비탄성 응답스펙트럼에 대한 완만한 곡선형 이력거동의 영향

송종걸 한국지진공학회 2010 한국지진공학회논문집 Vol.14 No.1

실제 구조요소나 구조시스템의 비선형응답은 단순화된 형태의 분할선형 이력모델 보다는 완만한 곡선이력모델로 나타내는 것이 보다 정확하다. 본 논문에서는 완만한 곡선이력거동을 적용한 일정연성도 비탄성 응답스펙트럼을 작성하는 방법을 제시하였다. 가속도, 변위 및 입력에너지에 대한 비탄성 응답스펙트럼에 대한 곡선형이력거동의 완만한 정도의 영향을 평가하였다. 해석결과로부터 곡선형이력거동의 완만도가 증가할수록 비탄성 응답스펙트럼은 감소하는 경향을 나타냄을 알 수 있었다. The actual hysteretic behavior of structural elements and systems is closer to smooth hysteretic behavior than piece-wise linear behavior. This paper presents a methodology for computing the constant-ductility inelastic response spectra for smooth hysteretic behaviors. The effect of the hysteretic smoothness on the inelastic response spectra for acceleration, displacement, and input energy is evaluated. The results indicate that increasing smoothness in the hysteretic behavior decreases the inelastic response spectra.

반복하중을 받는 철근콘크리트 보의 에너지소산계수 변화 특성 고찰

유석형,강대영 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.27 No.6

반복하중을 받는 철근콘크리트 부재는 이력거동이 진행됨에 따라 강성과 강도의 저하 그리고 핀칭현상 등으로 인하여 에너지소산능력이 감소된다. 그러나 지침서 「철근콘크리트 건축구조물의 성능기반 내진설계를 위한 비선형해석모델, 2021」에서는 각 부재별로 모든이력단계별 단일한 에너지소산계수를 산정하도록 하고 있어 이력단계에 따른 에너지소산능력의 감소를 고려할 수 없을 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 반복하중을 받는 일반보에 대한 기존 실험결과와 비선형시간이력해석 결과를 비교하여 이력단계에 따른 에너지소산계수를 고찰하였다. 에너지소산계수는 비선형시간이력해석 결과로 구한 이상화된 탄소성거동 에너지 소산량에 대한 실제 실험체의 에너지소산량의 비로써 산출하였다. 기존 실험결과는 1회 Cycle을 각 이력단계별로 산정하여 에너지소산계수를 도출하였으며, 지침서 내 비선형모델링 과정을 토대로 에너지소산계수를 도출하였다. 기존 실험연구에선 각 이력단계(Y-L-R)를 설정하여 에너지소산계수를 구하였으며, 에너지소산계수는 Y-L구간 0.36, L-R구간 0.28로 나타났고, 지침서 에너지소산계수는 0.31로 나타났다. 이는 지침서의 에너지소산계수 산정식이 철근콘크리트 부재의 에너지소산능력의 감소를 나타내지 못하는 것으로 나타났다. As the hysteretic behavior of reinforced concrete members under cyclic loading progresses, the energy dissipation ability decreases due to a decrease in stiffness and strength and pinching effects. However, the guideline “Nonlinear Analysis Model for Performance-Based Seismic Design of Reinforced Concrete Building Structures, 2021” requires calculating a single energy dissipation factor for each member and all histeric step, so the decrease in energy dissipation capacity according to histeric step cannot be considered. It is judged that Therefore, in this study, the energy dissipation factor according to the histeric step was examined by comparing the existing experimental results and the nonlinear time history analysis results for a general beam under cyclic loading. The energy dissipation factor was calculated as the ratio of the energy dissipation amount of the actual specimen to the energy dissipation amount of the idealized elastoplastic behavior obtained as a result of nonlinear time history analysis. In the existing experiment results, the energy dissipation factor was derived by calculating one cycle for each histeric step, and the energy dissipation factor was derived based on the nonlinear modeling process in the guidelines. In the existing experimental study, the energy dissipation factor was calculated by setting each histeric step (Y-L-R), and the energy dissipation factor was found to be 0.36 in the Y-L step and 0.28 in the L-R step, and the energy dissipation factor in the guideline was found to be 0.31. This shows that the energy dissipation factor calculation formula in the guidelines does not indicate a decrease in the energy dissipation capacity of reinforced concrete members.

연결보의 이력단계별 에너지 소산계수의 변화에 관한 연구

유석형 대한건축학회 2023 대한건축학회논문집 Vol.39 No.11

철근콘크리트 부재는 이력거동 시 핀칭과 강성 및 강도 저하로 인한 에너지소산을 경험하므로, 비선형 시간이력해석 시 재료 및 부재의 이력거동 특성을 적절히 고려해야 한다. 에너지소산계수는 소산에너지와 이상화된 탄소성 거동에너지의 비율로 구하며, 이력거동이 진행됨에 따라 감소할 것으로 예상된다. 그러나 지침서(AIK-B-2021-001)에서는 각 부재별로 단일한 에너지 소산 계수를 제안하고 있다. 본 연구에서는 기존 실험 결과와 Perform 3D의 Shear Hinge Displacement Type 요소를 이용한 비선형 시간이력해석을 통해 연결보의 에너지소산계수의 변화를 관찰하였다. 이상화된 탄소성 에너지를 구하기 위해 이력 거동 모델을 정립하였다. 결론적으로, 이력단계가 진행됨에 따라 에너지소산계수는 감소하는 것으로 관찰되었으며, 이를 정량화하였다. Reinforced concrete members undergo energy dissipation as they experience pinching and a reduction in both stiffness and strength duringhysteretic behavior. Thus, it is crucial to adequately account for the hysteretic behavior characteristics of materials and members in nonlineartime history analysis. The energy dissipation coefficient, which measures how energy is lost during cyclic behavior, is expected to decreaseas the behavior progresses. However, current guidelines referred to as AIK-B-2021-001 suggest a single energy dissipation factor for eachmember. In this study, changes were observed in the energy dissipation coefficient of coupling beams based on existing experimental resultsand nonlinear time history analysis using the Shear Hinge Displacement Type element of Perform 3D. A model was established for thehysteretic behavior to determine the idealized elastoplastic energy. In conclusion, it was found that the energy dissipation coefficient decreasedas the hysteretic behavior advanced, and this change was quantified.

에너지 소산능력에 기초한 철근콘크리트 부재의 이력모델

엄태성,박홍근 한국지진공학회 2004 한국지진공학회논문집 Vol.8 No.5

기존의 철근콘크리트 부재의 이력모델은 실험에 기초한 경험식을 사용하여 주기거동시 나타나는 강성저하를 나타내는데 중점을 두므로, 에너지소산능력을 정확히 예측할 수 없다. 최근 다양한 설계변수의 영향을 고려하여 주기거동 동안 소산하는 에너지를 정확히 계산할 수 있는 설계식이 개발되었다. 본 연구에서는 이러한 설계식에 기초하여 휨지배 부재에 대한 에너지기초이력모델(Energy-Based Hysteretic Model)을 개발하였다. 제안된 모델은 완전한 주기거동을 할 경우 실제거동과 동일한 에너지를 소산하도록 고안된 선형모델로, 주곡선(Primary Curve)과 주기곡선(Cyclic Curve)을 근간으로 하고 다섯 가지 제하/재하 규칙을 적용하여 핀칭 및 강성저하를 수반하는 주기거동을 나타낸다. 본 연구에서는 다양한 실험과의 비교를 통하여 제안된 이력모델의 정확성과 유효성을 검증하였다. 제안된 이력모델은 간단하면서도 수치해석의 적용에 용이하므로, 정적 및 동적 비선형 해석/설계 프로그램의 개발에 사용할 수 있다

동적거동에 기초한 약진지역 철골뼈대구조물의 내진설계

국승규 한국지진공학회 2001 한국지진공학회논문집 Vol.5 No.2

구조물 내진설계의 개념은 기존요구조건이라는 조항으로 시방서에 규정되어 있으며 구조물이 지진발생시에 안전성과 경제성을 최대한 확보할 수 있으며 비선형시간 이력해석을 수행하여 자진시의 동적거동을 기술함으로써 확인할 수 있다. 내진설계에 보편적으로 적용하는 응답스펙트럼해석법은 선형해석법으로 구조물의 비선형동적거동의 영향을 거동계수로 반영하므로 파괴메카니즘 및 기본 요구조건의 만족여부를 거동계수를 구하는 과정으로 결정할 수 있다. 이 연구에서는 내진설계방식에 의해 설계된 약진지역에 의한 화학공장건물의 모델인 3차원 철골뼈대구조물을 선정하고 거동계수를 결정하는 과정을 수행하여 지진시의 동적거동을 확인하였다. 이 연구의 결과, 현 시방서의 응답스펙트럼해석법에 적용되는 거동계수는 강진지역의 구조물의 경우 기능성 및 안정성 한계를 제시하지만 약진지역 구조물의 경우는 실제 동적거동과 무관하다는것과 약진 지역에 위치한 구조물의 내진설계에는 시방서가 제시한 내진설계방식을 적용하는 것이 주요한 사항임을 확인하였다.

안전계수 변화를 고려한 사면거동의 3차원 분석기법 연구

한희수(Han Heuisoo),백용(Baek Yong),조재호(Jo Jaeho),황찬규(Hwang Changu) 한국지반환경공학회 2010 한국지반환경공학회논문집 Vol.11 No.4

사면의 거동에 관한 종래의 해석 기법은 사면거동을 시간과 변위의 2차원 크리프로 해석하는 것이었으나, 이러한 해석기법은 강우에 의한 응력변화를 고려 않고 시간에 따른 변위만을 고려하여, 강우 시 사면의 거동 및 붕괴를 설명하지 못한다. 또한 강우에 의한 이력현상으로 인해 파괴면내의 전단에너지가 감소한다. 크리프 해석은 응력항을, 이력현상 해석은 시간항을 무시한 해석이므로, 두 가지 해석을 결합하여, 사면의 거동을 해석한다면, 응력변화, 변위 및 시간을 모두 고려한 실제 사면의 거동해석이 됨을 알 수 있다. 그러나 응력변화에 관한 항은, 강우로 인한 실제 사면의 침투 및 배수 시, 전단응력의 변화 및 전단강도의 변화를 동시에 유발하므로, 이 두 항을 동시에 고려할 수 있는 안전계수항으로 바꾸어야 한다. 본 논문은 강우의 지반침투 및 배수로 인하여 사면의 단위중량이 변하는 과정에 대한 크리프와 이력현상을 고려할 수 있는 결합해석으로 고찰하고 이에 따른 사면붕괴에 관한 전단응력과 전단강도의 변화 및 안전계수변화를 3차원으로 나타내고자 수행한 결과이다. Generally, slope behavior is analyzed by 2-dimensional creep model. Creep behavior shows the deformation variation as time goes by without stress increment. Convention 2-dimensional creep analysis does not have the term of stress variation, it means creep analysis could not figure out the relationship of shear strength variation according to the stress variation and displacement. The slope weight and shear strength is directly related and interlocked to the safety variation and displacement of slope, therefore, this phenomenon could be treated and analyzed as combining the hysteresis and creep, the iteration of this process will result in the slope safety. Furthermore, the combined analysis will be the slope analysis considering shear stress, displacement and shear strength with time variation. In real case, because the variation of shear stress and strength happen at the same time, they should be changed into safety factor which is function of them. This paper shows the 3-dimensional variation of unit weight of soil with hybrid analysis considering creep and hysteresis on the seepage and drainage of rainfall, futhermore variations of shear stress and strength which make the safety factor change.

원형 철근콘크리트 교각의 강성 및 강도감소지수 결정

이대형,정영수 한국지진공학회 2000 한국지진공학회논문집 Vol.4 No.2

본연구의 목적은 반복하중을 받는 철근콘크리트 교량 교각의 비선형 이력거동을 해석적으로 예측하는 것이다 이를 위해서 반복적인 횡하중이 작용하는 경우에 실험결과와 일치하는 교각의 하중-변위 이력곡선을 도출하고자 수정된 trilinar 이력거동모델을 이용하였다 철근과 콘크리트의 비선형 거동특성과 각 하중단계에 따른 교각의 중립축을 구하여 소성힌지부의 모멘트와 변형률을 구하고 반복하중하에서의 강성의 변화를 해석적으로 모형화하기 위하여 각기 다른 강성을 갖는 5가지 지선을 갖춘 형태의 이력거동모델식을 제안하였다 본 연구에서는 실험적으로 구한 하중-변위 이력곡선을 이용하여 축하중비 주철근비 및 구속철근비에 따른 강도감소지수와 강성감소지수의 영향을 회귀분석을 이용하여 일반식으로 제안하였다 새로운 이력거동 해석 모델을 프로그램 SARCF III에 적용함으로써 기존 철근콘크리트 교각에 강도 및 강성감소 현상을 정확하게 예측하였다

비탄성 이력응답 및 지진특성을 반영한 변위증폭계수의 산정

송종걸(Song Jong-Keol),김학수(Jin He-Shou) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 A Vol.27 No.4A

변위증폭계수는 탄성거동시의 변위응답으로부터 비탄성 거동시의 변위응답을 산정하는데 사용될 수 있다. 구조물의 비탄성 이력거동의 특성과 지진하중의 특성을 반영하는 변위증폭계수의 계산식을 제안하였다. 변위증폭계수에 대한 변위연성도, 항복후 강성비, 구조물의 주기, 비탄성 이력모델과 지진의 특성의 영향을 분석하였다. 본 연구에서 제안한 변위증폭계수의 정확성은 기존의 제안식과 비탄성 시간이력해석에 의해 계산된 변위증폭계수와의 비교에 의하여 평가하였다. 제안식에 의한 변위증폭계수가 비탄성 시간이력해석에 의한 변위증폭계수와 잘 일치하는 결과를 제공한다. Displacement amplification factor can be used to estimate inelastic displacement demands from elastic displacement demands. The simple formula for displacement amplification factor considering hysteretic behavior of structural system and earthquake characteristics is proposed. And the effects of several parameters such as displacement ductility, strain hardening ratio, period, characteristics of earthquakes and hysteretic models for the displacement amplification factor are evaluated. Accuracy of the proposed formula is evaluated by comparing the displacement amplification factors estimated by existing and proposed formula with those calculated from inelastic time history analysis. The displacement amplification factors by proposed formulas provide a good agreement with those calculated by inelastic time history analysis.

완만한 곡선형 이력거동을 이용한 강도감소계수의 평가

송종걸 한국지진공학회 2010 한국지진공학회논문집 Vol.14 No.4

구조부재와 구조시스템의 실제 비탄성 이력거동은 완만한 형태를 나타낸다. 완만한 곡선형 이력거동이 이선형 또는 분할선형 강성저하모델등에 비하여 실제 거동을 정확하게 나타낸다. 내진설계에서 강도감소계수는 탄성 거동만 허용한 경우에 요구되는 강도를 설계수준의 강도로 감소시키는데 사용된다. 강도감소계수에 대한 완만한 곡선이력거동의 영향을 근거리 지진과 원거리 지진을 받는 몇 가지 완만한 곡선이력 시스템에 대하여 평가하였다. 설계 목적을 위하여 이력거동의 완만정도와 근거리와 원거리 지진으로 대변될 수 있는 지진특성을 고려하는 간단한 강도감소계수 식을 제안하였다. 본 연구의 제안식에 의한 강도감소계수가 기존의 제안식에 의해 평가된 강도감소계수보다 비탄성 응답스펙트럼 해석으로부터 직접적으로 구한 강도감소계수에 근접한 결과를 나타낸다. The actual hysteretic behavior of structural elements and systems is smooth. Smooth hysteretic behavior is more representative of actual behavior than bi-linear or piece-wise linear stiffness degrading models. The strength reduction factor in seismic design is used to reduce the elastic strength demand to design levels. In this study, the effect of smoothness on the strength reduction factor is evaluated for several smooth hysteretic systems subjected to near-fault and far-fault earthquakes. For design purposes, a simple expression of the strength reduction factor considering hysteretic smoothness and earthquake characteristics, represented as near-fault and far-fault earthquakes, is proposed. The strength reduction factors calculated by the proposed simple formulation are more similar to the factors directly obtained from inelastic response spectrum analyses than those calculated by several existing formulas.

SRC 기둥-H 형강보 접합부의 전단강도 및 이력거동

이승준,김원기,서동훈,Lee, Seung Joon,Kim, Won Ki,Seo, Dong Hoon 한국강구조학회 1997 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.9 No.2

접합부 패널존의 거동에 영향을 줄 수 있는 변수를 고려하여 SRC 기둥-H형강보 접합부의 역학적 특성에 대해 실험적 연구를 하였다. 7개의 시험체를 제작하여 실험을 수행하였으며 실험으로부터 접합부의 전단강도와 이력거동을 조사하였고 파괴형태에 대하여 분석하였다. 접합부의 이력거동은 약간의 핀칭을 보이는 안정된 거동을 보였다. 이력거동은 최대하중에 도달한 후 변위를 증가할 때 내력이 감소하는 거동을 보였다. 접합부 패널존의 전단강도는 접합부내의 콘크리트 유효면적이 증가함에 따라 증가함을 보였다. 접합부 패널존의 전단강조는 철골기둥 웨브의 항복강도, 패널존내의 철골기둥 플랜지의 소성휨강도 그리고 유효콘크리트의 전단강도의 합으로 표현되며 실험결과는 이러한 접합부의 전단강도와 근사한 값을 보였다. To investigate the shear strength and hysteretic behavior of SRC column to H steel beam joints, seven cruciform specimens were fabricated and tested. The test specimens showed stable hysteresis behavior with a little pinching. The strength decreased with increase in deflection after the speciemens reached at the maximum strength. The shear strength of panel zones increased with increased in the concrete amount of SRC column sections. The shear strength may conservatively be estimated by the sum of shear yielding strength of steel column web, plastic bending strength of steel column flange and ultimate shear strength of concrete in the panel zone.