최근 한반도 내에 큰 규모의 지진이 발생됨과 동시에 건축물이 고층화되고 대형화되면서 내진설계 기준이 강화됨에 따라 횡력 저항 구조 시스템에 대한 연구가 활발히 수행되어 왔다. 현재, 횡하중 발생시 수평 전단력에 저항하는 구조 시스템으로 병렬전단벽이 있다. 대부분의 전단벽은 수직방향으로 하나 이상의 개구부를 포함하고 있으며, 이러한 구조물의 경우 전단코어가 존재하고 있다. 코어부분을 구성하는 개구부에 분리된 전단벽을 슬래브나 인방보에 의해 연결되는 경우가 있다. 2개의 전단벽이 보에 의해 연결된 시스템을 병렬 전단벽 시스템이라 하며 벽체와 벽체를 연결하는 보를 연결보라 한다. 연결보는 바람이나 지진 등의 횡하중으로부터 유발된 전도모멘트의 상당부분을 연결보의 커플링 작용에 의하여 벽체와 연결보의 골조작용으로 저항하게 된다. 그러나 연결보 시공시 수 많은 철근을 배근하여 철근의 누락에 의한 품질저하, 공기 지연에 따른 경제성 및 시공성 저하의 가능성이 매우 높다. 이러한 경제성 및 시공성의 저하는 국가산업의 발전에 영향이 있을 뿐만 아니라 지진발생시 건물의 내구성에도 큰 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 대각선 다발철근을 다양한 형상을 갖는 강재로 대체한 합성 연결보에 대한 연구를 수행하였으며, 강재를 적용한 합성 연결보의 설계방법 제시하여 구조실험을 통해 내진성능을 규명하였다 최적의 형상을 갖는 강재형상을 제시하여 향후, 합성 연결보 설계시 설계방법 및 내진설계의 가이드라인을 제시하고자 한다.

본 논문의 3장에서는 대각다발철근의 복잡한 배근상세로 인한 시공성과 경제성의 문제를 해결하기 위하여 대각선 다발철근과 다리철근(leg bar)을 강재로 대체하는 방법으로 항복강도와 단면적을 가지고 실험체를 설계하였다. 위와 같은 대각선 다발철근 및 다리철근(leg bar)을 강재로 대체시 배근상세 완화를 통한 시공성은 획기적으로 개선된다. 그러나 대각선 다발철근을 강재로 대체하여 콘크리트에 적용시 강재와 콘크리트 사이에 미끄러짐이 발생하여 에너지 소산능력 등이 저하되는 문제점이 제시되었다. 또한, 스터럽 간격에 따라 대각 보강된 강재에 어떠한 영향을 끼치는 지에 대한 의문점이 나타났다. 따라서, 본 연구에서는 강재고 콘크리트 사이에 발생되는 미끄러짐을 완화시키기 위하여 스터드 볼트를 부착하였으며, 스터럽 간격을 규준실험체와 동일한 50mm와 두 배를 갖는 100mm로 합성 연결보를 설계하는 방법을 제시하였다.

본 논문의 4장에서는 규준실험체와 다양한 형상을 갖는 강재로 대각 보강된 실험체의 성능 효과에 대해서 검증하는 실험을 진행하여 각각의 실험체에 대하여 파괴양상, 하중-변위 관계 곡선, 변형률, 강성 특성 및 에너지 소산면적에 대하여 분석을 실시하였다. 실험결과 규준실험체에 비해 대체상세 연결보의 경우 설계강도는 만족하는 것으로 나타났다. 그러나 규준실험체에 비해 최대내력이 10%정도 저하되며, 연성능력, 강성저하특성 및 에너지소산 능력에서의 구조성능은 떨어지는 것으로 나타났다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 보강 방법을 제시하였다.

본 논문의 5장에서는 강재의 형상 및 스터럽 간격에 따라 사이클 별 강도 특성에 대한 연구를 수행하여 강재를 대각 보강시에 최적의 형상을 갖는 강재를 제시하였으며, 스터럽 간격이 강도에 어떠한 영향을 미치는 지에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구를 통해 향후, 강재로 대각 보강된 합성 커플링 보 설계시 강재 형상 및 스터럽 간격을 결정하는데 도움을 줄 수 있는 내진 설계 가이드 라인으로 제시될 수 있을 것으로 기대된다.

Recently, large scale earthquakes have been occurred in the Korea peninsula and as the buildings have become larger and larger, the seismic design standards have been strengthened. Additionally, the studies on the resisting the lateral forces structures, have been broadly conducted. As the lateral forces induced, there is currently a coupled shear wall that is a structural system resisting about horizontal shear forces. Most shear walls include more than one vertical direction opening and in this case there is a shear core. Such the separated shear walls which consist of shear cores for elevators, can be connected by using slabs and lintels. In this case, the structural system in which two shear walls are joined together by beams is called a coupled shear wall system and the connecting beam is referred to a link beam. The link beam can resist most of the overturning moment induced by the lateral loads caused by wind or earthquakes by the coupling action of the link beam that occurs between the wall and the link beam. However, because huge amount of reinforcements are required as the link beams constructed, there is a high possibility of deterioration of quality due to the lack of reinforcements and a decrease in economical efficiency and construction ability due to delayed construction duration. Such a reduction in the economical efficiency and the workability of the construction can affects not only the development of the national industry but also the durability of the buildings in the case of an earthquake. Thus, in this study, the diagonal reinforcements in the link beams were substituted to steel beams to develop an optimized design of the link beam in order to improve the economical efficiency and the construction ability. Furthermore, the optimized design for the link beam would be a guideline for the design methods that can evaluate structural performances, and the alternatively detailed link beams.

In section 3 of this paper, the link beams were designed with various shapes of angle steel beams in order to solve the problems in terms of the workability and economical efficiency caused by the construction of complex diagonal bundled reinforcements. Despite the yield strength and cross section area can be accomplished as the angle steel beams were introduced for a substitution of diagonal bundled reinforcements, less energy dissipation capacity was occurred due to the slip developed between the surface of beam and concrete. Additionally, a concern about the impact to angle beam depending upon spacing of stirrups, has been gained. In order to minimize the slip between angle beams and concrete, stud bolts were installed. The design approaches of two different link beams with 50mm and 100mm of stirrup spacings were suggested respectively.

In section 4 of this paper, the performance of the alternatively detailed specimens against the reference one was carried out to analyze the failure mode, load-displacement curve, strain, stiffness characteristics and energy dissipation area. From the experimental results, it was determined that the design strength of the alternatively detailed link beam was satisfactory, but it was found that the maximum load-bearing capacity was decreased down to 10% compared to its of the reference specimen. Furthermore the structural performances such as plasticity, stiffness degradation and energy dissipation capacity were declined and the reinforcement method was proposed so as to solve the problems.

In section 5 of this paper, the optimized shape of angle beam is suggested by conducting a study of strength according to the shapes of angle beams and spacing of stirrups. In addition, further study was progressed to evaluate the relationship between load-bearing capacity and the stirrups interval. The current study would assist to decide angle beam shape and stirrups spacing as designing composite link beams and be expected to provide baseline data as a guideline.