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ISSN : 1226-525X(Print)
ISSN : 2234-1099(Online)
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea Vol.20 No.1 pp.21-31
DOI : https://doi.org/10.5000/EESK.2016.20.1.021

New Hollow RC Bridge Piers with Triangular Reinforcement Details

Tae-Hoon Kim1)* , Ho-Young Kim2) , Jae-Hoon Lee2) , Hyun-Mock Shin3)
1)Construction Technology Division, Samsung C&T Corporation,
2)Department of Civil Engineering, Yeungnam University,
3)School of Civil and Architectural Engineering, Sungkyunkwan University
Corresponding author: Kim, Tae-HoonE-mail: th1970.kim@samsung.com
September 4, 2015 December 3, 2015 December 3, 2015

Abstract

This study investigates the seismic performance of new hollow reinforced concrete (RC) bridge piers with triangular reinforcement details.The developed triangular reinforcement details are economically feasible and rational, and facilitate shorter construction periods. We tested a model of new hollow RC bridge piers with triangular reinforcement details under a constant axial load and a quasi-static, cyclically reversed horizontal load. We used a computer program, Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology (RCAHEST), for analysis of RC structures. The used numerical method gives a realistic prediction of seismic performance throughout the loading cycles for several hollow pier specimens investigated. As a result, developed triangular reinforcement details for material quantity reduction was equal to existing reinforcement details in terms of required performance.

Triangular , Reinforcement details , Hollow , Bridge piers , Seismic performance , Economically feasible , Quasi-static

삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공 철근콘크리트 교각

김태훈1)* , 김호영2) , 이재훈2) , 신현목3)
1)삼성물산(주) 건설부문 기술개발실,
2)영남대학교 건설시스템공학과,
3)성균관대학교 건축토목공학부

초록

    1.서 론

    선행연구[1, 2]에서 개발된 삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공 철근콘크리트 교각단면은 경제성과 합리성을 고려한 형태로서 배근작업이 용이 하며, 급속시공이 가능하다. 중공 단면을 위한 새로운 철근 배근상세는 외 측 횡철근과 삼각망 보강 횡철근으로 구성되고, 내측 횡철근의 물량저감을 추가적으로 실현하였으며 안전성을 제고하였다.

    이러한 중공단면 철근콘크리트 교각은 최근에 자중, 사용재료 경감, 그리고 수화열 억제 등의 구조적, 경제적인 측면에서 철도 교량, 고속도로 교 량 등에 널리 설계시공되고 있다[3, 4, 5, 6, 7].

    개발된 삼각망 철근상세는 축방향철근이 기존의 배근구조보다 외측에상대적으로 많이 배근되어 구조거동 특성이 유리하고, 삼각 보강 횡철근에 의해 콘크리트의 3축 구속을 충분하게 실현하며 축방향 철근의 좌굴을 확 실하게 방지하기 때문에 취성 파괴에 뛰어나게 저항할 수 있다. 이를 통해 소성거동에 영향이 적은 내측 횡철근[3]을 감축 또는 생략할 수 있고, 중공 철근콘크리트 교각의 내진설계시 심부구속을 위한 횡방향철근량 산정에 관한 문제점 등을 해결하며 급속시공을 통해 공기단축을 가능하게 하였다 (Fig. 1).

    이 연구의 목적은 선행연구[1, 2]에서 검증된 물량저감 철근상세를 갖는중공 철근콘크리트 교각단면의 적용확대를 위해 외측 횡철근과 삼각망 보 강 횡철근의 간격 조정과 최소화 등을 통한 물량저감 방안, 현재 0.7 까지의 중공치수비(내경/외경) 적용을 0.8 까지 확대하는 방안 등을 중공 철근콘크리트 교각 시스템에 적용하고 그 성능을 파악하는데 있다. 삼각망 철근상세 를 갖는 새로운 중공 철근콘크리트 교각의 내진성능 등을 정확하게 평가하 기 위하여 기존 철근상세를 갖는 중공 철근콘크리트 교각과 비교 · 분석을 위한 실험적, 해석적 연구를 수행하였다.

    2.삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공 철근콘크리트 교각의 내진성능 실험

    2.1실험 내용

    삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공 철근콘크리트 교각의 내진성능을파악하기 위하여 Fig. 2-4의 실험체를 설계하였다. 새로운 중공원형 교각 실험체는 국내외 중공 교각 사례를 비교 · 분석하여 단면을 도출하였으며 이때 중공치수비(내경/외경)는 0.75로 현재 실험체 제작이 가능한 최대치 수이다.

    실험체의 설계는 현행 도로교설계기준(한계상태설계법)[8], 콘크리트구조기준[9], 그리고 AASHTO LRFD[10]를 근거로 하였으며 실험체 제 작과정을 통해서 발생할 수 있는 시공오차의 원인을 제거하여 반영하였다. 이때 횡방향 철근량 산정은 중공내부가 채워진 단면으로 하고 외측 횡철근 만을 고려하였다.

    새로운 중공원형 교각 실험체는 비교․분석을 위하여 기존 철근상세를 갖는 실험체 1기(S-CHC-80)와 삼각망 철근상세를 갖는 실험체 2기 (S-CHT-80, S-CHNT-80)로 구성하였다. 교각 실험체 S-CHT-80와 S-CHNT-80는 내측 횡철근의 감축 여부를 변수로 최대간격 제한 400 mm 로 정하였으며 Table 1에 그 제원을 나타내었다. 이때 교각 실험체는 외경 1,400 mm, 내경 1,050 mm 그리고 높이는 4,900 mm로 형상비가 3.5으로 서 휨파괴 거동을 유도하였다.

    삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공원형 교각 실험체의 제작과정을Fig. 5에 나타내었다. Fig. 5(a)는 조립이 완성된 기초부 철근 모습이고 Fig. 5(b), 5(c)는 기둥부 단면 철근상세의 예이다. Fig. 5(d)는 축방향 및 횡방향 철근, 보강 횡철근의 거동특성을 분석하기 위한 계측용 게이지의 모습이다. Fig. 5(e), 5(f)는 기초부 및 기둥부 거푸집과 이를 이용한 콘크리트 타설 모 습이다. 그리고 Fig. 5(g)는 목재거푸집로 제작된 교각 실험체의 가력부 모 습이고 Fig. 5(h)는 양생이 완료된 실험체의 모습이다.

    교각 실험체의 거동특성을 파악하기 위하여 Fig. 6과 같이 최대변위±600 mm인 3,500 kN 유압가력기(actuator)로 준정적(Quasi-Static) 실험 을 수행하였다. 축력은 일정하중 유지장치로 단면 축강도의 10.0%를 재하 하였고 drift ratio ±0.25%로 시작하여 ±0.5% ∼ ±6.0% 까지 변위진 폭을 0.5%씩 증가시켰다. 이때 한 사이클 당 가력횟수를 2회로 하여 동일 변위 진폭에 대한 교각의 거동특성을 확인하였다.

    Fig. 7과 같이 변형률 게이지를 실험체 소성힌지 구역내의 축방향 및 횡방향 철근과 보강철근에 부착하였고 가력기에 설치된 변위계와 로드셀에 의해 하중 재하점의 수평변위와 수평하중을 계측하였다. 이때 소성힌지 구 간은 Priestley 등[11]에 의한 식(0.08L+0.22fyedbl)에 근거하여 산정하였 고, 하중 재하시 예상치 못한 기초부위의 수평변위나 들림을 변위계를 이용 하여 계측 관리하였다.

    2.2실험결과 및 고찰

    Fig. 8-10에 중공원형 교각 실험체의 하중-변위 곡선을 나타내었고 공칭모멘트에 의한 수평하중과 최종 파괴양상을 함께 도시하였으며 Table 2 에 각 실험체별 최대하중과 변위연성도를 정리하여 나타내었다. 하중-변위 곡선은 횡방향 하중과 가력지점 변위로 도시되는데 교각 실험체의 강도, 연 성 및 에너지 소산능력 등을 평가하는 중요한 자료이다[12, 13]. 이때 변위 연성도는 Fig. 11과 같은 Park[14]의 간접적인 방법으로 구하였으며 철근 콘크리트 교각에서 변위연성도 산정에 가장 많이 사용되고 있는 방법이다.

    기존 철근상세를 갖는 중공원형 교각 실험체(S-CHC-80)의 공칭모멘트에 의한 설계하중은 532.6 kN이며 실험값은 –939.1 kN, 774.3 kN이다. 삼각망 철근상세를 갖는 중공원형 교각 실험체(S-CHT-80)의 공칭모멘트에 의한 설계하중은 535.7 kN이며 실험값은-966.8kN, 762.4 kN이다. 그리 고 단부구역의 내측 횡철근을 80% 감축하여 배근한 삼각망 철근상세를 갖 는 새로운 중공원형 교각 실험체(S-CHNT-80)의 공칭모멘트에 의한 설계 하중은 535.7 kN이며 실험값은-966.8 kN, 776.6 kN이다.

    기존 철근상세를 갖는 중공원형 교각 실험체(S-CHC-80)는 설계하중의145% 수준까지 내력이 나타나고 있으며 삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공원형 교각 실험체(S-CHT-80)는 설계하중의 140% 수준으로 내력이 나타나고 있다. 그리고 단부구역의 내측 횡철근을 80% 감축하여 배근한 삼 각망 철근상세를 갖는 새로운 중공원형 교각 실험체(S-CHNT-80)는 설계 하중의 145% 수준으로 내력이 나타나고 있다.

    기존 철근상세를 갖는 중공원형 교각 실험체(S-CHC-80)의 변위연성도는 4.9, 4.2이고 삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공원형 교각 실험체 (S-CHT-80)의 변위연성도는 5.5, 4.2이다. 그리고 단부구역의 내측 횡철 근을 80% 감축하여 배근한 삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공원형 교각 실험체(S-CHNT-80)의 변위연성도는 5.1, 4.4이다(Table 2).

    위와 같이 횡방향 철근량을 Table 1과 같이 도로교설계기준 규정의 약50%만 배근하였음에도 단주교각의 요구연성도 5를 대략 만족하고 있음이 확인되었으며 내부 구속철근의 여부와 간격, 보강띠철근의 형태와 개수와 상관없이 요구연성도를 거의 만족하고 있다. 이는 현행 도로교설계기준에 서 상대적으로 심부콘크리트 면적이 작은 중공단면의 횡방향 철근량을 중 실단면에 비해 과도하게 산정하고 있기 때문이다.

    Fig. 8-10에 최종 재하 단계에서의 중공단면 안쪽을 함께 도시하고 있는데 삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공원형 교각 실험체는 기존 철근상세를 갖는 중공원형 교각 실험체의 파괴시점에는 거의 파괴가 발생하지 않았 고, 최종 재하 단계에서의 파괴형태도 기존 철근상세를 갖는 교각 실험체에 비해 덜 파괴된 것을 확인할 수 있다.

    중공원형 교각 실험체들의 누적 소산에너지를 Fig. 12에 도시하였다. 소산에너지는 내진성능을 평가하는데 중요한 요소이며 부재가 파괴될 때까지 흡수 또는 소산할 수 있는 능력을 나타낸다. 이때 소산에너지는 하중-변 위 이력곡선의 내부면적으로 산정되고 누적 소산에너지는 내부면적의 합 이다.

    기존 철근상세를 갖는 중공원형 교각 실험체(S-CHC-80)의 누적 소산에너지는 2,100,000 kN mm이다. 삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공원 형 교각 실험체(S-CHT-80)의 누적 소산에너지는 2,700,000 kN mm이고 단부구역에 내측 횡철근을 80% 감축하여 배근한 중공원형 교각 실험체 (S-CHNT-80)의 누적 소산에너지는 2,700,000 kN mm로서 기존 철근상 세를 갖는 교각 보다 개발된 삼각망 철근상세를 갖는 교각이 우수한 성능을 보여주고 있다.

    Fig. 13-15에 새로운 중공원형 교각 실험체의 소성힌지구간에서 횡방향 철근과 보강 철근에 부착한 변형률 게이지의 국부적 거동특성을 나타내 고 있다. 수평하중의 변화에 따라서 변형률의 증가 또는 감소가 발생하고 있 으며 2,000 microstrains의 항복변형률 이내에서 유사한 거동특성을 보이 고 있다.

    특히 가력하중에 의해 콘크리트의 중공 중심 방향 변형에 의한 아치작용으로 압축변형률이 내측 횡철근에 발생하는 사실을 Fig. 14를 통해 파악할 수 있고, 이를 통해 내측 횡철근을 감축 또는 생략한 타당성, 즉 단면의 아치거동특성에 의한 횡구속력 상쇄로 소성거동 영향이 미미한 점을 확인해 볼 수 있다.

    위와 같이 삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공원형 교각은 삼각망 보강횡철근에 의해 축방향 철근의 좌굴을 방지하는 뛰어난 거동특성으로 기존 철근상세를 갖는 중공원형 교각 보다 강도, 연성 및 에너지 소산능력 등의 면에서 우수한 성능을 보이고 있음을 파악할 수 있다.

    3.삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공 철근콘크리트 교각의비선형 해석

    3.1해석 내용

    이 연구에서는 저자 등에 의한 비선형 유한요소해석 프로그램 RCAHEST(Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology) [15, 16, 17, 18, 19]를 사용하였다. RCAHEST는 미국 버클리 대학의 Taylor가 개발한 범용 유한요소해석 프로그램 FEAP ver. 7.2[20]에 그 동안 개발된 철근콘 크리트 평면응력요소, 그리고 경계면요소 등을 이식한 프로그램(Fig. 16) 으로 중공 단면의 구속효과를 수정하여 추가하였다.

    개발된 철근콘크리트 비선형 재료모델[15-19]을 적용하였으며 중공 단면의 구속효과는 축방향 및 구속 철근의 양, 구속철근의 배근형태 및 항복강 도 등을 고려할 수 있고, 콘크리트의 단면형상에 관계없이 적용할 수 있는 Mander et al.[21]의 제안모델을 기본적으로 채택하였다.

    횡방향철근에 의한 횡구속력은 유효구속력으로 결정되므로 단면형상과 횡방향철근량이 지배적인 요소가 된다. 그리고 동일한 횡방향철근량을 제공하더라도 설치간격, 배치형태, 갈고리 상세 등의 차이에 의해 유효구속 력에 차이가 있게 된다. 이 연구에서는 중공비(내경/외경)에 따라 횡구속 효 과를 저감시키는 수정계수를 도입하여 중공 단면의 구속효과를 고려하였 다[18, 19].

    3.2해석결과 및 고찰

    비선형 해석을 수행하기 위한 요소 분할 예를 Fig. 17에 나타내었다. 중공원형 단면 실험체들의 비선형 유한요소해석을 위해서 등가환산단면 기 법을 이용하여 Fig. 17(a)와 같이 2차원 평면요소로 변환하여 해석이 가능 하도록 하였다. 등가환산단면은 중공원형 교각의 실제거동과 유사하도록 콘크리트와 철근의 단면적 및 하중재하 방향의 단면 2차 모멘트를 같게 유 도하였다.

    수렴성 시험(convergence test) 결과 결정된 유한요소망은 형상비(aspectratio)에 의한 영향이 1.0% 미만이었고, 이는 철근콘크리트 구조물의 비선 형 유한요소해석에서 예상되는 오차에 비해 극히 작은 것이다.

    이 연구에서 적용한 비선형 재료모델에 의한 유한요소해석 결과와 실험에 의한 하중-변위 이력관계를 Fig. 18에 비교하여 나타내었으며 대체적으 로 잘 일치하고 있음을 알 수 있다.

    비선형 해석결과는 실험 결과와 이력 거동에서 전반적으로 일치하고 있으며 비탄성 변형에 의해 교각 실험체의 소성힌지부에서 일어나는 콘크리 트의 균열 및 파쇄, 그리고 손상과 파괴 등을 잘 추적하고 있다.

    이러한 중공 교각은 파괴시 중립축이 콘크리트 부에 놓이는 경우 중실교각과 동일하게 중립축을 기준으로 압축과 인장력이 단면에 나타나고, 이와 달리 중립축이 중공부에 놓이는 경우는 중립축을 기준으로 단면전체가 압축력을 받게 되어 상대적으로 취성적인 거동특성을 보인다.

    새로운 중공원형 철근콘크리트 교각 실험체의 중립축을 파악하기 위하여 비선형 유한요소해석을 통해 파괴시 소성힌지부 요소의 가우스 적분점 변형률을 비교 분석하고 Fig. 19에 나타내었다. 이때 그림내의 수직 점선 은 콘크리트 부의 끝단을 나타내고 있다.

    중공치수비(내경/외경)가 0.75인 이 연구의 중공원형 교각 실험체는 파괴시 중립축의 위치가 기존 철근상세를 갖는 경우 중공 내부에 위치하고, 다 소 차이가 있지만 삼각망 철근상세를 갖는 경우도 모두 중공 내부에 위치하 고 있는 것으로 나타나 중공치수비의 영향을 확인할 수 있었다.

    위로부터 해석결과로부터 삼각망 물량저감 철근상세는 기존 철근상세와 강도, 연성 및 에너지 소산능력 등의 면에서 동등이상의 성능을 보이고 있음을 확인할 수 있으며 그 적용성도 검증할 수 있었다.

    4.삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공 철근콘크리트 교각의 내진성능평가

    4.1내진성능평가 내용

    최근 한계상태설계(Limit State Design)를 도입하여 철근콘크리트 교각의 설계에 사용하고 있으며, 이를 토대로 성능기반설계(Performance Based Design)로 전환해 가는 과정에 있다. 이에 따라 요구되는 성능기준을 만족 하는 구조물을 설계하기 위한 다양한 기술이 개발 되고 있다. 이러한 성능기 반 내진설계는 구조물이 예측 가능한 내진성능을 확보하고 규정된 성능목표 를 달성할 수 있도록 하는데 필요한 해석 및 설계절차를 포괄하고 있다[22].

    이 연구에서는 손상지수를 통해서 성능기반 내진설계 체제에서 필수적인 손상상태의 정량화를 도출하였다. 손상지수는 콘크리트와 철근의 극한 변형률에 근거한 파괴기준을 토대로 가우스 적분점에서의 변형률을 이용 하여 각 해석단계별로 직접 산정할 수 있다(Table 3). 이때 손상상태는 한계 상태에 의해 결정되고 각각은 성능수준을 규정할 수 있다. 완전기능 수준은 손상이 거의 발생하지 않아 보수가 요구되지 않는 상태이며 기능수행 수준 은 경미한 손상이 발생하여 보수가 필요한 상태이다. 그리고 붕괴방지 수준 은 심각한 손상이 발생하여 부분 또는 전체적인 보수 · 보강이 필요한 상태 를 의미한다[16].

    위와 같은 저자 등에 의한 손상지수를 이용한 내진성능평가 기법[16]을삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공 철근콘크리트 교각에 수정하고 적용 하여 내진성능 평가를 가능하도록 하였다.

    4.2내진성능평가 결과 및 고찰

    중공원형 교각실험체의 내진성능평가를 위해 Table 4에 하중재하에 따른 손상지수의 변화를 실험결과와 함께 비교하여 나타내었다.

    수행된 내진성능평가의 예로서 내측 횡철근을 80% 감축하여 배근한 삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공원형 철근콘크리트 교각 실험체 (S-CHNT-80)의 실험결과를 기술하였다(Table 4). Drift 0.5%에서 교각 전면에 수평 휨균열이 발생하며, drift 1.0%에서는 소성힌지부의 휨 균열 이 진전하였다. Drift 1.5%에서 재하방향과 평행하게 경사 균열이 발생하 였으며, drift 2.0%에서는 경사 균열이 진전하였다. Drift 2.5%에서 수직 균열이 발생하였으며, drift 3.0%에서는 기초부로부터 약 100 mm 범위에 피복박리가 시작되었다. Drift 3.5%에서 축방향 철근의 좌굴이 발생하였 으며, drift 4.0%에서 축방향 철근의 좌굴이 진전되었고 drift 5.5%에서는 축방향 철근이 여러 개 파단 되어 실험을 종료하였다.

    해석으로 산정된 재하 단계별 손상지수 값은 drift 0.5%에서 0.04, drift1.0%에서 0.07, drift 1.5%에서 0.19, drift 2.0%에서 0.29, drift 2.5%에 서 0.35, drift 3.0%에서 0.43, drift 3.5%에서 0.53, drift 4.0%에서 0.66,drift 4.5%에서 1.00, drift 5.0%에서 1.00 그리고 drift 5.5%에서 1.00이 다. 손상지수의 값을 성능평가 기법으로 표현하면, drift 1.0%에서는 거의 손상이 발생하지 않아 보수가 필요 없는 상태로 완전기능 수준이다. Drift 2.5%에서는 경미한 손상 발생으로 보수가 필요한 상태이고 기능수행 수준 이다. 그리고 Drift 4.0%에서는 심각한 손상 발생으로 부분 또는 전체적인 보수 및 보강이 필요한 상태이고 붕괴방지 수준이다.

    Fig. 20에 하중재하에 따른 요소레벨의 손상지수 변화를 나타내었으며해석결과가 개발된 물량저감 철근상세에 따른 교각 실험체의 거동특성을 잘 추적하고 있다.

    중공원형 철근콘크리트 교각 실험체의 재하 단계별 손상지수 값을 확인해보면 drift 1.0%에서 S-CHC-80 실험체는 0.07, S-CHT-80 실험체는 0.07, S-CHNT-80 실험체는 0.07이다. Drift 2.0%에서 S-CHC-80 실험 체는 0.33, S-CHT-80 실험체는 0.32, S-CHNT-80 실험체는 0.29이다. 그 리고 drift 4.0%에서 S-CHC-80 실험체는 0.68, S-CHT-80 실험체는 0.69, S-CHNT-80 실험체는 0.66이다. 즉 개발된 삼각망 철근상세를 갖는 S-CHT-80 실험체 및 S-CHNT-80 실험체가 기존 철근상세를 갖는 S-CHC-80 실험체보다 동일한 재하단계에서 손상이 다소 지연되고 있음을 확인할 수 있다. 이는 손상의 주요 원인이 축방향 철근의 좌굴에 의한 것인 데 삼각망 철근상세를 갖는 실험체는 삼각망 보강 횡철근에 의해 축방향 철 근의 좌굴을 직접적으로 방지하고 있기 때문인 것으로 판단된다.

    해석결과와 실험결과의 비교로부터 이 연구에서 제안하고 있는 손상지수를 이용한 내진성능평가 기법은 삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공 철 근콘크리트 교각의 비탄성 거동특성 등을 제대로 평가하고 있음을 확인할 수 있었다.

    5.결 론

    이 연구에서는 삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공 철근콘크리트 교각의 검증을 위하여 제작된 대표적인 중공원형 교각 실험체에 대해 실험적, 해 석적 연구를 수행하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.

    1) 실험적, 해석적 연구로부터 개발된 삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공원형 철근콘크리트 교각은 설계 값을 잘 반영하고 있으며 축방향 철 근의 좌굴을 삼각망 보강 횡철근에 의해 방지하는 뛰어난 거동특성 등 으로 기존 철근상세를 갖는 중공원형 철근콘크리트 교각과 동등 이상의 소요성능을 갖고 있는 것으로 확인되었다.

    2) 삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공 철근콘크리트 교각단면은 기존 철근상세를 갖는 중공 교각단면과 동등 이상의 연성능력을 보이고 있으며, 최대하중 도달 후 급격한 하중 감소현상을 보이지 않고 있다. 또한 기존 철근상세를 갖는 중공원형 교각 실험체에 비해 하중단계별로 동등 이상 의 에너지 소산능력을 나타내고 있으며 최종 파괴시점에서는 약 130% 이상 커지는 것을 확인할 수 있었다.

    3) 개발된 삼각망 철근상세를 갖는 중공원형 교각 실험체의 하중단계별 철근 변형률 변화 등을 기존 철근상세를 갖는 중공원형 교각 실험체와 비 교 · 분석한 결과 전반적으로 유사한 거동특성을 보이고 있음이 확인되 었으며 그 적용성이 검증되었다.

    4) 최대하중에 대한 실험값/해석값의 평균과 변동계수는 0.98와 0.01이고변위연성도에 대한 실험값/해석값의 평균과 변동계수는 0.91과 0.03으 로서, 해석결과가 실험결과를 정확하게평가하고 있음이 확인되었다. 또한 중공단면 교각의 거동특성을 결정하는 파괴시 중립축의 위치를 잘 추적하고 있으며 이를 통해 제안한 해석기법과 모델은 중공 철근콘크리 트 교각구조의 거동특성을 바르게 나타내고 있음이 입증되었다.

    5) 하중 재하에 따른 구조물의 손상정도를 수치적으로 표현하며 전체 구조물의 성능특성을 나타낼 수 있는 손상지수에 의한 내진성능평가 기법을 확장 · 적용하여 삼각망 철근상세를 갖는 새로운 중공 철근콘크리트 교 각의 성능을 제대로 평가함으로써 향후 이러한 교각구조의 내진성능평 가 및 설계검토 등에 충분히 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

    Figure

    223_F1.jpg

    New hollow reinforced concrete bridge pier systems withtriangular reinforcement details

    223_F2.jpg

    Hollow circular pier specimen S-CHC-80 (Unit: mm)

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    Hollow circular pier specimen S-CHT-80 (Unit: mm)

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    Hollow circular pier specimen S-CHNT-80 (Unit: mm)

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    Construction sequence for hollow circular pier specimens

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    Loading Setup

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    Instrumentation of the test specimen (Unit: mm)

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    Lateral load-displacement relationship for specimen S-CHC-80

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    Lateral load-displacement relationship for specimen S-CHT-80

    223_F10.jpg

    Lateral load-displacement relationship for specimen S-CHNT-80

    223_F11.jpg

    Definition of yield displacement and ultimate displacement[14]

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    Hysteretic energy dissipation

    223_F13.jpg

    Lateral load-strain curves of transverse reinforcement (OT1)

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    Lateral load-strain curves of transverse reinforcement (IT1 or IT2)

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    Lateral load-strain curves of transverse reinforcement (CL1 or CL1-1)

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    RCAHEST nonlinear finite element analysis program

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    Finite element model for hollow circular pier specimens

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    Comparison of results from the experimental results

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    Strain at each Gaussian integration point from analytical results

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    Assessment of performance level for hollow circular pierspecimens

    Table

    Properties of test specimens

    (Note) S-CHNT-80Only outer lateral reinforcement

    Experimental results

    Failure criterion and damage indices

    *Pstransverse confining steel ratio; = yield stress of the confining steel
    esmsteel strain at maximum tensile stress;′ = confined concrete compressive strength
    ftgcfatigue parameter for concrete; = fatigue parameter for reinforcing bars
    ecscompressive strain in analysis step; = tensile strain in analysis step
    ecuultimate strain of concrete; = ultimate strain of reinforcing bars

    Comparative evaluation of progressive damage for specimens

    Reference

    1. Kim TH, Lee SH, Lee JH, Shin HM. New hollow RC bridge piersections with triangular reinforcement details: Ⅰ. Development and verification. Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea. 2015;19(3):109-120.
    2. Kim TH, Kim HY, Son JK. New hollow RC bridge pier sections with triangular reinforcement details: Ⅱ. Parametric study. Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea. 2015;19(3):121-132.
    3. Zahn FA, Park R, Priestely MJN. Flexural strength and ductility of circular hollow reinforced concrete columns without confinement on inside face. ACI Structural Journal. 1990;87(2):156-166.
    4. Chung YS, Han GH, Lee KK, Lee DH. Quasi-static test for seismic performance of circular hollow RC bridge pier. Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea. 1999;3(2):41-53.
    5. Mo YL, Wong DC, Maekawa K. Seismic performance of hollow bridge columns. ACI Structural Journal. 2003;100(3):337-348.
    6. Sun CH, Kim IH. Seismic characteristics of hollow rectangular sectional piers with reduced lateral reinforcements. Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea. 2009;13(3):51-65.
    7. Cheon JH, Kim TH, Lee BJ, Lee JH, Shin HM. Inelastic behavior and ductility capacity of circular hollow reinforced concrete bridge piers under earthquake. Magazine of Concrete Research. 2012;64(10):919-930.
    8. Ministry of Land, Infrastructure and Transport. Korea Highway Bridge Design Code (Limit State Design Method). c2015.
    9. Korea Concrete Institute. Concrete Structural Design Code. 2012.
    10. AASHTO. AASHTO LRFD Bridge Design Specifications. 6th Edition. c2012.
    11. Priestley MJN, Seible F, Calvi GM. Seismic Design and Retrofit of Bridges, John Wiley & Sons, NewYork, c1996.
    12. Park KS, Seo HY, Kim IH, Sun CH. Seismic behaviors of circular RC bridge columns by lap-splices length of longitudinal reinforcements – a n a na lytica l study. Proceedings of EESK Conference. 2012;16:79-82.
    13. Kim IH, Sun CH, Lee SH, Park KS, Seo HY. Seismic behaviors of circular sectional RC bridge columns with various lap-splice lengths – an experimental study. Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea. 2012;16(6):47-56.
    14. Park R. Ductility evaluation from laboratory and analytical testing. Proc. of the Ninth World Conference on Earthquake Engineering,Tokyo-Kyoto, Japan, Vol. Ⅶ, Balkema, Rotterdam. 1988;605-616.
    15. Kim TH, Lee KM, Chung YS, Shin HM. Seismic damage assessment of reinforced concrete bridge columns. Engineering Structures. 2005;27(4):576-592.
    16. Kim TH, Kim YJ, Kang HT, Shin HM. Performance assessment of reinforced concrete bridge columns using a damage index. Canadian Journal of Civil Engineering. 2007;34(7):843-855.
    17. Kim TH, Hong HK, Chung YS, Shin HM. Seismic performance assessment of reinforced concrete bridge columns with lap splices using shaking table tests. Magazine of Concrete Research. 2009;61(9):705-719.
    18. Kim TH, Choi JH, Lee JH, Shin HM. Performance assessment of hollow RC bridge column sections with reinforcement details for material qunatity reduction. Magazine of Concrete Research. 2013;65(21):1277-1292.
    19. Kim TH, Lee JH, Shin HM. Performance assessment of hollow reinforced concrete bridge columns with triangular reinforcement details. Magazine of Concrete Research. 2014;66(16):809-824.
    20. Taylor RL. FEAP - A Finite Element Analysis Program, Version 7.2. Users Manual, Volume 1 and Volume 2. c2000.
    21. Mander JB. Priestley MJN. Park R. Theoretical stress-strain model for confined concrete. Journal of Structural Engineering, ASCE. 1988;114(8):1804-1826.
    22. Applied Technology Council. Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Buildings, ATC-40 Report, Redwood City, Ca lifornia . c1996.
    Journal Abbreviation J. Earthq. Eng. Soc. Korea
    Frequency Bimonthly
    Doi Prefix 10.5000/EESK
    Year of Launching 1997
    Publisher Earthquake Engineering Society of Korea
    Indexed/Tracked/Covered By