RC골조의 형상변화에 따른 수직지반운동의 영향 평가 :

김시윤

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김시윤 (계명대학교, 啓明大學校)

지도교수: 金承稷

발행연도: 2016

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

RC골조의 형상변화에 따른 수직지반운동의 영향 평가

김시윤 2016.01 학위논문

3층 RC골조의 경간비에 따른 수직지반운동의 영향평가

김시윤 , 김승직 한국방재학회논문집 2016.01 학술저널

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과거 중·대형 지진 피해사례에서 수직지반운동의 영향으로 인한 철근콘크리트 구조물의 피해가 보고되고 있으며, 수평지진하중만을 고려하였던 연구경향에서 벗어나 최근에 미국과 유럽 등의 선진국에서는 지진하중의 수직성분의 구조물의 영향을 고려한 연구가 진행되고 있으며 설계기준에 이를 반영하고 있다. 하지만 국내 설계기준에서는 수직지반운동을 고려하고 있지 않으며 관련 연구도 상당히 제한적이다. 이에 본 연구에서 다양한 RC골조 형상에 따른 변수와 수직·수평 최대지반가속도 비율(V/H Ratio)에 따른 수직지반운동의 영향을 분석하였다.
본 연구에서는 기학학적 형상에 대한 변수로서 경간길이, 경간비 및 층고비를 고려하여 다양한 3층-3경간 RC 골조를 설계하였다. 설계된 총 13개 RC골조의 고유치해석 및 구조물의 한계상태를 설정하기 위해 비선형 푸쉬오버 해석을 수행하고 분석하였다. 수직지반운동의 영향을 평가하기 위하여 각 구조물의 고유주기와 건축구조기준에서 제시한 스펙트럼을 고려하여 9개의 지진파를 선정하였다. 선정된 지진파의 수직·수평 최대지반가속도 비율을 0.5~2.0까지 설정하여 비선형 시간이력 해석을 수행하였다. 해석결과는 수평지진만을 고려하였을 경우와 비교하여 수평 및 수직지반운동을 동시에 고려하였을 때 RC골조에 대한 수직지반운동의 영향을 시스템 및 부재 수준에서 분석하였다. 구조물의 시스템수준 응답에 대한 측정지표로는 층간변위비를 검토하여 평가하였고, 부재손상수준에 대한 측정지표로는 1층 기둥들의 축력의 변화, 전단요구강도 및 전단내력을 평가하였다.
해석결과 층간변위비에 대한 수직지반운동의 영향은 기하학적인 형상보다는 수직·수평 최대지반가속도 비율이 증가함에 따라 영향을 받았으나 상대적으로 미비하였다. 기둥 축력의 변화에 대한 영향의 경우, 경간길이가 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였고, 특히 V/H 비율이 증가함에 따라 최대 242.6% 증가하여 수직지반운동을 고려할 경우 기둥의 축력이 상당히 증가할 수 있음을 보였다. 수직지반운동으로 증가된 기둥 축력으로 인하여 기둥의 전단내력이 수직·수평 최대지반가속도 비율이 증가함에 따라 최대 25.8%까지 감소함을 보였다.
위 결과를 고려할 때, 수평지진만을 고려할 때 보다 수평 및 수직지반운동을 동시에 고려할 경우 RC골조 내진성능의 취약성이 증가될 수 있어 구조물의 안전성을 확보하기 힘들 수 있다. 따라서 수평수직지반운동의 최대지반가속도비율이 클 가능성이 있는 단층인접지역에서는 RC골조에 대한 보다 안전한 내진설계 및 신뢰성이 확보된 내진평가를 위하여 수직지반운동을 고려해야한다고 판단된다.

Recent investigations have reported that moderate-to-large earthquakes have caused significant damage to Reinforced Concrete (RC) structures. Thus, in advanced countries like the U.S. and European countries, the effect of vertical ground motion on RC structures have been actively studied and considered in the seismic codes. However, Korean Building Code 2009 (KBC2009) neglects the effect of vertical ground motion and related research has been limited. Therefore, this study investigates the effect of vertical ground motion on RC frames with various geometric building configurations by considering various vertical and horizontal peak ground acceleration (V/H) ratios.
This study designed 3-story frames with various building configurations including span length, span ratio and column height ratio as a geometric parameter. For the 13 designed RC frames, eigenvalue analyses were conducted to find the fundamental period of each structure and nonlinear pushover analyses were also performed to determine the limit states of structures. In order to investigate the effect of vertical ground motion through nonlinear time history analysis, strong ground motions from 9 stations were selected accounting for the fundamental period of each structure and the MCE response spectrum provided by KBC2009. The effects of various vertical and horizontal peak ground acceleration ratios (0.5 to 2.0 in increments of 0.1) of the selected records were studied by conducting the nonlinear time history analysis and the results were compared with the case of horizontal-only excitation. The structural response was investigated at both the global and the local levels. Interstory drift was considered as a global failure criterion, while the axial force variation, shear demand and shear capacity of RC columns at the first story were monitored to assess failure on a local level.
The extensive analysis results indicate that the interstory drift ratio was mainly affected by V/H ratios rather than geometric building configurations. However, the effect was relatively minimal. However, vertical ground motion significantly increased the axial force level and variation on RC columns by up to 242.6% as the span ratio and V/H ratio increase. The significant variation of axial force results in reduction in shear capacity of the columns by up to 25.8% as V/H ratio increases.
From the observations discussed above, it is concluded that RC frames subjected to combined horizontal and vertical components of earthquakes are more vulnerable than those subjected to horizontal ground motion only and thus neglecting vertical ground motion in the design could jeopardize overall structural safety. Therefore, in the vicinity of active faults, where V/H ratio is likely high, the vertical ground motion needs to be taken into account for the safe seismic design and reliable assessment of RC frames.

제 1 장 서 론
1.1 연구의 배경 및 목적
1.2 국내·외 연구동향
1.2.1 국내 관련연구
1.2.2 국외 관련연구
1.3 논문의 구성
제 2 장 수직지반운동
2.1 수직지반운동의 특성
2.2 수직·수평지반운동의 최대지반가속도 비율(V/H)
2.3 수직지반운동에 대한 구조물의 영향
2.4 내진설계기준
2.4.1 Eurocode8
2.4.2 National Earthquake Hazard Reduction Program
제 3 장 구조물의 내진성능 한계상태 및 부재의 전단강도
3.1 내진성능 한계상태
3.2 부재의 전단강도
3.2.1 ACI318-11
3.2.2 Priestley et al.(1994)
3.2.3 Sezen and Moehle(2004)
3.2.4 Pan and Li(2013)
3.2.5 전단강도 분석
제 4 장 매개변수에 따른 RC 구조물의 설계 및 한계상태
4.1 개요
4.2 대상골조 설계
4.3 푸쉬오버 해석을 통한 한계상태 설정
제 5 장 RC 구조물의 비선형해석 결과
5.1 개요
5.2 지진파 선정
5.3 비선형 시간이력해석 결과
5.3.1 시스템 응답지표
5.3.2 부재 응답지표
제 6 장 결론
참고문헌
부록
영 문 초 록
국 문 초 록

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