철근배근유형에 따른 폐타이어칩을 혼입한 RC 기둥-보 접합부 구조거동의 측정에 관한 실험적 연구 :Structural Behavior of RC Beam-Column Joints mixed with Recycled Tire Chips

최재남

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자료유형: 학위논문

저자정보: 최재남 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 손기상

발행연도: 2014

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2014

폐타이어 칩을 혼입한 RC 기둥-보 접합부의 진동흡수에 관한 실험적 연구

최재남 대한설비공학회 학술발표대회논문집 2014.06 학술대회자료

철근배근유형에 따른 폐타이어칩을 혼입한 RC 기둥-보 접합부 구조거동의 측정에 관한 실험적 연구

최재남 2014.01 학위논문

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건축구조물의 구조형식중 제일 많이 사용하고 있는 철근콘크리트 구조물에서는 지진 발생 시 주기적인 수평하중에 의해서 다른 구조형식에 비해 수평부재와 수직부재가 만나는 접합부에서는 부재의 단면과 강성의 불연속으로 응력이 집중되고 휨모멘트와 전단력이 커져서 접합부나 인접한 부재에 심각한 손상을 주게 된다. 이 접합부에서 지진 등 주기적인 반복하중에 의하여 소성힌지가 발생하면 접합부내력이 감소하고 부착력까지 감소되어 접합부면에 콘크리트의 균열발생을 유발하고 결국 접합부 거동에서 처짐이 증대되어 연성이 감소되는 메커니즘을 갖고 있다. 그래서 연성(ductility)이 부족한 철근콘크리트구조물의 거동을 연구하기 위하여 부분구조물인 기둥·보 부분(subassembleged)을 이용한 연구가 많이 진행되어 왔고, 이중에서도 기둥·보 교차부분인 접합부(connection region)의 거동을 구조적 실험을 통하여 측정하고 분석하여 접합부의 안전성을 확보하는데에 주력해왔다.
본 연구의 주안점은 건물의 주요구조부인 기둥·보 접합부중 외측 기둥보 접합부의 거동에 관한 골조 실험을 통하여 보통의 철근콘크리트 구조물과 적정 폐타이어 칩을 혼입한 콘크리트 구조물의 접합부 거동비교를 통하여 연성(ductility)의 개선력 정도를 측정하고, 실험결과의 신뢰도를 보완하는 방법으로 분석과 결론을 만들어 내고자 하였다. 축력 및 횡하중을 가력하기 위한 충분한 강성을 갖는 반력프레임을 이용하여 기본 세팅을 계획하였다.
축력은 기둥의 설계축하중의 10%정도인 약 180kN이 중심축하중으로 작용할 수 있도록 실험체 옆에 2000kN 용량의 오일 잭을 배치하였으며, 횡하중은 인장하중 500kN, 압축하중 500kN 용량의 엑츄에이터를 설치하였다. 기둥에 정착된 보의 주철근이 접합부내에서 마주보는 형태로 배근되고 보통콘크리트를 사용한 실험체(NCJ-1) 에서는 접합면에서 초기균열이 발생하였고 폐타이어 칩을 혼합한 콘크리트를 사용한 실험체(TCJ-1)에서는 접합면에서 보측으로 이동하여 초기균열이 발생하는 것으로 보아 에너지 흡수 능력이 개선됨을 보이고 있고, 보의 주철근이 접합부 밖에까지 길게 배근된 Type-2의 보통콘크리트를 사용한 실험체(NCJ-2)에서는 77kN에서 최대하중을 보였고 변위는 45mm정도 보인 반면 폐타이어칩을 혼입한 콘크리트를 사용한 실험체(TCJ-2)에서는 70kN에서 최대하중을 보여 9%정도의 하중감소를 보이나, 변위는 65mm까지 나타나 70%정도의 변위 량의 증가를 보였다. 이 결과는 하중보다는 변위량이 많이 요구되는 구조물에 효과적임이 판단되며, 보의 주철근이 X자 형으로 배근된 Type-3에서 보통콘크리트를 사용한 실험체(NCJ-3)와 폐타이어 칩을 혼합한 콘크리트를 사용한 실험체(TCJ-3)가 거의 동일하게 최대하중(63kN, 61kN)을 보이고 변위 또한 동일하게 125mm로 나타나 다른 배근형태보다 최대하중은 10%정도 낮게 나타나나 변위는 2배 이상 늘어나 보 주철근의 배근형태로서는 Type-3의 배근형태가 에너지 흡수력이 필요한 구조물에 효과적이다. 또한 구조물 설계에서 강기둥 약보 거동으로 설계되어야하는 조건에 대해서 기둥과 보의 단면크기가 같은 경우일지라도 보의 주철근의 접합부 정착방법에 따라 기둥과 보가 등 내력을 같지 않을 수 있는 것으로 판단된다.

Bending moment and shear load on the connection rejoin of beam and column have been concentrated for bigger damage of RC structure, due to periodical lateral loads when the seismic load occurs. Therefore the capacity of this connection could be decreased due to plastic hinge, occurring from the cyclic Therefore loads such as seismic load, with decrease of bonding capacity, leading to decreasing ductility as a mechanism. many studies have been made using a sub assembleged beam and column, RC member with insufficient ductility, comparing with other structure such as steel structure. Behavior of the beam and column join can be applied to a better design showing better reinforcement or mixing materials.

A main aspect of this study is to measure improvement level of ductility through a structural test of a connection of exterior column and beam a normal concrete with waste-tire mixed concrete frame. Basic setting up of the test has been considered that forcing frame with sufficient stiff, resistant capacity to load lateral and longitudinal force. longitudiad force, 18 tone as of ten(10) percent of a normal column design load using 200tone oil jack has been as signed And lateral force, 50 tone both as of tension and compression has been assigned using actuator. NCJ-1 and TCJ-1, it is shown that 62mm of maximum displacement 70kN of maximum load in normal concrete while in normal concrete while 70kN in waste tire-mixed concrete. Initial crack showed at apoint, first, 30mm apiart from the connection surface adjacent to the beam, and fractured eventually. A hinge in the beam occurred as a strong column weak beam frame does, even though sectional area of a beam and column is same. This one means that energy absorption capacity has been improved. But, the maximum load, as in the previous assumption, of waste tire-mixed case while being 25% difference between two cases. With overall respect, the above differences of maximum load and displacement can be considered as this case have a capacity to absorb energy without almost no difference of maximum resistant capacity.

Some cracks have been occurred on the face of connection rejoin incase of NCJ-2 and TCJ-2 which main rebar of a beam has been anchored over connection rejoin. It is a difference behavior and fracture shape from the strong column-weak beam case. Maximum load 77kN, maximum displacement 65mm made in this case means that energy absorption ability could be improved up to 44percent more than a same but normal concrete one with only 2.5percent strength decrease. In NCJ-3 and TCJ-3, which re bar are anchored into the connection rejoin, longer 30cm than the connection rejoin. Initial crack has been occurred boundary on the upper face of connection rejoin and fractured on the line of face with comparatively instufficient capacity which are 65kN of maximum load displacement. But compaing with other anchoring condition, maximum load has been decreased down to 7.6percent, while maximum displacement increasing up to 51 percent. It means that some structures which needs energy absoption such as seismic load can be designed using this capacity history.

In other words, in TCJ-3, It is shown that 63kN of maximum load 123mm of maximum displacement are made, meaning that more energy absorption can be made. maximum load has been decreased down to only 3percent but maximum displacement has been increased up to 3.3percent.

#waste tire #resistant capacity

요약 ⅰ
표목차 ⅲ
그림목차 iv
사진목차 vi
기호설명 vii
I. 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 국내·외 연구고찰 2
1.3 연구 범위 및 방법 6
II. 접합부의 구조적 거동 및 연성 8
2.1 철근콘크리트 기둥·보 접합부의 구조적 거동 8
2.2 철근콘크리트 기둥·보 접합부 연성 9
2.3 ACI 318-02 접합부 설계 기준 12
2.4 폐타이어 혼입콘크리트의 역학적 특징 15
III. 실험 및 실험 방법 16
3.1 구성 및 실험 16
3.1.1 실험장치 계략도 16
3.1.2 실험변수 16
3.1.3 배근도 18
3.1.4 재료 21
3.1.5.콘크리트 배합 23
3.1.6 실험체의 재료특성 실험 24
3.2 실험체의 제작 28
3.3 실험 실시 30
3.3.1 측정기기의 설치 30
3.3.2 실험실시 34
IV. 실험결과 및 고찰 36
4.1 실험체의 파괴양상 36
4.2 하중-변위 관계 42
4.3 하중 변형 46
4.4 변위연성계수 및 에너지소산에 대한 고찰 61
V. 결 론 63
참고문헌 65
영문초록(Abstract) 69
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