철근콘크리트 보 - 기둥 접합부의 전단거동에 관한 실험적 연구
DESCRIPTION
서론. 연구 목적. 결론. 실험체 및 측정. 실험결과 및 분석. (a) J1, BJ1. (b) BJ2 ~ BJ4. 철근콘크리트 보 - 기둥 접합부 실험체 단면도. 실험체 셋팅. 스트레인 게이지 위치. L.V.D.T. 위치. 철근콘크리트 보 - 기둥 접합부의 전단거동에 관한 실험적 연구. An Experimental Study on Shear Behavior of Reinforced Concrete Beam-Column Joints. 김진영 , 오기종 , 이정윤. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
SungKyunKwan University, SungKyunKwan University, CONCONcrete crete EEngineering ngineering LLaboratory,aboratory,
Dep. of Architectural EngineeringDep. of Architectural Engineering
철근콘크리트 보철근콘크리트 보 -- 기둥 접합부의 전단거동에 관한 실험적 연구기둥 접합부의 전단거동에 관한 실험적 연구
김진영 , 오기종 , 이정윤
서론
An Experimental Study on Shear Behavior of Reinforced Concrete Beam-Column An Experimental Study on Shear Behavior of Reinforced Concrete Beam-Column JointsJoints
접합부 파괴 모드
- 철근콘크리트 보 - 기둥 접합부는 내진설계 시 보에서 충분한 에너지 소산이 이루어져 접합부 및 기둥의 내력 저감이 설계자가 요구하는 연성 능력에 도달할 수 있도록 설계되어야 함 .
- 연성능력을 평가하기 위한 선행연구자의 보 - 기둥 접합부 전단거동 평가 모델은 다음의 세 가지 접합부의 파괴 모드를 다루고 있다 .
(a) J- 파괴 : 보가 접합부보다 먼저 파괴 .
(b) BJ- 파괴 : 보의 항복 → 보와 접합부가 맞닿은 면에
소성힌지 발생 → 소성힌지에서 급격한 변형률 증가는
접합부 내부에도 영향을 미치게 되어 접합부 내력 감소
→ 접합부 파괴 .
(c) B- 파괴 : 접합부가 보보다 먼저 파괴 .
- 실험체 셋팅1. 기둥하단에 직경 100mm 의 강봉을 사용하여 회전변형을 유도 .
2. 보의 양단에도 접합부의 회전변형만 일어나도록 힌지로 고정 .
3. 실험체 하단에서 2m 떨어진 위치의 기둥에 변위 용량이 ±250mm 인 유압 액츄에이터를 설치하여 반복
횡하중을 실험체에 재하 .
4. 미끌림을 방지하기 위해 12 개의 유압볼트를 각각 50tonf 의 유압으로 바닥판 고정 .
실험체명 주인장 철근비주철근 항복강도
(MPa)스트럽 배근간격
(mm)스트럽 항복강도
(MPa)콘크리트 압축강도
(MPa)
J-1 0.0166
500.9
100
400 40
BJ-1 0.0099
BJ-2 0.0083
200BJ-3 0.0066
BJ-4 0.0050
철근콘크리트 보 - 기둥 접합부 상세
실험체 셋팅스트레인 게이지 위치 L.V.D.T. 위치
연구 목적
1. 지진하중 받아 접합부에 소성힌지가 형성되고 보의 주인장철근
항복 .
2. 항복한 보의 주인장철근은 부재의 연성을 증가시켜 접합부에 영향 .- 접합부에 배근 된 철근의 변형률은 소성힌지 구역의 철근 변형률에 비하여
극히 작아야 함에도 불구하고 실제로는 접합부 철근의 변형률이 증가 .
3. 접합부 내의 보 부재축 방향 변형률이 증가할 경우 접합부
콘크리트 스트럿의 인장 변형률도 증가 .
4. 콘크리트 스트럿의 압축강도도 감소 .
5. 보에 인접한 접합부 철근이 항복함으로써 접합부의 부착응력이
증가하여 부착파괴 발생 가능 .
- 접합부 및 보의 철근에 변형률 게이지를 부착하여 연성이 증가함에
따라서 변하는 철근의 변형률을 횡방향 철근비를 변수로 하여
실험함 .
실험체 및 측정
880
400
880
2300
350 13751375
3100
D10
@50
D10
@40
D10@100
D10
@50
D10@100
D10@50
D10
@25
D10@50
D10@50
250250
200
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O 30
300 300
300
O 110
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880
400
880
2300
350 13751375
3100
D10
@10
0D10
@40
D10@200
D10
@10
0
D10@200
D10@70
D10
@25
250250
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O40
O 30
D10@70
300 300
300
O 110
D10@75
300
(a) J1, BJ1철근콘크리트 보 - 기둥 접합부 실험체 단면도
(b) BJ2 ~ BJ4
(a) 변형률 분포
(b) 변형률 증가에 따른 접합부의 강도 저감
μ = 6μ = 4μ = 2
(a) J-1 (b) BJ-1 (c) BJ-2
(d) BJ-3 (e) BJ-4
접합부의 실험 결과와 제안식 결과 비교
- J- 파괴하는 접합부의 전단강도 평가식은 실제 접합부의 전단강도를 잘 예측함 .
- BJ- 파괴하는 접합부의 전단강도 평가식은 실험체 BJ-1, BJ-2 의 연성은 잘 예측하고 있지만
실험체 BJ-3, BJ-4 의 경우 접합부의 연성을 다소 과대평가함 .
- 접합부 내부의 철근의 변형률은 인접한 철근 변형률이 증가함에 따라서 증가함 .
- 접합부와 보가 맞닿는 면의 주인장철근변형률은 항복변형률에 도달하고 급격하게 증가 .
- 접합부 중심에서의 변형률의 변화는 층간 변위가 증가함에 따라서 증가하였지만 증가의 폭은
상대적으로 작음 .
(a) J-1 (b) BJ-1 (c) BJ-2
(d) BJ-3 (e) BJ-4
접합부의 실험 결과와 제안식 결과 비교
-0.156 -0.104 -0.052 0 0.052 0.104 0.156-0.13 -0.078 -0.026 0.026 0.078 0.13
Story drift ratio
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000Jo
int
sh
ear
(k
N)
test (J1)
cal
-0.208 -0.156 -0.104 -0.052 0 0.052 0.104 0.156 0.208 0.26-0.182 -0.13 -0.078 -0.026 0.026 0.078 0.13 0.182 0.234
Story drift ratio
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
-350
-250
-150
-50
50
150
250
350
Sto
ry s
he
ar
(kN
)
test (BJ1)
cal (K=0.5)
-0 .208 -0 .156 -0 .104 -0 .052 0 0.052 0 .104 0 .156 0 .208 0.26-0 .182 -0 .13 -0 .078 -0 .026 0.026 0.078 0 .13 0 .182 0 .234
Story drift ratio
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
-250
-150
-50
50
150
250
350
Sto
ry s
hea
r (k
N)
test (BJ2)
cal (K=0.5)
-0 .208 -0.156 -0 .104 -0 .052 0 0.052 0.104 0.156 0.208-0.182 -0 .13 -0 .078 -0 .026 0.026 0.078 0.13 0.182
Story drift ratio
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
-350
-250
-150
-50
50
150
250
350
Sto
ry s
hea
r (k
N)
test (BJ3)
cal (K=0.5)
-0 .26 -0 .208 -0 .156 -0 .104 -0.052 0 0.052 0.104 0.156 0.208 0.26-0 .234 -0.182 -0 .13 -0 .078 -0.026 0.026 0.078 0.13 0 .182 0.234
Story drift ratio
-200
-100
0
100
200
300
400
-150
-50
50
150
250
350
Sto
ry s
hea
r (k
N)
test (BJ4)
cal (K=0.5)
(a) BJ-1 (b) BJ-2
(c) BJ-3 (d) BJ-4철근 위치 - 층간변위 증가에 따른 철근의 변형률 곡선 ( 보의 휨모멘트 방향이 시계방향일 때 )
0
0.002
0.004
0.006
-0.001
0.001
0.003
0.005
0.007
Ste
el s
trai
n
-0.001
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
-0.0005
0.0005
0.0015
0.0025
0.0035
0.0045
0.0055
0.0065Drift ratio 2 .6 %
5 .2 %
7 .8 %
10 .4 %
0
0.004
0.008
0.012
-0.002
0.002
0.006
0.01
-0.002
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
-0.001
0.001
0.003
0.005
0.007
0.009
0.011Drift ratio 2.6 %
5.2 %
7.8 %
10.4 %
Ste
el s
trai
n
0
0.004
0.008
0.012
-0.002
0.002
0.006
0.01
Ste
el s
trai
n
-0.002
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
-0.001
0.001
0.003
0.005
0.007
0.009
0.011Drift ratio 2 .6 %
5 .2 %
7 .8 %
10.4 %
0
0.004
0.008
0.012
-0.002
0.002
0.006
0.01
Ste
el s
trai
n
-0.002
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
-0.001
0.001
0.003
0.005
0.007
0.009
0.011Drift ratio 2 .6 %
5 .2 %
7 .8 %
10.4 %
결론
1.접합부의 횡방향 철근비에 따라 접합부의 연성은 달라지며 , BJ- 파괴하는 접합부의 연성
평가식은 횡방향 철근비가 0.0186 이상인 BJ- 파괴 접합부의 연성을 잘 예측하였지만 ,
철근비가 0.0186 미만인 접합부의 경우 접합부의 연성을 과대평가하는 경향이 보임 .
2. 접합부와 인접한 보에서 발생한 소성힌지 영역내의 축방향 변형률이 접합부 내부의 축방향
변형률에 미치는 영향은 접합부의 변형이 증가할 수록 증가함 .
3. 보 - 기둥 접합부의 연성 평가식의 검증 및 수정을 위한 연구와 콘크리트 압축강도를 변수로
하는 추가적인 실험이 수행되어야 할 것임 .
실험결과 및 분석
- 인접한 보에 배근된 주인장철근의 양에 따라서 접합부는 상이한 파괴모드를 나타냄 .
- J-1 실험체는 파괴가 접합부에 집중 , 보의 주인장철근이 항복하기 이전에 접합부에서 전단파괴 .
- BJ-1, BJ-2, BJ-3 실험체는 보의 주인장철근이 항복한 이후에 접합부에서 전단파괴 .- 주인장철근의 양이 감소해 보의 소성힌지 구역에 피해가 집중 , 상대적으로 접합부에는 균열이 적게 발생 .
- BJ-4 실험체의는 보의 소성힌지에서 콘크리트가 압축파괴 , 접합부 균열 폭은 매우 작음 .
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