(c) RC Column-2 [B section]
(a) RC Column-2 [PGA=0.3g,0.45g]
(b) HPFRC Column-2 [PGA=0.3g,0.45g]
(d) HPFRC Column-2 [B section]
[그림 5-10] 내진성능평가 대상 단자유도 기둥부재 상세-2
Specimens PVA Fiber Volume
fraction Rebar stirrup
RC Column-2 - 8-D13 D10@200
HPFRC Column-2 1.5 8-D13 D10@200 [표 5-13] 내진성능평가 대상 단자유도 기둥부재 상세-2
1. 힘-변위 관계 2. 모멘트-곡률 관계 (a) RC column-2
1. 힘-변위 관계 2. 모멘트-곡률 관계
(b) HPFRC Column-2
[그림 5-11] 대상 단자유도 기둥부재 비선형 Push-over 해석 결과-2
Yield disp.
[mm]
Yield force [kN]
RC column-2 8.3 62.1
HPFRC Column-2 7.2 96.7
[표 5-14] 대상 단자유도 기둥부재 비선형 Push-over 해석 결과-2
가. 설계응답스펙트럼(Design response spectrum)
내진성능평가를 위하여 사용된 설계응답스펙트럼(Design response spectrum)은 미연 방재난관리국(Federal Emergency Management Agency, FEMA) FEMA-356(2000)보고서에 따라 [표 5-8]에 따라 각각의 조건 및 5%의 유효점성감쇠(Effective viscous damping) 를 가진 응답스펙트럼을 작성하였으며, 최대지반가속도 0.3g 와 0.45g에 대하여 고려 하였으며 [그림 5-12]와 같다.
(a) 최대지반가속도
(Peak ground acceleration, PGA) [0.3g]
(b) 최대지반가속도
(Peak ground acceleration, PGA) [0.45g]
[그림 5-12] FEMA-356 설계응답스펙트럼-2
나. 역량스펙트럼법(Capacity Spectrum Method, CSM)
일반 콘크리트 및 고인성 섬유복합체 적용 철근콘크리트 단자유도 기둥부재에 대하 여 비선형 Push-over 해석을 수행한 결과, 대상 기둥부재의 항복강도 및 변위에 대한 값을 추정 할 수 있다.
대상 단자유도 기둥부재의 비선형 Push-over 해석을 통한 하중 및 변위 관계 곡선을 가속도 및 변위 관계의 공급 스펙트럼으로 변환한다. FEMA-356(2000)보고서에 따른 설 계응답스펙트럼에 대하여 최대지반가속도 0.3g 와 0.45g일 때[그림 5-12]에 대한 설계 응답스펙트럼을 작성하며 가속도 및 변위에 관계하는 요구 스펙트럼으로 변환한다.
부재의 내진성능평가를 하였으며, 평가 결과는 [표 5-15]와 같이 정리된다.
RC column-2 HPFRC Column-2
Peak Ground Acceleration, PGA 0.3g 0.45g 0.3g 0.45g
Mass, [ton] 22.90 22.90 22.87 22.87 Yield strength, [kN] 62.1 62.1 96.7 96.7 Yield displacement, [mm] 8.3 8.3 7.2 7.2
Elastic period, ′ [sec] 0.348 0.348 0.259 0.259 Acceleration at yield point, 0.277 0.277 0.431 0.431 Response acceleration, 0.75 1.125 0.75 1.125
in SDOF [mm] 24.6 37.6 15.0 25.1 Base shear [kN] 63.0 63.0 96.5 97.0 Ductility, 2.969 4.529 2.139 3.481 Story drift, 0.021 0.031 0.013 0.021 Tensile strain of bars 0.013 0.019 0.007 0.013
[표 5-15] 역량스펙트럼법-2
동일한 최대지반가속도일 때, 고인성 섬유복합체 적용 철근콘크리트 기둥부재는 일 반 철근콘크리트 기둥부재보다 약 36%정도 낮은 변위를 요구하며 강도역시 약 53% 정 도 높은 강도를 발휘한다.
가속도-변위 스펙트럼(Acceleration Displacement Response Spectrum, ADRS)에서 공 급 스펙트럼(Capacity spectrum)과 요구 연성비에 따른 요구 스펙트럼(Demand
a. 공급 스펙트럼-요구 스펙트럼 관계 [PGA=0.3g]
b. 공급 스펙트럼-요구 스펙트럼 관계 [PGA=0.45g]
(a) RC column-2
a. 공급 스펙트럼-요구 스펙트럼 관계 [PGA=0.3g]
b. 공급 스펙트럼-요구 스펙트럼 관계 [PGA=0.45g]
(b) HPFRC column-2 [그림 5-13] 역량스펙트럼법-2
다. 직접변위기반설계법(Direct Displacement Based Method, DDBD)
Newmark and Hall(1982)에 의해 제안된 설계스펙트럼[그림 5-14]과 FEMA-356(2000) 보고서에 따른 설계응답스펙트럼을 고려하였으며 최대지반가속도 0.3g 와 0.45g일 때, 대상 단자유도 기둥부재에 대한 내진성능평가를 하였다. 직접변위기반설계법을 이용한 내진성능평가 결과는 [표 5-16(a)] 및 [표 5-16(b)]와 같이 정리된다.
(a) 최대지반가속도 [PGA=0.3g] (b) 최대지반가속도 [PGA=0.45g]
[그림 5-14] Newmark and Hall 설계스펙트럼-2
RC column-2 HPFRC Column-2
Peak Ground Acceleration, PGA 0.3g 0.45g 0.3g 0.45g
Natural period, [sec] 0.348 0.348 0.259 0.259 Yield strength, [kN] 62.1 62.1 96.7 96.7 Elastic stiffness, [kN/mm] 7.48 7.48 13.43 13.43
Min. Yield strength, [kN] 182.4 274.0 182.1 273.7 Reduction factor, 2.938 4.407 1.884 2.826
in SDOF [mm] 40.0 69.9 16.4 32.4 Base shear [kN] 63.0 63.0 96.8 97.0 Ductility, 4.816 8.421 2.275 4.493 Story drift, 0.033 0.058 0.014 0.027
[표 5-16(a)] 직접변위기반설계법(N-H Design spectrum)-2
RC column-2 HPFRC Column-2
Peak Ground Acceleration, PGA 0.3g 0.45g 0.3g 0.45g
Natural period, [sec] 0.348 0.348 0.259 0.259 Yield strength, [kN] 62.1 62.1 96.7 96.7 Elastic stiffness, [kN/mm] 7.48 7.48 13.43 13.43
Min. Yield strength, [kN] 168.463 252.695 168.225 252.338 Reduction factor, 2.714 4.070 1.740 2.610
in SDOF [mm] 25.9 38.9 14.5 28.1 Base shear [kN] 63.0 63.0 96.5 97.0 Ductility, 3.122 4.683 2.013 3.907 Story drift, 0.021 0.032 0.012 0.023 Tensile strain of bars 0.015 0.021 0.007 0.014
[표 5-16(b)] 직접변위기반설계법(FEMA-356)-2
Newmark and Hall(1982)에 의해 제안된 설계스펙트럼을 고려하였을 경우, FEMA-356(2000)보고서에 따른 설계응답스펙트럼에 비해 높은 요구변위 값이 산정된다.
두 가지 응답설계스펙트럼에 대하여 동일한 최대지반가속도일 때, 고인성 섬유복합체 적용 철근콘크리트 기둥부재는 일반 철근콘크리트 기둥부재보다 약 36%정도 낮은 변위 를 요구하며 강도역시 약 54% 정도 높은 강도를 발휘한다. 이는 고인성 섬유복합체를 적용한 철근콘크리트 기둥부재가 동일한 지진에서 더 낮은 손상을 받는 것으로 보여 진다.
라. 변위계수법(Displacement Coefficient Method, DCM)
일반 콘크리트 및 고인성 섬유복합체를 적용한 철근콘크리트 단자유도 기둥부재에 대하여 변위계수법을 이용한 내진성능평가를 하였다.
FEMA-356(2000)보고서에 따라 각각의 지반조건에 따른 설계응답스펙트럼[그림 5-12]
을 작성하였으며 최대지반가속도 0.3g 와 0.45g 일 때, 변위계수법에 의한 단자유도 기둥부재의 비탄성 응답 목표변위를 산정하였다. 변위계수법을 이용한 내진성능 평가 결과는 다음 [표 5-17]에서와 같다.
RC column-2 HPFRC Column-2
Peak Ground Acceleration, PGA 0.3g 0.45g 0.3g 0.45g Effective fundamental period,
[sec] 0.348 0.348 0.259 0.259 Yield strength, [kN] 62.1 62.1 96.7 96.7 Effective lateral stiffness,
[kN/mm] 7.48 7.48 13.43 13.43 Response acceleration, 0.75g 1.125g 0.75g 1.125g
Strength ratio, 2.714 4.07 1.74 2.61
in SDOF [mm] 22.5 33.8 12.5 18.8 Base Shear [kN] 62.7 63.0 93.7 97.3
[표 5-17] 변위계수법-2
변위계수법을 이용한 내진성능평가를 통해, 고인성 섬유복합체 적용 철근콘크리트 기둥부재는 일반 철근콘크리트 기둥부재보다 약 42%정도 낮은 변위를 요구하며 강도역 시 약 46% 정도 높은 강도를 발휘한다. 변위계수법은 역량스펙트럼법과 직접변위기반
마. 단자유도 시스템의 내진성능평가 예제의 결과-2
일반 콘크리트 및 고인성 섬유복합체를 적용한 철근콘크리트 단자유도 기둥부재의 내진성능평가를 위하여 구조물의 비선형 거동을 예측하기 위해 본 논문에서 제시한 비 선형 Push-over 해석을 수행하였다. 내진성능평가를 위해 역량스펙트럼법, 직접변위기 반설계법 및 변위계수법을 이용한 단자유도 시스템의 내진성능평가 예제-2 에 대한 결 과는 다음 [표 5-18]와 같이 정리한다.
RC column-2 HPFRC Column-2
Peak Ground Acceleration, PGA 0.3g 0.45g 0.3g 0.45g
Nonlinear Push-over
Analysis
Yield disp.
[mm] 8.3 7.2 8.3 7.2
Yield strength
[kN] 62.1 96.7 62.1 96.7 Capacity
Spectrum Method
in SDOF
[mm] 24.6 37.6 15.0 25.1 Base Shear
[kN] 63.0 63.0 96.5 97.0 Direct
Displacement Based Design
in SDOF
[mm] 25.9 38.9 14.5 28.1 Base Shear
[kN] 63.0 63.0 96.5 97.0 Displacement
Coefficient Method
in SDOF
[mm] 22.5 33.8 12.5 18.8 Base Shear
[kN] 62.7 63.0 93.7 97.3 [표 5-18] 내진성능평가 결과-2