) 83
Abstract 87

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