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강합성교각의 내진성능평가 Part I : 준정적 반복재하실험
Seismic Performance of Concrete-Filled Steel Piers Part I : Quasi-Static Cyclic Loading Test

조창빈  서진환   (근화엔지니어링  ); 장승필   (서울대학교 지구환경시스템공학부UU0000691  );
  • 초록

    강합성교각과 강교각은 철근곤크리트교각에 비해서 우수한 연성, 작은 단면 및 빠른 시공속도에도 불구하고 이 같은 장점들을 활용할 필요가 있는 도시지역에서조차 철근콘크리트교각의 대안으로서 활용되지 못하였다. 이 논문은 강합성교각과 강교각의 내진성능 평가에 관한 연속된 두편의 논문 중 첫편으로 강교각과 강합성 교각의 연성과 강성을 평가 비교하기 위해 수행한 준정적 반복재하실험을 대상으로 하였다. 기존의 강교각 및 강합성교각의 실험과 더불어 채움콘크리트와 하부 다이어프램간의 부작을 개선한 상세를 실험하였다. 또한, 강합성교각의 연성과 강성을 산정하기 위한 간편한 수치해석방법을 찾기 위해 비선형 스프링과 쉘요소를 사용한 해석을 시도하였다. 도시내의 전형적인 오버패스구간의 교각을 모델로 한 실험결과, 강합성교각은 강교각에 비해서 우수한 강성과 에너지 소산능력을 가지고 있는 것으로 나타났으며 채움콘크리트의 부착과 응력집중부의 상세를 개선시기는 것이 강합성교각의 연성과 강성을 증가시키는데 효과적인 것으로 나타났다. 시도된 수지해석방법은 강합성교각과 강교각의 거동을 완벽하게 모사하지는 못했지만 추가적인 연구가 진행되면 연성과 강성을 평가하는 간편한 방법으로 사용될 수 있는 것으로 판단된다.


    Steel piers and concrete-filled steel(CFS) piers, in spite of reasonable strength, high ductility, small section, and fast construction, have not been considered as one of alternatives to RC piers even in the highly populated urban area where aseismic safety, limited space and fast construction are indispensably required. This paper, the first of two companion papers for the seismic performance of steel and CFS piers, tests steel and CFS piers under quasi-static cyclic loading to estimate their ductility and strength. Additional details such as rebars and base ribs are added to increase the ductility of a concrete-filled steel pier with minimum additional cost. Also, simplified numerical analyses using nonlinear spring and shell elements are examined for the estimation of the ductility and strength of concrete-filled steel piers and a steel pier. The result shows that concrete-filled steel peirs have higher energy absorption, i.e., ductility and strength than those of steel pier and increasing bonding between in-filled concrete and lower diaphragm, and the improved details of stress concentrated region would be important for the ductility and strength of a pier. Numerical results show that simplified modeling with nonlinear springs and shells has potential to be effective modeling technique to estimate the seismic performance of a concrete-filled steel pier.


  • 주제어

    강합성교각 .   강교각 .   연성도 .   내진설계 .   준정적 반복재하실험.  

  • 참고문헌 (10)

    1. Kitada, T., “Ultimate strength and ductility of state-of-art concrete-filled steel bridge piers in Japan,” Engineering Structures, Vol. 20, No. 4-6, 1998, pp. 347-354. 
    2. Susantha, K. A. S., Ge, H., and Usami, T, “Uniaxial stress-strain relationship of concrete confined by various shaped steel tubes,” Engineering Structures, Vol. 23, 2001, pp. 1331-1347. 
    3. Nakai, H., Kitada, T., Nakanishi, K., Sugiyama, I., and Kouno, Y., “Experimental study on ultimate strength and ductility of concrete-filled thin-walled steel box columns after receiving sesimic loading,” J. of Struct. Eng., JSCE, 40A, 1994, pp. 1401-1412. 
    4. Ge, H. and Usami, T., “Cyclic tests of concrete-filled steel box columns,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 122, No. 10, 1996, pp. 1169-1177. 
    5. Bruneau, M., “Performance of steel bridges during the 1995 Hyogoken-Nanbu(Kobe, Japan) earthquake-a North American perspective,” Engineering Structures, Vol. 20, No. 12, 1998, pp. 1063-1078. 
    6. 한국도로공사 도로연구소, “고강도 콘크리트를 이용한 철근콘크리트 기둥과 합성기둥의 설계, 해석프로그램 개발 및 모형실험”, 보고서, 한국도로공사 도로연구소, 서울, 1998. 
    7. El-Tawil, S. and Deierlein, G. G., “Strength and ductility of concrete encased composite columns,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 125, No. 9, 1999, pp. 1009-1019. 
    8. Hanshin Expressway Public Corporation, “Guidlines for design and construction of steel bridge piers with concrete-filled steel columns(Draft),” Hanshin Expressway Public Corporation, Japan, 1986. 
    9. Liang, Q. Q. and Uy, B., “Theoretical study on the post-local buckling of steel plates in concrete-filled box columns,” Computers & Structures, Vol 75, pp. 479-490. 
    10. Ge, H. and Usami T., “Development of earthquakeresistance ultimate strength design method for concretefilled steel structures,” Report, Department of Civil Eng., Nagoya University, Japan, 1994. 

 저자의 다른 논문

  • 장승필 (108)

    1. 1985 "부분(部分)프리스트레스된 구형(矩形)콘크리트부재(部材)의 균열크기에 관한 연구(硏究)" 대한토목학회논문집 5 (1): 133~139    
    2. 1986 "변위법(變位法)에 의한 곡선형교(曲線桁橋)의 정적탄성해석(靜的彈性解析)" 대한토목학회논문집 6 (2): 121~131    
    3. 1987 "탄소성(彈塑性) 지반(地盤)위에 놓인 원형평판(圓形平板)의 유한요소(有限要素) 해석(解析)" 대한토목학회논문집 7 (4): 91~102    
    4. 1988 "Circulatory Force를 받는 평면(平面)뼈대 구조물(構造物)의 동적(動的) 후좌굴(後座屈) 거동(擧動)에 관한 연구(硏究)" 대한토목학회논문집 8 (2): 13~24    
    5. 1988 "유한요소법을 이용한 나선형(螺旋形) 곡선부재의 정적해석에 관한 연구" 대한토목학회논문집 8 (2): 215~225    
    6. 1988 "나선형(螺旋形) 곡선부재(曲線部材)의 자유진동(自由振動)에 관한 연구(?究)" 대한토목학회논문집 8 (2): 227~238    
    7. 1989 "非線形 케이블 有限要素에 관한 硏究" 韓國海岸海洋工學會誌 = Journal of Korean society of coastal and ocean engineers 1 (1): 93~101    
    8. 1989 "집중 이동하중을 받는 사장교의 휨 및 비틈 거동에 관한 연구" 대한토목학회논문집 9 (3): 1~12    
    9. 1989 "불규칙한 노면(路面)을 주행하는 이동하중에 의한 연속교의 동적거동에 관한 이론 및 실험적 연구" 대한토목학회논문집 9 (3): 21~30    
    10. 1989 "부분(部分) 프리스트레스트 콘크리트 부재(部材)의 휨 및 전단(剪斷) 실험(實驗)(I) -극한상태(極限狀態)의 거동(擧動)과 프리스트레싱 지표(指標)에 대(對)하여" 대한토목학회논문집 9 (4): 27~39    

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