포스트텐션을 도입한 PC 보-기둥 접합부의 구조성능 :Structural performance of post-tensioned precast concrete beam-column connections

김재현

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김재현 (서울시립대학교, 서울시립대학교 대학원)

지도교수: 김강수

발행연도: 2019

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포스트텐션-프리캐스트 압착구조 시스템은 현장타설 철근콘크리트(Reinforced Concrete, RC) 시스템의 초기 균열과 이로 인한 철근 부식 등의 문제점, 품질은 우수하나 접합부의 일체성 저하 및 내진성능 문제로 인해 그 사용이 제한적인 프리캐스트 콘크리트(Precast Concrete, PC) 시스템의 문제점을 해결하고자 기존의 PC 시스템에 부재 조립 시 포스트텐션을 도입한 시스템이다. 이 연구에서는 포스트텐션-프리캐스트 압착구조 시스템의 실대형 크기 보-기둥 접합부 반복가력실험을 수행하고 이에 대해 분석 및 고찰하자 하였다. 총 7개의 실험체를 제작하였으며, 변수는 슬래브 유무, multi/mono tendon 적용, 포스트텐션 도입길이, 그라우팅 유무, 2400 MPa급 고강도 강연선 적용 유무로 나누었다. 실험 결과, 슬래브가 없는 실험체의 경우에는 강기둥-약보의 이상적인 설계 전략을 만족시키며 보에서 최종적으로 압괴가 발생하였으나, 슬래브가 있는 실험체의 경우에는 유사한 시기에 페널존에서 심각한 손상이 발생하였다. 슬래브 유무를 제외한 나머지 변수에 대한 실험체에서는 기준 및 설계 강도를 만족함과 동시에 비교적 유사한 거동을 나타내었다. 따라서 이 시스템을 현장에 적용할 시에 상황에 따라 각 변수에 대한 선별적인 사용이 가능할 것으로 판단된다. 또한, ACI 374.1-05 report에서 제시하고 있는 허용기준(acceptance criteria)을 토대로 각 실험체별 성능 검증을 실시하였으며, specimen 3의 일부 항목을 제외한 모든 실험체에서 해당 규정을 만족하였다. 비선형 동적 해석 프로그램인 OpenSees (OPEN System for Earthquake Engineering Simulation)를 이용하여 간단한 모델링 기법으로 포스트텐션-프리캐스트 압착구조 시스템을 구현하고자 하였다. 그 결과, 해석 결과가 실험 결과의 전체 이력거동을 전반적으로 유사하게 모사하는 것으로 나타났다. 다만 잔류변형과 에너지소산 값에는 실험 결과와 다소 차이가 있었는데, 추후 연구에서 보-기둥 계면 부분의 상세 유한요소해석을 통한 해석 결과의 검증이 추가적으로 필요할 것으로 판단된다.

The Post Tensioned Precast Concrete Beam-Column system that applied post-tensioning method into precast beam-column system is introduced to solve problems such as reinforcements’corrosion due to initial cracks in the Reinforced Concrete (RC) system and high quality but poor joint integrity and seismic performance issues in the Precast Concrete (PC) which its application is very limited. In this study, reversed cyclic tests have been conducted on the full scale of 7 beam-column joint specimens which fabricated with variables such as the presence of slab, application of multi/mono trendon, length of introduction of post-tension, presence of grouting, and application of 2400 Grade strands. As a result of the experiment, the ideal design strategy of strong column and weak beam was satisfied in the case of specimens without slab, and the final crushing of the beam occurred, but in the case of specimens with slab, severe damage occurred in the panel zone. Experiments for the remaining variables, except for the presence of slabs, showed relatively similar hysteric behavior while satisfying the criteria and design strength, and therefore, when this system is applied to the site, it is considered that selective use of each variable will be possible depending on the circumstances. In addition, seismic performance evaluation by each specimen was conducted based on the acceptance criteria presented in the ACI 374.1-05 report and it was found that all specimens, except for a specimen3, were satisfied. Using OpenSees(OPEN System for Engineering Simulation), a nonlinear dynamic analysis program, the Post Tensioned Precast Concrete Beam-Column system was implemented using a simple modeling. In results, the overall hysteric behavior of the results was simulated similarly compared to the experimental results. However, the values of residual deformation and energy-dissipation were somewhat different from the experimental results, which is believed to require further verification of the analysis results through detailed finite element analysis of the beam-column interface section in a later study.

목 차
제1장 서론 1
제1절 연구의 배경 및 목적 2
제2절 기존 연구 및 기준 4
제2장 보-기둥 접합부 반복가력 실험 및 결과 8
제1절 실험체 계획 및 제작 9
제2절 실험결과 27
제3절 변수별 실험결과 분석 44
제4절 실험체별 성능 검증 53
제3장 보-기둥 접합부 유한요소해석 60
제1절 유한요소해석 모델링 61
제2절 유한요소해석 결과 비교 65
제4장 결론 71
참고문헌 74
부 록 78
영문초록 108
감사의 글 111
표 목 차
표 2.1. 변수별 실험체 상세 11
표 2.2. 콘크리트 공시체 압축강도() 시험결과 22
표 2.3. 철근 항복강도() 및 탄성계수() 시험결과 22
표 2.4. 강연선 극한강도() 및 탄성계수() 시험결과 23
표 2.5. 초기 프리스트레스() 크기 23
표 2.6. 각 실험체별 최대하중 및 설계강도 비교 40
표 2.7. 극한 상황에서의 긴장재 응력 상태 43
표 2.8. 종국 시점(층간변위비: 4.5%)에서의 주요균열 크기 46
표 2.9. 층간변위비: 3.5%에서의 잔류변형 크기 50
표 2.10. ACI 374.1-05 report 9.1.1에 의한 실험결과 평가 55
표 2.11. ACI 374.1-05 report 9.1.2에 의한 실험결과 평가 56
표 2.12. ACI 374.1-05 report 9.1.3에 의한 실험결과 평가 58
표 3.1. OpenSees 해석결과 하중 비교 69
표 3.2. OpenSees 해석결과 잔류변형 비교 70
그 림 목 차
그림 1.1. 국내 지진피해 3
그림 1.2. PC MILD-PRESS-JOINT 골조 실험 5
그림 1.3. 비부착 강연선이 일부 적용된 접합부의 이상적인 하중 변위 곡선 6
그림 1.4. 보-기둥 접합부 모델링 7
그림 2.1. 포스트텐션 프리캐스트 압착구조 시스템의 개념도 9
그림 2.2. 프로토타입 골조 12
그림 2.3. 실험체의 기둥 상세 (단위: mm) 13
그림 2.4. 실험체의 보 상세 (단위: mm) 20
그림 2.5. 실험체 제작 과정 21
그림 2.6. Test setup (단위: mm) 25
그림 2.7. 실험체 계측 계획 (LVDT) (단위: mm) 26
그림 2.8. Test setup 26
그림 2.9. Specimen1 33
그림 2.10. Specimen2 34
그림 2.11. Specimen3 35
그림 2.12. Specimen4 36
그림 2.13. Specimen5 37
그림 2.14. Specimen6 38
그림 2.15. Specimen7 39
그림 2.16. 하중 step별 주요균열 크기 42
그림 2.17. 슬래브 유무에 따른 하중-층간변위비 비교 45
그림 2.18. 층간 변위비 4.5%에서의 균열 도면 46
그림 2.19. 부착 유무에 따른 하중-층간변위비 비교 47
그림 2.20. 실험체에 발생한 콘크리트 박리 49
그림 2.21. 포스트텐션 도입길이에 따른 하중-층간변위비 비교 51
그림 2.22. 고강도 강연선 적용에 따른 하중-층간변위비 비교 51
그림 2.23. multi/mono 강연선 적용에 따른 하중-층간변위비 비교 52
그림 2.24. 허용 기준을 만족하는 하중-층간변위비 이력 곡선 53
그림 2.25. ACI 374 Report의 층간변위비 54
그림 2.26. ACI 374 Report의 에너지소산 면적비 57
그림 3.1. OpenSees 해석을 위한 프롬프트(Prompt) 62
그림 3.2. 보-기둥 접합부 OpenSees 모델링 63
그림 3.3. OpenSees 모델링 재료 모델 64
그림 3.4. OpenSees 해석결과 비교 및 검증 68

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