프리캐스트 경량골재 콘크리트 전단벽의 면내 전단 거동

국문 초록 (Abstract)

이 연구의 목적은 기초 접합부 접합공법 및 웨브 전단철근 배근량에 따른 프리캐스트 경량골재 콘크리트(lightweight aggregate concrete, LWAC) 전단벽의 전단거동을 평가하는 것이다. 이를 위한 주요 연구내용은 다음과 같다; 1) 설계기준 및 기존 연구 분석; 2) 프리캐스트 LWAC 전단벽의 전단거동에 대한 실험 및 결과분석; 3) 프리캐스트 LWAC 전단벽의 전단내력 예측모델의 수정 제시이다. 주요 변수는 기초 접합부의 접합공법 및 웨브 수직 및 수평 전단철근의 배근량이다. 프리캐스트 LWAC 전단벽의 접합공법은 Yang et al.(2023)의 강판 볼팅 공법과 스플라이스 슬리브 공법을 적용하였다. 프리캐스트 LWAC 전단벽은 균열 진전 및 파괴모드, 횡하중-횡변위 관계, 전단내력, 강성, 주철근 및 웨브 전단철근의 변형률을 분석하였다. 또한 절대적 동등성 평가를 통해 프리캐스트 콘크리트(Precast concrete, PC) 전단벽의 내진성능을 평가하였다.
실험결과, 스플라이스 슬리브 공법을 적용한 실험체를 제외한 모든 PC 전단벽 실험체 및 일체형 전단벽은 웨브 사인장 균열 및 경계요소 하단부의 굥사 압축 파괴로 인한 전단거동이 지배적이었다. 최대내력 이후 PC 전단벽의 하중 저하는 웨브 철근 배근량이 낮은 실험체에서 가장 현저하였다. 강판 볼팅 공법이 적용된 PC 전단벽은 동일한 상세의 일체형 전단벽과 동등한 수준의 무차원화 전단내력을 확보할 수 있었다. 또한, 웨브에 수직 또는 수평 전단철근만이 배근된 전단벽의 무차원화 전단내력은 서로 동일하였다. PC 전단벽의 초기 강성은 일체형 전단벽보다 37.8% 이상 낮았으나, 동일한 기초접합부를 적용한 전단벽의 초기 강성 및 강성 저하는 상호 비슷한 수준이었다.
PC 전단벽의 전단내력 예측모델은 기존 연구 중 Mun and Yang(2015)의 스트럿-타이 모델 기반의 전단내력 예측모델을 수정 제시하였다. 수정 제시된 전단내력 예측모델은 총 171개의 전단벽 실험체에 대해 검증하였으며, 그 평균 및 분산이 각각 1.02 및 0.29이었다. 스플라이스 슬리브 실험체를 제외한 PC 전단벽 실험체의 실험결과 대비 예측모델의 비는 1.06 ∼ 1.02배로 실험결과를 효과적으로 예측하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The objective of this study is to evaluate the shear behavior of precast lightweight aggregate concrete (LWAC) shear walls according to the foundation connection details and the amount of web shear reinforcement. The main contents of this study are as follows: (1) review and analysis of current design codes and previous studies; (2) experimental investigation and result analysis on the shear behavior of precast LWAC shear walls; and (3) modification and proposal of a shear strength prediction model for precast LWAC shear walls. The primary variables considered are the connection details at the foundation interface and the amount of vertical and horizontal web shear reinforcement. For the precast LWAC shear walls, the steel-plate bolted connection proposed by Yang et al. (2023) and the splice-sleeve connection were adopted. The shear behavior of the precast LWAC shear walls was evaluated in terms of crack propagation and failure modes, lateral load–lateral displacement relationships, shear strength, stiffness, and strain responses of longitudinal reinforcement and web shear reinforcement. In addition, the seismic performance of the precast concrete (PC) shear walls was assessed through an absolute equivalency evaluation.
The experimental results indicated that, except for the specimens with splice-sleeve connections, all PC shear wall specimens and the monolithic shear wall exhibited shear-dominated behavior characterized by diagonal tension cracking in the web and inclined compressive failure at the bottom of the boundary elements. After reaching the peak strength, the strength degradation of PC shear walls was most pronounced in specimens with lower amounts of web reinforcement. The PC shear walls with steel-plate bolted connections achieved normalized shear strengths comparable to those of monolithic shear walls with identical detailing. In addition, the normalized shear strengths of shear walls reinforced only with vertical or only with horizontal web reinforcement were found to be identical. The initial stiffness of PC shear walls was at least 37.8% lower than that of the monolithic shear wall; however, the initial stiffness and stiffness degradation of shear walls with the same foundation connection detail were similar.
A shear strength prediction model for PC shear walls was proposed by modifying the strut-and-tie-based model developed by Mun and Yang (2015). The modified model was validated using a total of 171 shear wall test specimens, yielding an average and coefficient of variation of 1.02 and 0.29, respectively. For PC shear wall specimens excluding those with splice-sleeve connections, the ratio of experimental results to predicted values ranged from 1.06 to 1.02, demonstrating that the proposed model effectively predicts the experimental shear strengths.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구배경 및 필요성 1
• 1.2 연구의 목적 2
• 1.3 연구의 중요성 3
• 1.4 연구 내용 및 범위 3
• 1.5 연구방법 4
• 제 2 장 설계기준 및 기존 연구 분석 7
• 2.1 설계기준 분석 7
• 2.1.1 경량골재 콘크리트의 전단 설계 7
• 2.1.2 PC 전단벽의 수평접합설계 8
• 2.1.3 PC 전단벽의 전단설계 10
• 2.1.4 PC 전단벽의 동등성 평가 12
• 2.2 기존 연구 분석 15
• 2.2.1 PC 전단벽의 수평접합공법 15
• 2.2.2 전단지배 전단벽의 전단거동 17
• 2.2.3 전단벽의 전단내력 예측모델 18
• 제 3 장 실험 계획 22
• 3.1 일반사항 22
• 3.2 PC 전단벽의 접합공법 상세 22
• 3.3 실험체 계획 26
• 3.4 사용 재료 31
• 3.4.1 콘크리트의 역학적 특성 31
• 3.4.2 강재의 역학적 특성 34
• 3.5 실험체 가력 및 측정 상세 35
• 제 4 장 실험결과 분석 39
• 4.1 일반사항 39
• 4.2 균열 진전 및 파괴모드 39
• 4.3 횡하중-횡변위 관계 43
• 4.4 전단내력 47
• 4.5 강성 49
• 4.6 주철근 및 웨브 전단철근의 변형률 52
• 4.7 절대적 동등성 평가 54
• 4.8 소결 55
• 제 5 장 PC 전단벽의 전단내력 예측모델 수정제시 57
• 5.1 일반사항 57
• 5.2 스트럿-타이 모델 58
• 5.3 스트럿-타이 모델의 수정 제시 65
• 5.4 실험결과와의 비교 66
• 5.5 소결 72
• 제 6 장 결 론 74
• 참고문헌 77
• Abstract 83