응답스펙트럼해석을 통한 내부 구속 중공 CFT기둥의 지진 응답 평가

이정화,원덕희,한상윤,강영종 한국방재학회 2012 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.11 No.-

교량 건설에 있어서 사용 재료의 품질 개발과 새로운 구조 형식을 개발하는 기술이 지속적으로 발달되어져 왔으며, 현재는 성능 향상 및 재료비 절감 등을 이유로 다양한 중공식 교각이 개발되고 있다. 이러한 중공식 교각은 단면 형상에 따라 사각단면, 원형단면 등으로 나눌 수 있으며, 제작 기술에 따라 중공 RC 교각, 중공 CFT 교각 등으로 세분화할 수 있다. 현재까지는 중공 사각형 RC 교각이 고교각 건설에 주로 이용되고 있는 실정이다. 중공 교각을 사용하는 주된 이유는 사용 재료의 절감을 통한 경제성 확보 및 같은 양의 재료로 유리한 단면상수를 가진 교각 단면을 만들 수 있으며, 교각의 중공부에 의한 교각의 자중을 감소로 인하여, 교각의 질량이 줄어듦으로써, 지진 하중에 대한 응답을 줄일 수 있기 때문이다. 이에 본 연구에서는 중공식 기둥의 한 종류로 선행 연구자들에 의해 개발된 내부 구속 중공 CFT 기둥을 교량의 하부 구조로 적용하여, 응답스펙트럼해석을 이용한 교각의 내진 성능을 평가를 수행하였다. 본 연구에서의 매개변수는 내부 구속 중공 CFT교각의 중공비이다. 기존 중실교각대비 질량저감 효과를 고려하기 위하여, 중공비는 0.7, 0.8, 0.9를 각각 선정하여, 중공비에 따른 단면을 설계하였다. 축강도 기준, 모멘트 성능 기준, 경제성 기준, 동일단면의 설계를 통하여, 교각의 중공비에 따른 내진 응답을 산출하였으며, 중실기둥대비 성능향상 효과를 도출하였다.

철도교 철근콘크리트 교각 중공단면 적용의 경제성

김모세(Mo Seh Kim),이종순(Jong Soon Lee),서주원(Ju Won Seo),김영남(Young Nam Kim) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.5

교량이 장경간화 되고 고교각의 사용이 늘어남에 따라 교각의 단면이 커지고 비용이 증가하게 되어 더 효율적인 교각의 필요성이 커지고 있다. 중공단면 교각은 물량 절감, 자중 감소, 수화열 감소 등의 장점에도 불구하고 내진상세의 미비로 소성설계를 적용할 수 없어 특히 철도교 분야에서 적용되지 못하고 있었다. 그러나 최근 중공단면 교각의 내진상세 기준을 마련하기 위한 연구가 진행되고 있어 향후 적용 가능성이 열릴 전망이다. 본 연구에서는 철도교에 중공단면을 적용함에 따른 경제성을 검토하기 위하여 공사비를 산정하고 분석하였다. 고속철도 교량 중 소성설계가 적용된 중실단면 교각을 선정하여 중공단면으로 대체되었을 때와 기둥부 공사비를 비교하였다. 또한 교각의 높이, 직경 등을 변수로 하여 이에 따른 중공단면 교각의 물량 및 공사비의 증감을 분석하였다. As the long span and tall pier are applied frequently, an efficient pier section is required to reduce the sectional area and construction cost of a pier. Though a hollow section has the advantage of decreasing quantity, self-weight and hydration heat of a reinforced concrete pier, the absence of seismic details for plastic design obstructs the application of a hollow section especially in railway bridges. However, researches are ongoing to provide seismic details to design standards, so the use of a hollow section will be increased. In this study, construction cost of piers has been calculated to evaluate the benefit of a hollow pier. A solid pier of a high speed railway bridge has been selected and the construction cost of its pier shaft has been compared with the construction cost of a hollow pier which can replace the solid one. The change of material quantity and construction cost of hollow piers also has been investigated as the height and the diameter of piers vary.

프리캐스트 프리스트레스트 내화단면 중공슬래브의 부재두께에 따른 화재거동평가

부윤섭,배규웅,신상민 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.27 No.1

At construction sites, interest in the production of precast materials is increasing due to off-site conditions due to changes in constructionsite conditions due to increased labor costs and the Act on the Punishment of Serious Accidents. In particular, the precast prestressed hollowslab has a hollow shape in the cross section, so structural performance is secured by reducing weight and controlling deflection through strandedwires. With the application of structural standards, the urgency of securing fire resistance performance is emerging. In this study, a fire-resistancecross section was developed by reducing the concrete filling rate in the cross section and improving the upper and lower flange shapes byoptimizing the hollow shape in the cross section of the slab to have the same or better structural performance and economic efficiency comparedto the existing hollow slab. The PC hollow slab to which this was applied was subjected to a two-hour fire resistance test using the cross-sectionalthickness as a variable, and as a result of the test, fire resistance performance (load bearing capacity, heat shielding property, flame retardanceproperty) was secured. Based on the experimental results, it is determined that fire resistance modeling can be established through numericalanalysis simulation, and prediction of fire resistance analysis is possible according to the change of the cross-sectional shape in the future. 최근 건설현장은 인건비 상승, 중대재해처벌법 등으로 인한 건설 현장 여건의 변화로 탈현장 여건으로 프리캐스트 부재 생산에 대한 관심이 증대되고 있다. 특히, 프리캐스트 프리스트레스트 중공슬래브는 단면 내 중공형상을 두어, 중량감소 및 강연선을 통한 처짐 제어 등으로 구조성능은 확보하고 있으나, 현재 내화 성능 개선에 대한 미비한 연구 뿐만 아니라, 기업들의 근거 없는 당연내화구조 기준을 적용함에내화성능 확보에 대한 시급성이 대두되고 있다. 이 연구에서는 기존 중공 슬래브와 비교하여 동등이상 구조성능, 경제성을 갖기 위하여 슬래브단면 내 중공 형상 최적화를 통해 단면 내 콘크리트 충진률 감소 및 상하부 플랜지 형상 개선으로 내화단면을 개발하였다. 이를 적용한 PC 중공슬래브에 대하여 단면두께를 변수로 하여 2시간 내화시험을 진행하여, 실험결과 내화 성능(하중지지력, 차열성, 차염성)을 확보 하였다. 실험결과 기반으로, 수치해석 시뮬레이션을 통해 내화모델링을 정립하여, 추후 단면형상 변경에 따라 내화 해석 예측이 가능한 것으로 판단된다.

이중 합성 강관 기둥의 축력-모멘트 저항 성능

이정화,한상윤,원덕희,강영종 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

현재 교량 시공 시 대부분의 교각은 경제성 및 시공성이 우수한 중실 RC교각이 많이 사용되고 있으며, 고교각의 경우 지진력을 저감시키기 위하여, 중공 단면의 RC 교각이 설계에 이용되고 있다. 가장 흔한 교각인 중실 RC교각은 교각의 휨과 내진성능을 만족하기 위하여, 단면 이차모멘트가 크도록 대단면의 교각 설계가 주로 행해지고 있다. 이렇게 설계된 중실 RC 교각은 설계하중 보다 필요이상의 축강도를 가지고 있어, 교각 단면의 효율성은 매우 합리적이지 않다.반면, 중공식 기둥의 한 종류로 선행 연구자들에 의해 개발된 이중 강관 합성 기둥(Double Skinned Composite Tubular Columns)은 대표적인 합성 중공 교각으로 내외부 강관에 의한 구속효과로 인하여, 중실 RC교각에 비하여 콘크리트의 구속 강도가 매우 우수하다.본 연구에서는 중실교각과 DSCT교각의 축력-모멘트 저항성능의 차이점에 대하여 정성적으로 분석을 수행하였다. 이를 위하여, DSCT교각의 중공비를 매개변수로써 선정하여, 각각 중공비 0.7, 0.8, 0.9의 교각 단면을 설계하였으며, 중공비에 따른 축력과 모멘트 저항성능의 관계를 비교분석하였다. 결론적으로, DSCT교각은 중실 RC교각대비 축강도가 매우 우수하여, 작은 직경으로도 필요한 축강도와 우수한 모멘트저항성능을 발휘함으로써, 교각 단면의 합리적인 설계가 가능함을 알 수 있었다.

중공 슬래브의 가진실험과 모드해석을 통한 동특성 분석

강경수,Kang, Kyoung-Soo 한국구조물진단유지관리공학회 2017 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.21 No.6

본 연구는 중공 슬래브의 보다 정확한 동특성을 구하기 위하여 중공부분에 의한 단면손실 효과를 반영한 해석모델을 이용한 모드해석결과와 가진실험 및 계측 결과를 비교 검토하였다. 이를 위해 중공 슬래브의 일종인 오메가형 데크 슬래브를 적용한 실제 시공 현장에서 가진실험 실시하여 계측을 통해 중공 슬래브의 동특성을 구하였다. 실제 중공 부분의 단면 감소효과를 고려하여 해석모델을 산정하여 모드해석을 수행하였다. 해석모델을 이용한 모드해석결과와 가진실험 계측결과를 비교 분석한 결과, 진동수의 경우 가진실험 계측과와의 오차가 2~7% 이내에 있음을 확인하였다. 그 결과 해석모델을 이용한 해석결과가 중공 슬래브의 진동해석에 충분한 정확도를 가지고, 슬래브 사용성 검토에 적용될 수 있음을 확인하였다. The purpose of this study is to get a more precise frequency of hollow core slabs by comparing the observed values from the actual free vibration tests and the predicted values based on the analysis model. The actual free vibration tests were carried out in the construction field using ${\Omega}$ shaped hollow core slabs. Modal analysis is conducted based on the analysis model that takes into account the differences in section properties due to void parts of slab. The differences between the predicted values based on the modal analysis with analysis model and the measured data from the actual tests range from 2~7%. This study demonstrates that the analysis model that incorporates void parts of slab could be used in evaluating serviceability of hollow core slabs with reasonable accuracies.

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.

강관으로 보강된 중공 RC 기둥의 중공비에 따른 거동

최준호,윤기용,한택희,강영종,Choi. Jun-Ho,Yoon. Ki-Yong,Han. Taek-Hee,Kang. Young-Jong 한국방재학회 2007 한국방재학회논문집 Vol.7 No.3

중공 RC 기둥은 중실 RC 기둥에 비해 자중의 감소 및 재료 절감에 대한 장점을 가진다. 그러나 중공 RC 기둥은 안쪽면의 취성파괴로 인하여 낮은 연성 거동을 할 가능성이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 중공 부재 내의 콘크리트 3축 구속 상태로 존재하게 하는 강관으로 보강된 중공 RC 기둥이 개발되었으며, 본 연구에서는 강관으로 보강된 중공 RC 기둥의 중공비를 <TEX>$0.50{\sim}0.85$</TEX>까지 변화 시켜 중공비에 따른 작용하중에 대한 안전율, 연성도, 재료비, 교각 총 중량에 대한 거동 특성을 파악하였다. The hollow RC(Reinforced concrete) column has the effect of reducing weight and materials compared to solid RC column. However, the hollow RC column shows a low ductile behavior due to brittle failure of inside concrete. To overcome this problem, the internally confined hollow reinforced concrete column has been developed. In this study, the behavior of internally confined hollow RC columns were evaluated with safety ratio, ductility, total material cost, the total weight of the pier, etc. The hollow ratio is varied from 0.50 to 0.85.

일방향 중공 슬래브의 구조성능 평가에 대한 실험적 연구

김동백,송대겸,최정호,조현상 한국재난정보학회 2018 한국재난정보학회 논문집 Vol.14 No.3

연구목적: 최근 기반시설물이 대형화 됨에 따라 콘크리트 구조물의 경우는 중량감소를 위 하여 중공 슬래브가 대안의 하나로 제시되고 있다. 연구방법: 중공부재의 시공 시 부력으로 인하여 시공이 어려운 점과 콘크리트 단면적이 줄 어 전단성능이 부족하게 되는 구조적인 단점이 있으므로, PVC관과 같은 중공체를 이용하 여 일방향 슬래브를 제작하고 시공성과 구조성능을 검토하는 실험을 실시하였다. 연구결과: PVC관을 이용한 일방향 중공슬래브의 경우 부력방지장치를 이용하면 타설 시 발생하는 중공체의 부상 및 침강을 예방하여 시공성능이 크게 개선되었으며, 휨 및 전단성 능도 적합한 성능을 가진 것으로 확인되었다. 결론: 중공율과 휨성능은 큰 관계가 없지만 중공율이 큰 경우는 항복 후 2차 강성이 낮으므 로 이에 대한 고려가 필요하며, 중공율의 증가에 따른 전단성능의 감소는 전단철근을 배근 하면 보완될 수 있을 것으로 사료된다. Purpose: Recently, As the size of the structure increased, the necessity of reducing its weight was raised. To reduce weight In concrete structures, a hollow slab is proposed as an alternative for weight reduction effect. Method: It is difficult to construct the hollow body due to buoyancy, and the shear performance is insufficient due to the decreased cross section. Slabs were fabricated using unidirectional hollow bodies such as PVC pipes, and experiments were conducted about construction performance and structural performance. Results: The buoyancy preventive device has been improved the construction performance by preventing floating hollow body, it has been confirmed that it has adequate performance to be used as a hollow slab system because it has enough expected shear performance. Coclusion: Hollow ratio has a little connection with bending performance, but after the yielding load, it is necessary to consider the secondary stiffness of structure, and is is supposed that the decrease of shear performance with the increase of hollow core ratio can be complemented with shear reinforcement.

강관 보강 중공 R.C 기둥의 연성 평가 해석

한승륭,임남형,강영종,이규세,Han, Seung Ryong,Lim, Nam Hyoung,Kang, Young Jong,Lee, Gyu Sei 한국강구조학회 2003 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.15 No.1

콘크리트의 가격이 상대적으로 높고 콘크리트 부재의 중량이 중요시되는 곳에서 중공 기둥을 사용하는 것이 경제적이다. 낮은 축력비와 적당한 종방향 철근비에서의 중공기둥은 원형 R.C 기둥과 유사한 휨강도와 연성능력을 갖는다. 그러나 높은 종방향 철근비와 축력비를 갖는 중공기둥 안쪽면에서의 구속력 부족으로 인한 압괴로 취성적인 거동을 보인다. 그래서 중공기둥의 안쪽면에 강관을 삽입한다면 기둥의 취성적인 거동을 방지할 수 있다. 본 연구에서는 콘크리트 교각의 내부에 강관을 삽입하여, 재료비의 절감과 중량의 감소 및 중공교각의 연성을 증가시키고, 이의 해석을 위해 강관의 삽입효과를 나타낼 수 있는 해석 프로그램을 개발하여, 상용 프로그램의 원형기둥 및 중공기둥의 해석치와 비교하여 타당성을 입증하였다. 휨강도와 연성을 표현하기 위해서는 모멘트-곡률 해석법이 사용되었으며, 콘크리트의 구속효과를 나타내기 위해 Mander의 통합된 콘크리트 모델이 사용되었다. 이러한 결과를 토대로 하여 매개변수 해석을 수행하여 강관 보강 중공 R.C 기둥의 거동특성을 연구하였다. In locations where the cost of concrete is relatively high or in situations where the weight of concrete members has to be kept to a minimum, it may be more economical to use hollow reinforced concrete vertic al members. Hollow reinforced concrete colun-ms with a low axial load, a moderate longitudinal steel percentage and a reasonably thick wall were found to perform in a ductile manner at the flexural strength, similar to solid columns. Hollow reinforced concrete columns with a high axial load, a high longitudinal steel percentage, and a thin wall were found, however, to behave in a brittle manner at the flexural strength, since the neutral axis is forced to occur away from the inside face of the tube towards the section centroid and, as a result, crushing of concrete occurs near the unconfined inside face of the section. If, however, a steel tube is placed near the inside face of a circular hollow column, the column can be expected not to fail in a brittle manner through the disintegration of the concrete in the compression zone. A design recommendation and example through the moment-curvature analysis program for curvature ductility are herein presented. A theoretical moment-curvature analysis for reinforced concrete columns, indicating the available flexural strength and ductility, can be conducted, providing that the stress-strain relation for the concrete and steel are known. In this paper, a unified stress-stain model for confined concrete by Mander is developed foi members with circular sections.

축방향철근비 2.017%인 중공 원형 RC 기둥의 내진성능과 휨 초과강도

고성현 한국구조물진단유지관리공학회 2017 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.21 No.1

형상비(M/VD, shear span-depth ratio)가 4.5인 축소모형의 원형기둥 실험체 3개를 제작하였다. 철근콘크리트 기둥 실험체의 단면 은 원형이고 중공단면으로 제작되었다. 철근콘크리트 기둥 실험체의 단면 지름은 400 mm, 중공 지름은 200 mm이다. 일정한 축력 하에서 반복 하중을 가력하는 준정적 실험을 수행하였다. 실험체의 주요변수는 횡방향철근비이다. 모든 실험체의 횡방향 나선철근 체적비는 소성힌지 구 간에서 0.302~0.604%의 값을 갖는다. 이 값은 도로교설계기준에서 요구하는 최소 심부구속철근 요구량의 45.9~91.8%에 해당하며, 이는 내진 설계가 되지 않은 기존 교각이나 내진설계개념으로 설계되는 교각을 나타낸다. 본 연구의 최종목적은 실험적 기초자료의 제공과 함께 성능단 계별 균열거동, 하중-변위 이력곡선, 에너지 소산 능력, 등가점성감쇠비, 잔류변형, 유효강성 등 내진성능의 정량적 수치와 경향을 제공하기 위 한 것이다. 본 논문에서는 실험결과를 통해 분석된 실험변수에 따른 실험결과들을 공칭강도, 비선형 모멘트-곡률 해석 결과, AASHTO LRFD 및 도로교설계기준(한계상태설계법)과 같은 기준들과 비교하였다. Three small scale hollow circular reinforced concrete columns with aspect ratio 4.5 were tested under cyclic lateral load with constant axial load. Diameter of section is 400 mm, hollow diameter is 200 mm. The selected test variable is transverse steel ratio. Volumetric ratios of spirals of all the columns are 0.302~0.604% in the plastic hinge region. It corresponds to 45.9~91.8% 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 longitudinal steel ratio is 2.017%. The axial load ratio is 7%. This paper describes mainly crack behavior, load-displacement hysteresis loop, seismic performance such as equivalent damping ratio, residual displacement and effective stiffness and flexural over-strength of circular reinforced concrete bridge columns with respect to test variable. The regulation of flexural over-strength is adopted by Korea Bridge Design Specifications (Limited state design, 2012). The test results are compared with nominal strength, result of nonlinear moment-curvature analysis and the design specifications such as AASHTO LRFD and Korea Bridge Design Specifications(Limited state design).