후프띠철근과 보강띠철근으로 횡구속된 정사각단면 콘크리트의 응력-변형률 특성

정혁창,차수원,김익현 한국지진공학회 2010 한국지진공학회논문집 Vol.14 No.3

RC교량의 내진성능은 교각에 충분한 연성도를 제공함으로써 확보할 수 있다. 이러한 연성도는 교각의 소성힌지 영역에 적절한 횡방향철근을 배근함으로써 실현할 수 있다. 횡방향철근에 의한 횡구속력은 유효구속력으로 결정되므로 단면형상과 횡방향철근량이 지배적인 요소가 된다. 동일한 횡방향철근량을 제공하더라도 설치간격, 배치형태, 갈고리 상세 등의 차이에 의해 유효구속력에 차이가 있게 된다. 후프띠철근에 의해 횡구속력을 발휘하는 원형단면과는 달리 사각 또는 중공사각단면에서는 유효구속력을 증가시키기 위해 보강띠철근이 함께 사용된다. 이러한 보강띠철근을 어떻게 고려하느냐에 따라 횡구속된 콘크리트의 응력-변형률 관계는 달라지게 된다. 본 연구에서는 실험을 통해 후프띠철근과 함께 보강띠철근을 갖는 정사각단면 콘크리트의 응력-변형률 관계를 파악하였으며 기존의 평가식과 비교를 통해 역학적 특성을 분석하였다. Improved seismic performances of RC bridges can be attained by sufficient ductilities of piers, which can be obtained by providing sufficient lateral confinements to the plastic hinge regions of piers. The cross sectional shape and the amount of lateral reinforcements are key parameters in the determination of effective confinements. Even though identical amounts of lateral reinforcement are provided, the effective confinement differs due to different spacing, arrangements, hook details and so on. Unlike circular sections in which confinement is exerted by mere hoop reinforcements, cross-ties are arranged in square or rectangular sections to enhance the effective confinements. The stress-strain relationship of confined concrete is varied by how to consider these cross-ties. In this study, the stress-strain relationships of confined concrete with cross-ties are investigated experimentally and their mechanical characteristics are estimated by comparison with other empirical equations.

원형 철근콘크리트 교각의 횡방향 철근에 따른 내진성능평가 : Ⅰ. 실험 및 해석

김태훈(Kim Tae-Hoon),박세진(Park Se-Jin),김영진(Kim Young-Jin),강형택(Kang Hyeong-Taek) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 A Vol.26 No.2A

이 연구는 원형 철근콘크리트 교각의 횡방향 철근에 따른 지진거동을 파악하고 합리적이면서 경제적인 내진설계기준의 개발을 위한 자료를 제공하는데 그 목적이 있다. 14개의 원형 철근콘크리트 교각에 일정 축하중 하에서 횡방향 반복하중을 가히는 준정적 실험을 수행하였다. 정확하고 올바른 성능평가를 위하여 신뢰성 있는 비선형 유한요소해석 프로그램을 사용하였다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 RCAHEST이다. 연계논문에서는 원형 철근콘크리트 교각의 횡방향 철근에 따른 내진성능평가를 위해 제안한 해석기법을 실험결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다. The purpose of this study is to investigate the seismic behavior of circular reinforced concrete bridge piers with confinement steel and to provide the data for developing improved seismic design criteria. Fourteen circular reinforced concrete bridge piers were tested under a constant axial load and a cyclically reversed horizontal load. The accuracy and objectivity of the assessment process may be enhanced by the use of sophisticated nonlinear finite element analysis program. A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of reinforced concrete structures was used. In the companion paper, the proposed numerical method for the seismic performance assessment of circular reinforced concrete bridge piers with confinement steel is verified by comparison with experimental results.

원형 강합성 중공 RC 기둥의 심부 구속 횡방향 철근량과 연성도 연구

원덕희,한택희,김승준,강영종 한국방재학회 2012 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.11 No.-

원형 강합성 중공 철근 콘크리트 기둥은 중공 철근 콘크리트 기둥의 내부에 튜브를 보강하여 코어 콘크리트를 3축 구속 상태를 만들어 주어 강도, 강성, 연성도를 향상 시킨 매우 성능이 우수한 기둥이다. 본 기둥을 교량의 하부구조에 적용하기 위해서는 횡방향 철근량 및 종방향 철근량의 기준을 제시하는 것이 필요하다. 교각에서는 횡방향 하중에 저항하기 위하여 소성힌지 부분에 심부 구속 횡방향 철근을 배근하여 구속 효과를 증대시키고 있다. 이것은 심부 구속 횡방향 철근 배근을 통하여 교각에 필요한 강성 및 연성을 확보하여 내진성능을 향상 시킨다. 철근 콘크리트 기둥의 심부 구속 횡방향 철근량을 산정하는 방법은 국내의 도로교 설계 기준과 국외의 대다수 설계 기준이 동일하다. 이 설계식을 원형 강합성 중공 철근 콘크리트 기둥에 적용하기에는 그 구성 요소가 상이하고 거동 특성이 다르기 때문에 새로운 방법이 적용되어야 할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 현행 기준을 적용하였을 때를 분석하였고 이때에 연성도에 영향을 미치는 인자를 도출한 후 이를 이용하여 합리적인 수정식을 제안하였다.

횡방항철근에 의해 구속된 RC 기둥의 압축 거동

한수호 ( Han Soo Ho ),이태희 ( Lee Tae Hee ),김장호 ( Kim Jang Jay Ho ) 한국구조물진단유지관리공학회 2020 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.24 No.1

최근 지진, 쓰나미, 태풍 둥의 자연재해에 관한 우려가 점점 커지고 있다. 우리나라의 지진 비율도 1990년대 중반 이후로 급격히 증가하는 추세를 보이며 2017년 11월 포항에서 규모 5.4의 지진이 발생하는 등 지진의 규모와 빈도가 커짐에 따라 일반 구조물에 사용되는 기둥이 지진하중 대비 성능 평가에 관한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 연속 횡방향철근으로 보강한 기둥이 띠철근으로 보강한 기둥보다 지진하중과 같은 반복하중에 강하며 철근 구속효과 또한 뛰어나다는 사실에 근거하여 기둥의 단면 형상과 횡방향 철근의 형태 및 간격을 변수로 철근 콘크리트 단주의 1축 압축 실험을 진행하였다. 그 결과 원형기둥과 사각기둥 모두에서 연속 횡방향철근으로 보강한 기둥이 띠철근으로 보강한 기둥보다 더 높은 압축강도를 나타냈으며, 콘크리트의 파괴 이후에도 나선철근으로 보강된 기둥에서는 띠철근보다 변위가 진행됨에도 하중을 버티는 경향을 보였다

횡방향철근이 감소된 중공사각단면 교각의 내진거동 특성

선창호,김익현 한국지진공학회 2009 한국지진공학회논문집 Vol.13 No.3

콘크리트 교량의 합리적인 내진설계는 지진이 발생할 때 연성파괴메커니즘이 유도될 수 있도록 적절하게 교각 연성도를 확보하는 것이다. 현행 기준에서는 이를 위해 휨모멘트의 설계지진력을 산정할 때 응답수정계수를 도입하고 있으며, 연성도 확보를 위한 횡방향철근량을 규정하고 있다. 그러나, 이러한 내진규정은 일반적으로 단면이 크게 설계되는 우리나라에서는 횡방향철근이 과다하게 산정되는 비합리적이었다. 이를 개선하기 위해 소요연성도에 기반한 새로운 내진설계법이 제안되었으나 거동특성과 횡방향철근의 유효구속력이 다른 중공단면에 적용하기 위해서는 향후 많은 검증과 보완이 필요하다. 이에 본 연구에서는 축방향철근의 겹침이음과 횡방향철근량을 변수로 한 중공단면기둥을 제작하여 준정적 재하실험을 수행하였으며 다양하게 내진거동특성을 분석하고 내진성능을 확인하였다. 본 연구 결과는 향후 중공단면교각의 연성도(성능)기반 내진설계를 위한 기초자료로 제공될 수 있다. The seismic design concept of RC bridges is to attain the proper ductility of piers, yielding a ductile failure mechanism. Therefore, seismic design force for moment is determined by introducing a response modification factor (R), and lateral reinforcements to confine core concrete are specified in the current design code. However, these design provisions have irrationality, which results in excessive amounts of lateral reinforcements for columns in Korea, which are generally designed with large sections. To improve on these provisions, a new design method based on seismic performance has been proposed. To apply this to hollow sectional columns, however, further investigations and improvements must be performed, due to the different seismic behaviors and confinement effects. In this study, hollow sectional columns with different lap-splice of longitudinal bars and lateral reinforcements have been tested. Seismic characteristics and performance were investigated quantitatively. These research results can be used to derive a performance-based design for hollow sectional columns.

연속 횡방향철근을 적용한 구조물의 동적 해석

조경훈,한수호,이정빈,김성보,김장호 대한토목학회 2023 대한토목학회논문집 Vol.43 No.3

Recently, as the magnitude and frequency of earthquakes increases, research is needed to increase the ductility of the columns in order to prevent the collapse of structures. In this study, to evaluate the performance of columns reinforced with continuous transverse reinforcing bars, the FE model for the dynamic analysis of structures reinforced with continuous transverse reinforcing bars for circular and rectangular columns is to be verified using the results of uniaxial compression experiments in the previous study. As a result, the experimental value of the column reinforced with continuous transverse reinforcement and the result value related to the dynamic analysis showed similar behavior, and the reliability was high. As a result of the analysis, the usability of the rectangular column reinforced with continuous lateral reinforcing bars was confirmed because the dissipated energy performance of the columns reinforced with spiral reinforcing bars was higher than that of the columns reinforced with band reinforcing bars. 최근 지진의 규모와 빈도가 커짐에 따라 구조물의 붕괴를 막기 위하여 기둥의 연성화를 높이는 연구가 필요하다. 본 연구에서는 연속 횡방향철근으로 보강된 기둥의 성능 평가를 위해 선행연구에서 실험한 정적 압축 실험의 결과를 이용하여 원형기둥과 사각기둥 연속 횡방향철근으로 보강한 구조물의 동적해석에 관한 FE Model을 검증하고자 한다. 그 결과 연속 횡방향철근으로 보강한 기둥의 실험값과 동적해석에 관한 결과 값이 비슷한 거동을 보여 신뢰성이 높으며, 실제 구조물인 창촌교에 동적해석 FEM을 적용하여 검증하였다. 보강된 실험체에 파단이 날 때까지의 실험과 해석 값의 소산에너지를 보면 원형 나선, 원형 띠, 각형 나선, 각형 띠 순서로 소산에너지가 작았으며 실제구조물 해석 값의 에너지소산은 반대의 순서로 소산에너지가 원형 나선의 가장 작은 값이 나온다. 이 경우 실제 지진하중을 가하였을 경우 원형 나선의 기둥이 가장 파괴가 적게 일어났다는 판단이 된다. 또한 해석 결과 사각기둥과 원형기둥 모두 나선철근으로 보강된 기둥이 띠 철근으로 보강된 기둥보다 소산에너지 성능이 높아 연속횡방향철근으로 보강한 사각기둥의 사용성을 확인하였다.

고온을 받은 횡방향 철근 구속 콘크리트의 역학적 특성 연구

최광호,이중원 한국구조물진단유지관리공학회 2012 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.16 No.1

콘크리트 기둥에 사용되는 횡방향 철근은 압축콘크리트 파괴 시 횡방향 벌어짐을 구속하여 폭렬을 줄일 수 있고 콘크리트의 연성을 증가시키는 데에 유효하며 강도손실 보상효과가 있다. 이를 규명하기 위하여, 띠철근의 간격과 나선철근을 변수로 한 실험체를 제작하여 가열실험을 수행하였다. 이 때 전기로 온도를 300℃, 600℃ 및 800℃로 설정하여 13.33℃/분의 속도로 가열하고 2시간동안 그 온도를 유지시켰다. 냉각된 실험체에 대해 응력-변형률 곡선을 구하기 위한 압축실험을 수행하고, 이로부터 탄성계수, 잔존 내력 및 변형률 등의 잔존 역학적 특성을 분석하였다. 실험결과 횡방향 철근비가 높을수록 철근이 콘크리트를 구속하여 다축 응력 상태가 되기 때문에 고온을 받은 콘크리트의 잔존 최대응력이 커지고 더욱 큰 변형을 발휘할 수 있는 있는 것을 확인하였다. 이울러, 콘크리트의 잔존 탄성계수의 감소율은 횡방향 철근의 구속효과로 작아지는 것으로 분석되었다. The lateral reinforcements of concrete such as hoops and spiral bars are known to confine concrete to compensate the strength loss due to fire by reducing explosive spalling and improving the capacity of ductility. In this context, a study was conducted to investigate the residual mechanical properties of confined and unconfined concrete(fck=60MPa) after a single thermal cycle at 300, 600, 800℃. The main parameters required to establish the stress-strain relationship are the peak stress, the elastic modulus, and the strain at peak stress. The knowledge of the residual mechanical properties of concrete is necessary whenever the thermally damaged structure is required to bear a significant share of the loads, even after a severe thermal accident. Based on the results obtained in this study, the residual stress of confined concrete under thermal damage is higher according to the level of confinement and the larger strain made it to have better ductility. The decreasing ratio of elastic modulus from the relationship of stress and strain was also smaller than that of unconfined concrete.

Steel Strap으로 횡보강된 콘크리트 바닥판의 매개변수해석을 통한 설계식 제안

김철환,이성태,조병완 한국구조물진단유지관리공학회 2014 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.18 No.3

일반적으로 사용되는 철근콘크리트 교량의 바닥판에는 겨울철 과다한 염화칼슘의 사용과 그로인해 유발되는 성능저하로 인해 균열이 발생하고 수분이 침투하여 바닥판 내부의 철근이 부식됨으로써 균열이 생성 및 진전된다. 이러한 철근콘크리트 바닥판의 단점을 원천적으로 차단하기 위하여 바닥판 내부의 철근을 제거한 후 바닥판 외부에서 Steel strap을 이용하여 거더의 횡방향 거동을 구속시킴으로써 아칭효과를 극대화하고 내하력을 향상시킨 무철근 교량 바닥판이 최근에 개발 및 실용화되고 있다. 본 연구에서는 횡구속된 무철근 바닥판의 영향인자를 파악하기 위하여 콘크리트의 비선형성을 고려하였고 바닥판의 두께, 지간장 및 횡방향 구속강성도 등에 대하여 유한요소법을 이용한 매개변수해석을 수행했다. 또한, 이러한 해석결과를 활용하여 우리나라의 실정에 적합한 설계식을 제안하였다. A deterioration of typical reinforced concrete (RC) bridge deck is due to the use of calcium chloride, cracks and water penetration inside of the deck slab with steel reinforcement. In order to eliminate the defects of RC decks in terms of material, therefore, the steel-strapped deck system is studied and developed by maximizing the arching effect while the girders are restrained using straps in lateral direction to the bridge. This parametric study was performed to analyze the structural characteristics of steel-strapped deck, and to identify the factors of the thickness, span length and lateral restraint stiffness of deck slab considering the concrete non-linearity. Finally, a design equation, which is adequate to South Korea, is suggested.

나선철근 간격에 따른 원형 RC 기둥의 변위연성도

고성현 한국구조물진단유지관리공학회 2013 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.17 No.2

형상비 4.5인 축소모형 원형기둥 실험체 8개를 제작하여 일정한 축력 하에서 반복횡하중을 가력하는 실험을 수행하였다. 실험체의 주요변수는 횡방향철근비, 축방향철근비 (2.017%, 3.161%), 축력비 (0, 0.07, 0.15)이다. 모든 실험체의 횡방향 나선철근 체적비는 소성힌지 구간에서 0.3352~0.8938%의 값을 갖는다. 이 값은 도로교설계기준에서 요구하는 최소 심부구속철근 요구량의 39.7~122.3%에 해당하며, 이는 내진설계가 되지 않은 기존 교각이나 내진설계개념으로 설계되는 교각을 나타낸다. 본 연구의 최종목적은 실험적 기초자료의 제공과 함께 성능단계별 균열, 철근의 항복, 파단 등 정량적 수치와 경향을 제공하기 위한 것이다. 본 논문에서는 실험결과를 통해 분석된 실험변수에 따른 교각의 파괴거동, 강도저감거동, 변위연성도에 대해 중점적으로 기술하였다. Eight small scale circular reinforced concrete columns (4.5 aspect ratio) were tested under cyclic lateral load with constant axial load. The selected test variables are longitudinal steel ratio (2.017%, 3.161%), transverse steel ratio, and axial load ratio (0, 0.07, 0.15). Volumetric ratio of spirals of all the columns is 0.335~0.894% in the plastic hinge region. It corresponds to 39.7~122.3% of the minimum requirement of confining steel by Korean Bridge Design Specifications, which represent existing columns not designed by the current seismic design specifications or designed by seismic concept. The final objectives of this study are to provide quantitative reference data and tendency for performance or damage assessment based on the performance levels such as cracking, yielding, steel fracture, etc. In this paper, describes mainly failure behavior, strength degradation behaviour, displacement ductility of circular reinforced concrete bridge columns with respect to test variables.

철근콘크리트 기둥에서 반복횡력에 대한 헤드형 횡보강근의 구속효과에 대한 실험연구

서수연,함주호 한국구조물진단유지관리공학회 2012 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.16 No.5

본 연구는 철근콘크리트 기둥 횡보강근의 형태 특히 크로스타이의 유무 및 단부 정착형태에 따른 내진성능을 평가하기 위한 실험연구이다. 계획된 실험변수인 크로스타이의 유무, 크로스타이의 단부 정착형태(헤드형 또는 갈고리형), 그리고 기둥 축응력의 크기에 따라 총 5개의 기둥 실험체를 제작한 뒤 일정 축력하에 횡방향 반복가력 실험을 수행한 후, 크로스타이가 철근콘크리트 기둥의 구조성능에 미치는 영향을 평가하였다. 실험으로부터, 크로스타이가 없이 띠철근만으로 횡보강된 기둥은, 낮은 횡력에서 균열과 함께 띠철근이 휨변형한 뒤 코아 콘크리트가 탈락되는 파괴양상을 보인 반면에 크로스타이가 있는 기둥은 균열이 발생한 이후에도 띠철근이 휨변형과 주근좌굴을 억제하고 코아 콘크리트를 효과적으로 구속하여 내력 및 연성을 증진시키는 것으로 나타났다. 횡방향 대변형시, 갈고리형 크로스타이는 90˚ 갈고리 부분이 펴지면서 코아 콘크리트가 탈락되는 양상을 보이지만 헤드형 크로스타이는 대변형 시에도 헤드가 매우 효과적으로 띠철근과 주근을 구속하여 높은 내력과 연성능력을 발휘하는 것으로 나타났다. This paper presents an experimental result and suggests the confinement effect of headed cross tie in reinforced concrete(RC) columns subjected to cycling horizontal loads under constant axial load. Five RC columns specimens were manufactured, taking confined type of transverse reinforcement, whether or not using cross tie, end detail of cross tie (hooked or headed), and axial stress in column as major variables, Cyclic horizontal load applied to the columns under constant axial stress and the effect of cross tie to structural capacity of column was evaluated from the test. The column without cross tie failed showing bending deformation of hoop with crack in core concrete at low horizontal load while the column with cross tie showed quite improved strength and ductility by suppressing bending deformation of hoop as well as buckling of longitudinal bar at once even after crack in core concrete. At high lateral displacement, the column with hooked cross tie showed the failure pattern loosing the confining force of cross tie since the 90˚ hooked part of cross tie was stretched out and the cracked core concrete lumps were came off. However, the column with headed cross tie showed very stable behavior since the head of cross tie effectively confined the hoop and longitudinal bars even at high lateral displacement.