확대머리 보조띠철근으로 횡보강된 철근콘크리트 기둥의 반복하중 저항성능

천성철 대한건축학회지회연합회 2015 대한건축학회연합논문집 Vol.17 No.6

철근콘크리트 기둥은 지진하중에 의해 피복콘크리트가 탈락되기 쉽기 때문에, 기둥의 강도와 연성은 횡보강철근의 효율성에 크게 영향을 받는다. 기둥 보조띠철근으로 확대머리철근을 적용하면 횡구속효과 증진이 기대된다. 확대머리 정착된 보조띠철근을 갖는 기둥 실험을 통해 확대머리 띠철근의 적용 가능성을 검증하였다. 보조띠철근의 정착상세를 변수로 4가지 기둥을 제작하여 의 일정 축력하에서 반복횡력 실험을 수행하였다. 보도띠철근의 정착상세는 135-90° 갈고리가 기둥 주철근을 감싸는 경우, 135-90° 표준갈고리가 기둥 띠철근을 감싸는 경우, 양단 확대머리 정착, 한쪽 확대머리 정착 다른쪽 180° 갈고리로 구성하였다. 실험결과 양단 확대머리 또는 한쪽 확대머리 정착된 보조띠철근은 강도, 연성, 에너지 소산능력, 강도 저하, 및 강성 저하 항목에서 갈고리 정착된 보조띠철근과 동등 이상의 성능을 발현하였다. 피복콘크리트 탈락 후 90° 갈고리는 펴지기 때문에 기둥 주철근이 좌굴되지만, 확대머리 정착판은 효과적으로 주철근의 좌굴을 방지하여 8% 변위비까지 강도를 유지할 수 있었다. 또한 확대머리 정착된 보조띠철근은 기둥 주철근과 코어 콘크리트를 효과적으로 구속하여 에너지 소산능력이 향상되었다. 보조띠철근의 90-135° 갈고리로 후프 철근을 감싼 기둥도 갈고리가 주철근을 감싼 기둥에 비해 강도, 연성, 에너지 소산능력에서 동등 이상의 성능이 발현되었다. 필요시 보조띠철근의 갈고리로 띠철근을 감싸는 배근 방법이 가능한 것으로 평가되었다. Under seismic loading, the spalling of the cover concrete can be extensive and the strength and ductility of reinforced concrete (RC) columns significantly depend on the effectiveness of the transverse reinforcement. To improve the confinement effects of crossties, headed bars were proposed as singel-leg crossties and the structural performance of RC columns with crossties anchored by heads was assessed. Four RC columns were tested under reversed cyclic loading with a 10% axial load of the nominal axial capacity of the columns. The columns were designed to fail in a flexural mode and the main variable was the anchorage type of crossties: conventional 135° and 90° hooks enclosing longitudinal bars, conventional 135° and 90° hooks enclosing hoops, one-side head and one-side 180° hook, and double heads. The test results indicate that the hysteretic behavior of the columns with crossties that were anchored by double heads or one-side head was similar or superior to the columns with conventional crossties anchored by hooks in terms of strength, ductility, energy dissipation, strength degradation, and stiffness degradation. After the cover concrete spalled, the 90° hooks inevitably opened and the column longitudinal bars buckled. However, the heads could delay the buckling of the column bars and the columns could maintain their capacities until 8% drift ratio. Headed crossties can effectively confine the column bars and core concrete of the columns and therefore, the ductility and energy dissipation capacity of the columns were improved. The conventional crossties enclosing hoops have similar structural performance to the conventional crossties enclosing longitudinal bars, and therefore, if necessary, it is a possible detail that the hooks of crossties enclose hoops instead of longitudinal bars.

고층건물 SRC기둥의 확률론적 기둥축소량 해석 및 보정법

송화철,김형태 대한건축학회지회연합회 2018 대한건축학회연합논문집 Vol.20 No.2

고층건물의 기둥축소량해석을 하는 주된 목적은 시공중 수직부재간 부등축소량을 보정하는 것이다. 특히 SRC기둥의 길이 조정에 의한 보정시 공장에서 선작업을 하기 때문에 일정범위를 초과하는 과대 또는 과소 보정을 하지 않기 위한 조치를 해야 한다. 이 논문에서는 37층 고층건물을 대상으로 하여 SRC기둥의 축소량에 대한 보정 및 재보정 사례를 소개하고 확률론적으로 해석한 결과를 계측 결과와 비교․분석한다. 이를 통하여, 신뢰성기법을 활용한 합성부재인 SRC기둥에 대한 보정법을 제시하고자 한다. 본 연구에서 제시한 SRC기둥의 확률해석법을 이용하여 축소량의 신뢰구간별 상하한치를 제시할 수 있으며 초기 및 시공단계별 보정값을 제시할 때 과대 및 과소 보정을 방지하는데 활용할 수 있다. The main purpose in calculating predicted column shortening of high-rise buildings is to compensate for the differential length changes during construction. In this paper, the compensation and re-compensation method of column shortening is introduced for SRC columns in 37-story high-rise building. The probabilistic column shortenings are compared with the actual shortenings by field measurement and the compensation method of SRC columns using reliability analysis is suggested. In the probabilistic analysis of SRC columns, the shortenings can be presented with the upper and lower values of confidence level. The suggested method can be applied for preventing from overestimating and underestimating of compensation values of initial and under construction stage.

편심 압축력을 받는 고강도 콘크리트 기둥의 거동에 미치는 띠철근 및 콘크리트 강도의 영향

이영호,정헌수 한국구조물진단유지관리공학회 2007 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.11 No.3

편심 하중을 받는 철근 콘크리트 기둥에서 띠철근과 콘크리트 강도의 영향을 파악하기 위하여 콘크리트 압축강도, 띠철근 배근간격 및 형상, 편심비를 주요 변수로 하여 단면 200mmx200mm의 시험체 24개를 실험하였다. 이러한 연구를 통하여 콘크리트 기둥은 편심거리비, 띠철근 배근간격, 띠철근 배근형태 등에 관계없이 콘크리트 강도가 증가할수록 취성적으로 거동하였고, 편심거리비가 증가할수록 띠철근 배근에 의한 연성 증가 효과는 감소함을 알 수 있었다. 띠철근 배근간격이 100mm에서 30mm로 줄어들 경우, 최대 내력은 10~20% 증가하였으며, 최대 내력 이후에도 보다 연성적으로 거동하였다. 그러므로 고강도 콘크리트 기둥에서 적당한 연성과 강도를 확보하기 위해서는 일반강도 콘크리트에 비하여 더 많은 띠철근 체적비와 밀실한 띠철근 배근이 필요하였으며, 띠철근 배근 간격만을 제한하는 현재의 대한건축학회 내진 기준은 고강도 콘크리트 사용 시 띠철근의 배근 효과와 부재 연성 확보 측면에서 불안전하였으며, 띠철근을 콘크리트 강도와 연계하는 새로운 내진 기준이 필요한 것으로 나타났다. This study was focused on the effect of concrete strength and lateral ties of concrete columns subjected to eccentric compressive loads. The twenty-four concrete columns with 200mmx200mm square cross-section were tested. The main variables were concrete strength, spacing and configuration of lateral ties, and eccentricity ratios. From the experiment, the followings were investigated ; 1) In all cases, it was observed that the increase of concrete compressive strength led to the decrease of ductility. Also, as the eccentricity ratios increased, the effect of ductility enhancement by lateral ties decreased. 2) As the ties spacing decreased from 100mm to 30mm, the magnitude of axial load acting on the concrete column showed an enhancement of 1.1~1.2 times and the descending curve after a peak moment presented a smooth decline. 3) The high-strength concrete columns required a design of lateral ties to increase the volumetric ratios and density of tie spacing to sustain a proper strength and ductility. Accordingly, regardless of concrete strength, the current AIK design code to specify the maximum tie spacing of concrete columns was proven to lead to the poor strength and ductility for seismic design. Therefore, it is necessary to develop a new seismic design code that connects volumetric ratios and tie spacing of concrete columns with concrete strength.

화재피해를 입은 철근콘크리트 기둥의 잔존강도 추정 및 내화성능 요인 분석

여인환,Yeo. In Hwan 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.6

본 연구에서는 화재피해를 입은 철근콘크리트 기둥을 대상으로 실험 및 해석적 방법에 의해 잔존강도를 추정하고 내화성능에 영향을 미치는 요인을 분석하였다. 철근콘크리트 기둥의 강도저감율과 내화성능 예측을 위해 간편 계산모델인 EN 1992-1-2의 <TEX>$500^{\circ}C$</TEX> 등온선법을 이용하였다. 철근콘크리트 기둥은 순수 축압축력을 받는 것으로 가정하고 표준 내화실험으로부터 얻은 기둥 내부 온도자료를 활용하여 표준화재에 180분간 노출된 철근콘크리트 기둥의 잔존강도율을 산출하였다. 아울러 콘크리트 강도, 피복두께, 단면크기, 잔존 유효단면적 등 철근콘크리트 부재 내화성능 영향요인의 상관관계를 분석하였다. 본 연구를 통해 추정한 철근 콘크리트 기둥의 잔존강도율은 내화성능설계를 위한 계수하중 설정 및 하중비 설정에 중요하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다. This study aims to estimate the residual strength by experimental and analytic method and analyze the elements affecting fire resistant performance of reinfored concrete column. For predicting strength reduction rate and fire resistant rate of reinforced concrete column <TEX>$500^{\circ}C$</TEX> isotherm method of EN 1992-1-2, a simplified calculation method, was used. The residual strength rate of reinforced concrete column, which is exposed to standard fire for 180 minute and assumed to bear the pure axial compressive force, was calculated with inner temperature data achieved from fire resistance test results. Further, the analysis of relations of fire resistance rate affecting elements for reinforced concrete member were performed. The residual strength rate of reinforced concrete column estimated in this study may be used as a significant information for establishing fire load factor and load ratio on performance based fire resistant design.

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.

반복 횡하중이 작용하는 강재 클립형 연결장치로 결속된 철근 콘크리트 기둥의 비선형 유한요소해석

김용주,최병정 한국전산구조공학회 2023 한국전산구조공학회논문집 Vol.36 No.4

Both ends of the hoop reinforcement in the reinforced concrete (RC) columns subjected to lateral loading must necessarily be bent by 135°so as to ensure a sufficient level of ductility. However, as this reinforcement is extremely difficult to construct, this requirement is often not satisfied at construction sites. This study entailed an experimental investigation on RC columns subjected to cyclic lateral loading equipped with steel clip-type implements that were developed to replace the complicated 135° hoop reinforcement details. Four RC column specimens were manufactured, and the main test parameters included the use of high-strength concrete and steel clip-type implements. Furthermore, three-dimensional finite element models were employed to evaluate the structural performances of the test specimens via nonlinear analyses. The results of the test and finite element analyses indicate that the RC columns with the steel clip-type implements exhibit structural performances equal to or better than those with the 135° hoop reinforcement details. Further, the finite element analysis results agree well with the test results. 횡하중에 작용하는 철근 콘크리트 기둥은 연성능력 확보를 위해 띠철근의 양 단부를 135° 구부려 시공하는 상세가 요구된다. 그러나 이러한 띠철근 상세는 시공이 매우 까다로와 실제 현장에서는 제대로 시공이 되지 않기도 한다. 이를 대체하기 위해 본 논문에서는 강재 클립형 연결장치가 적용된 철근 콘크리트 기둥에 대해 횡방향 반복가력 실험을 수행하고 그 구조적 성능을 평가하였다. 총 4개의 실험체가 제작되었으며 주요 실험변수는 강재 클립형 연결장치 및 고강도 콘크리트 사용 여부이다. 또한 대상 구조물에 대해 3차원 유한요소해석 모델을 개발하고 이에 대한 비선형 해석을 수행하였으며, 해석 및 실험결과를 비교하고 분석하였다. 그 결과 강재 클립형 연결장치가 설치된 콘크리트 기둥이 반복 횡하중에 대해 기존의 표준갈고리 상세를 지닌 콘크리트 기둥과 동등한 혹은 그 이상의 성능을 지니고 있으며, 개발된 유한요소해석 모델이 실험결과를 정확히 잘 예측하는 것으로 나타났다.

건식 판넬존을 갖는 PC 와이드보-기둥 접합부의 내진성능 평가를 위한 실험 및 해석 연구

문정호,오영훈,이강철,이창현,박현석 한국콘크리트학회 2024 콘크리트학회논문집 Vol.36 No.2

본 연구는 WBS-II 공법의 보-기둥 접합부에 대한 실험에 관한 것이다. PC 구조에서 공기단축 및 경제성 확보를 위한 WBS-II 공법은 광폭보를 사용하면서 보-기둥 접합부를 건식화하는 공법이다. 실험연구를 위한 주요 변수로는 판넬존 형상, 보 하부철근의 종류 및 배근 방법, 띠철근 양 등으로 하였다. A, B, C 형으로 구분되는 총 5개의 실험체에 대한 실험과 함께 비선형해석을 수행했다. A형은 전체 건식, B형과 C형은 부분 건식 실험체이나 부분 건식도 보 하부철근의 기둥 관통을 위한 공간을 제외하고는 상하 기둥은 건식으로 접합되는 구조이다. B형과 C형은 보 하부철근의 종류를 변수로 가지며, 추가적으로 띠철근의 양도 실험변수에 포함했다. 이러한 연구 결과 WBS-II 골조시스템은 설계기준에서의 중간모멘트골조에 대한 요구조건을 만족하는 성능을 보였다. 전체 건식보다는 부분 건식을 채택하여, 보의 하부철근이 기둥을 관통하게 하여 기둥-보 사이의 일체성을 달성하도록 하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다. 또한 보 하부철근은 높은 항복강도의 철근 보다는 낮은 강도 철근을 사용함으로써 부착응력이 크게 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다고 판단되었다. This work involves an experimental study on WBS-II. WBS-II, aimed at shortening construction periods and achieving cost-efficiency in PC structures, comprises a dry beam-column connection with a wide beam. The main variables examined in the experimental study included the shape of the panel zone, the type and distribution method of girder reinforcement, and the amount of tie reinforcement. Nonlinear analysis was also performed alongside experiments on five specimens categorized into Types A, B, and C. Type A represents a fully dry connection, while Types B and C are partial dry connections, with upper and lower story columns dry-connected, except for the space reserved for column penetration of the bottom reinforcements of the partial dry type girder. Types B and C had variations in the type of girder bottom rebar, with additional consideration given to the amount of panel zone ties as an experimental variable. The findings revealed that the WBS-II frame system showed performance that satisfies the requirements for intermediate moment resisting frames in seismic design criteria. It was observed that adopting a partial dry connection, where the bottom reinforcements of the girder penetrate the column, is preferable to achieve unity between columns and beams. In addition, it was concluded that it is better to use lower-strength rebars than high yield-strength rebars to prevent excessive adhesion stress in the panel zone.

경량골재 콘크리트 기둥의 연성에 대한 띠철근 체적지수 및 작용 축하중비의 영향

임채림,양근혁 한국콘크리트학회 2023 콘크리트학회논문집 Vol.35 No.3

이 연구의 목적은 일정 축하중과 반복 횡하중을 받는 경량골재 콘크리트(lightweight aggregate concrete, LWAC) 기둥의 휨 연성에 대한 띠철근 체적지수(w_{vh})와 작용 축하중비(N_{u}/A_{g}*f_{ck})의 영향을 평가하는 것이다. 띠철근 양(A_{sh}), 콘크리트 압축강도(), 보조 띠철근의 배근형상 및 을 변수로 5개의 LWAC 기둥 실험체를 제작하였다. 기둥의 휨 연성은 등가감쇠계수, 변위연성비(mu_{DELTA}) 및 누적 일손상지수를 이용하여 평가하였다. LWAC 기둥의 최대 하중 이후 최대 내력의 80 %에서 평가된 mu_{DELTA}와 일손상지수 값들은 동일 조건의 보통중량 콘크리트(normal-wieght concrete, NWC) 기둥에 비해 각각 약 41 %와 45 % 낮게 평가되었다. 따라서 NWC 기둥과 동등 수준의 휨 연성을 갖는 LWAC 기둥의 설계를 위해서는 콘크리트 단위용적중량(rho _{c})이 낮을수록 더 높은 w_{vh}가 요구되었다. 이 경향은 N_{u}/A_{g}*f_{ck}가 높을수록 더욱 현저하게 나타났다.

주철근의 개수 및 단면비에 따른 폭발하중을 받는 철근콘크리트 기둥의 해석적 연구

최호순,김민숙,이영학,Choi, Hosoon,Kim, Min-Sook,Lee, Young-Hak 한국전산구조공학회 2012 한국전산구조공학회논문집 Vol.25 No.3

기둥은 건물에서 하중을 지지하는 중요한 구성요소이므로 기둥의 손상 또는 파괴는 건물의 연쇄붕괴의 원인이 된다. 특히 폭발하중에 의한 기둥의 거동평가는 연쇄붕괴 방지에 있어 중요한 요소이다. 본 논문에서는 축하중을 받고 있는 기둥이 폭발하중을 받을 때의 거동과 폭발 저항성능을 평가하였다. 이를 위해 동일단면적과 비슷한 철근비를 가지는 기둥에서 주 철근의 개수를 달리하여 각 변수에 따른 폭발하중에 대한 폭발 저항성능을 평가하였다. 또한, 동일한 성능을 지니는 기둥에서 단면비를 달리하여 기둥의 폭발 저항성능을 비교하였다. 해석결과, 폭발 직후 충격량에 대한 수직 변형률은 철근의 개수 및 단면비에 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 그러나 수평변형의 경우 폭발압력을 받는 면의 철근 개수가 증가함에 따라 기둥의 저항성능이 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 기둥 단면의 단면 2차모멘트가 클수록 폭발하중에 대한 저항 성능 및 복원력이 더 큰 것을 확인하였다. Columns are the key elements supporting load in structure. Column failure causes the structure to collapse. It is important to evaluate residual strength for damaged columns under blast load for preventing progressive collapse. In this paper, columns were investigated to compare the blast resistance on the change of the number of steel bars within the range of reinforcement ratio. And this study was carried out 4 different analytical models to evaluate effects of aspect ratio. The results indicate that the vertical strain was unaffected by the number of steel bars and aspect ratio. As the number of steel bars facing blast load increase, the blast resisting capacity of the columns was improved in the lateral strain. Also, the analysis results showed that a large moment of inertia of area, as compared to a small one would be superior in residual strength as well as force of restitution.

횡방향 철근 구속도에 따른 철근콘크리트 기둥의 고온특성에 관한 연구

이중원,최광호,이종원 청운대학교 건설환경연구소 2011 청운대학교 건설환경연구소 논문집 Vol.6 No.2

When reinforced concrete structures are exposed to fire, their mechanical properties such as compressive strength, elasticity coefficient and rebar yield strength, are degraded and color change is accompanied. Therefore, the structure’s damage assessment is essential in determining whether to dismantle or augment the structure after a fire. The purpose of this study is to verify the effect of high temperature on the mechanical properties of concrete column with transverse ties. Main variables were the spacing of transverse ties and heating temperature with 300℃, 600℃ and 800℃. Test results show the peak stress decreases and peak strain increases as the temperature is getting higher. Transverse ties of column member are helpful in improving the mechanical properties of concrete subjected to high temperature. 철근콘크리트 구조물은 화재 등과 같이 고온에 노출된 경우 강도 및 내구성의 저하를 경험한다. 화재 후 철근콘크리트 구조물의 재사용 및 보수보강을 위한 판단을 위해 내력평가가 필수적이며 콘크리트 강도 및 철근상세 등을 고려하여 합리적 내력평가가 되도록 한다. 이 연구에서는 철근콘크리트 기둥을 대상으로 주근과 띠철근의 상세와 목표온도 300℃, 600℃ 및 800℃를 변수로 하여 내화실험 및 압축강도실험을 통해 최대응력, 최대변형률, 탄성계수 및 응력-변형률 관계를 고찰함으로써 고온에 노출된 철근콘크리트 기둥에 띠철근의 구속 영향을 규명하고자 한다. 실험결과, 온도가 증가함에 따라 기둥부재의 최대응력과 탄성계수는 감소하고 최대변형률은 증가하는 경향을 나타냈고, 띠철근의 구속으로 인해 최대잔존응력과 최대변형률이 증가함을 확인하였다.