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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박지훈
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 인천대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수13
이 논문의 연구 히스토리 (3)
2020
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이 연구에서는 전단벽식 구조물에 대하여 비선형동적해석을 통해 보통전단벽으로 내진설계를 수행하였으며 비선형동적해석 시 해당 구조시스템에서 발생하는 결정론적 전단력 증폭효과에 대한 연구를 진행하였다. 비선형동적해석 시 탄성해석보다 요구전단력이 증폭되고 이로 인해 발생되는 반복적인 비선형해석 수행을 최소화하기 위해 기존 상용프로그램을 통한 탄성해석 결과를 이용하여 기본설계 단계에서 비탄성 동적응답을 효과적으로 예측하고자 하였다.
비선형동적해석의 응답은 사용하는 지반운동의 불확실성에 따라 결과가 상이해질 수 있다. 이러한 지반운동의 불확실성을 보완하기 위하여 전단설계 시 요구전단력 평균응답에 증폭계수를 반영하여 설계하도록 하고 있다. 따라서 이 연구에서는 기존 지침들에서 사용하고 있는 전단력증폭계수를 적용하여 설계된 보통전단벽에 대해 지진취약도 분석에 의한 내진성능을 분석하였고 이에 따라 지반운동의 불확실적인 응답에 대한 추계학적 증폭계수를 검증하였다.
연구에서 사용된 전단벽 해석모델은 비선형동적해석에 의해 내진설계 되었으며 대한건축학회에서 발행된 “공동주택 성능기반 내진설계 지침”에 따라 층간변위, 회전각, 압축단부변형률에 대하여 성능을 평가하였고 평가기준을 모두 만족하도록 설계를 수행하였다.
비선형동적해석 시 발생하는 결정론적 전단력 증폭효과를 예측하기 위한 전단력분포는 유효강성이 적용된 탄성해석모델에 응답스펙트럼해석을 수행하여 산정하였으며 1차모드 응답에 고차모드 응답을 직접합하는 제안 모드조합을 사용하였다. 유효강성은 비선형동적해석에서의 벽체 휨모멘트-곡률관계에 따라 산정하였다. 산정된 전단력분포를 비선형동적해석의 전단력분포와 비교한 결과 일부 상층부에서 상대적으로 큰 오차가 존재하였지만 전반적인 전단력 분포와 밑면전단력을 유사하게 예측할 수 있는 것으로 나타났다.
지반운동의 불확실성에 따른 비선형동적해석의 응답을 보완하기 위한 추계학적 증폭계수의 적정성을 검토하기 위해 증폭계수에 따라 설계된 해석모델에 대하여 지진취약도 분석을 수행하였으며 FEMA P695에 따른 성능만족 여부를 확인하여 증폭계수의 적정성을 확인하였다. 1.0배, 1.2배, 1.5배의 증폭계수가 적용된 연결보가 없는 벽체모델 모두 FEMA 695에 따른 성능을 만족하는 것으로 나타났다. 대부분의 벽체에서 전단보다는 층간변위, 회전각, 압축단부 변형률에 의한 파괴가 지배적인 것으로 나타났고 전단파괴가 지배적인 벽체는 구조물에서 강성의 비중이 가장 큰 부재인 것으로 나타났다. 따라서 수평부재의 역할이 크지 않고 상대적으로 강성이 작은 벽체들의 경우에는 추계학적 전단증폭계수에 대한 영향이 크게 작용하지 않을 것으로 판단된다. 병렬전단벽이 포함된 벽체모델에서는 전단에 대한 파괴모드가 지배적인 것으로 나타났으며 1.0배의 추계학적 증폭계수를 적용하여 내진설계된 모델에서 붕괴확률 허용치를 만족하지 못하는 경우가 발생하였고 1.2배 및 1.5배의 추계학적 증폭계수를 적용한 경우 성능을 만족하는 것으로 나타났다. 이에 따라 보통전단벽을 설계 시 국내지침에서 사용하고 있는 전단력증폭계수 1.2배의 사용이 적절할 것으로 판단된다. 또한 다수의 벽체에서 전단파괴가 주 파괴모드인 것으로 볼 때 연결보 등의 수평부재는 전단력 증폭에 큰 영향을 미치는 것으로 볼 수 있으므로 설계 시 해당 부재들을 반드시 고려하여야 할 것으로 판단된다.
비선형동적해석의 응답은 사용하는 지반운동의 불확실성에 따라 결과가 상이해질 수 있다. 이러한 지반운동의 불확실성을 보완하기 위하여 전단설계 시 요구전단력 평균응답에 증폭계수를 반영하여 설계하도록 하고 있다. 따라서 이 연구에서는 기존 지침들에서 사용하고 있는 전단력증폭계수를 적용하여 설계된 보통전단벽에 대해 지진취약도 분석에 의한 내진성능을 분석하였고 이에 따라 지반운동의 불확실적인 응답에 대한 추계학적 증폭계수를 검증하였다.
연구에서 사용된 전단벽 해석모델은 비선형동적해석에 의해 내진설계 되었으며 대한건축학회에서 발행된 “공동주택 성능기반 내진설계 지침”에 따라 층간변위, 회전각, 압축단부변형률에 대하여 성능을 평가하였고 평가기준을 모두 만족하도록 설계를 수행하였다.
비선형동적해석 시 발생하는 결정론적 전단력 증폭효과를 예측하기 위한 전단력분포는 유효강성이 적용된 탄성해석모델에 응답스펙트럼해석을 수행하여 산정하였으며 1차모드 응답에 고차모드 응답을 직접합하는 제안 모드조합을 사용하였다. 유효강성은 비선형동적해석에서의 벽체 휨모멘트-곡률관계에 따라 산정하였다. 산정된 전단력분포를 비선형동적해석의 전단력분포와 비교한 결과 일부 상층부에서 상대적으로 큰 오차가 존재하였지만 전반적인 전단력 분포와 밑면전단력을 유사하게 예측할 수 있는 것으로 나타났다.
지반운동의 불확실성에 따른 비선형동적해석의 응답을 보완하기 위한 추계학적 증폭계수의 적정성을 검토하기 위해 증폭계수에 따라 설계된 해석모델에 대하여 지진취약도 분석을 수행하였으며 FEMA P695에 따른 성능만족 여부를 확인하여 증폭계수의 적정성을 확인하였다. 1.0배, 1.2배, 1.5배의 증폭계수가 적용된 연결보가 없는 벽체모델 모두 FEMA 695에 따른 성능을 만족하는 것으로 나타났다. 대부분의 벽체에서 전단보다는 층간변위, 회전각, 압축단부 변형률에 의한 파괴가 지배적인 것으로 나타났고 전단파괴가 지배적인 벽체는 구조물에서 강성의 비중이 가장 큰 부재인 것으로 나타났다. 따라서 수평부재의 역할이 크지 않고 상대적으로 강성이 작은 벽체들의 경우에는 추계학적 전단증폭계수에 대한 영향이 크게 작용하지 않을 것으로 판단된다. 병렬전단벽이 포함된 벽체모델에서는 전단에 대한 파괴모드가 지배적인 것으로 나타났으며 1.0배의 추계학적 증폭계수를 적용하여 내진설계된 모델에서 붕괴확률 허용치를 만족하지 못하는 경우가 발생하였고 1.2배 및 1.5배의 추계학적 증폭계수를 적용한 경우 성능을 만족하는 것으로 나타났다. 이에 따라 보통전단벽을 설계 시 국내지침에서 사용하고 있는 전단력증폭계수 1.2배의 사용이 적절할 것으로 판단된다. 또한 다수의 벽체에서 전단파괴가 주 파괴모드인 것으로 볼 때 연결보 등의 수평부재는 전단력 증폭에 큰 영향을 미치는 것으로 볼 수 있으므로 설계 시 해당 부재들을 반드시 고려하여야 할 것으로 판단된다.
목차
제 1 장 서 론 11.1 연구의 배경 및 목적 11.2 연구의 방법 및 범위 5제 2 장 기존 연구 고찰 82.1 결정론적 전단력 증폭 82.2 추계학적 전단력 증폭 13제 3 장 비선형 동적해석에 의한 보통전단벽 구조의 내진설계 163.1 대상 구조물 163.1.1 대상 구조물 선정 163.1.2 벽체 단면 형상 213.1.3 전단벽에 작용하는 축력비 213.1.4 적용 가능한 구조물 대상 범위 243.2 지반운동 및 스케일링 263.2.1 지반운동 목록 및 특성 263.2.2 지반운동 스케일링 263.3 기본설계 323.4 비선형모델링 333.4.1 전단벽 비선형모델 333.4.2 재료의 기대강도 343.4.3 전단벽의 콘크리트 비선형모델 353.4.4 전단벽의 철근 비선형모델 423.4.5 전단벽의 전단요소 비선형모델 453.4.6 전단벽 비선형 모델 검증 463.4.7 연결보 비선형 모델 493.4.8 감쇠 513.5 성능목표와 허용기준 563.5.1 성능목표 선정 563.5.2 성능목표를 검증하기 위한 허용기준 573.5.3 층간변위 허용기준 573.5.4 소성회전각 허용기준 583.5.5 벽체 단부 압축변형률 허용기준 613.5.6 전단설계 613.6 해석 및 설계결과 623.6.1 내진설계결과 623.6.2 허용기준 평가결과 66제 4 장 비선형 응답특성 분석과 모드조합법에 따른 결정론적 전단력 증폭 예측 694.1 고차모드에 의한 전단력 증폭 효과 704.1.1 전단력 증폭 704.1.2 해석모델별 고유치해석 결과 분석 734.1.3 비선형 정적해석 결과분석 784.1.4 비선형 동적해석결과 824.1.5 기본설계 및 비선형해석에 의한 전단설계 결과비교 824.2 증폭된 전단력 예측 방법 874.2.1 전단벽의 비선형 응답특성 874.2.2 전단력 증폭을 고려한 모드조합 894.2.3 유효강성 산정 914.2.4 유효강성에 의한 모드응답 변화 944.3 전단력 증폭 비교 분석 994.3.1 전단력 산정을 위한 등가선형모델의 유효강성 적용 994.3.2 상층부 탄성모델에 대한 비교 분석 1034.3.3 전단력 분포 비교 분석 1074.4 소 결 113제 5 장 지진취약도 분석을 통한 추계학적 전단력 증폭계수 평가 1155.1 FEMA P695에 따른 지진취약도 평가절차 1155.2 증분동적해석 및 지반운동 1235.2.1 증분동적해석 1235.2.2 증분동적해석을 위한 지반운동 1255.3 파괴모드 판정 1315.3.1 층간변위 1315.3.2 소성회전각 1335.3.3 압축변형률 1335.3.4 전단강도 1365.4 지진취약도 평가결과 1395.4.1 붕괴확률 평가 1395.4.2 붕괴여유비(ACMR) 평가 1445.4.3 전단벽 파괴모드 별 붕괴확률에 따른 분석 1515.6 소 결 153제 6 장 결 론 154부록 157참고문헌 215ABSTRACT 221
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