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철근콘크리트 교각의 연성도 평가를 위한 비선형해석
Nonlinear Analysis of RC Bridge Columns for Ductility Evaluation

손혁수   (영남대학교 토목공학과UU0000951  ); 이재훈   (영남대학교 토목공학과UU0000951  );
  • 초록

    본 연구는 철근콘크리트 교각에 대한 새로운 내진설계법을 개발하기 위한 연구의 일환으로서, 축력과 함께 반복 횡하중을 받는 철근콘크리트 교각의 모멘트-곡률 포락곡선 및 하중-변위 포락곡선을 얻기 위한 비선형 해석방법을 제시한다. 철근콘크리트 교각의 내진성능에 영향을 미치는 주요변수들에 대한 기존의 해석모델을 적용하였으며, 국내ㆍ외에서 수행된 나선철근 및 원형띠철근 기둥의 준정적 실험결과와의 비교 분석을 통하여 실험결과와 유사한 해석결과를 제공할 수 있도록 기존의 해석모델을 일부 수정 제안하였다. 해석에는 횡방향 구속효과를 고려한 콘크리트 모델, 반복하중을 받는 철근의 포락선 모델, 축방향철근의 부착슬립 모델, 전단변형 모델 등을 적용하였다. 제안된 해석방법은 실험결과를 비교적 잘 예측할 수 있는 것으로 평가되며, 특히 변형능력 및 연성도에 대하여는 실험결과에 비하여 안전측의 결과를 제공한다.


    This research is a part of a research program to develope a new design method for reinforced concrete bridge columns under axial load and cyclic lateral load. A nonlinear analytical method is proposed to obtain moment-curvature relationship and lateral load-displacement relationship. Various analytical models that contribute seismic behavior of reinforced concrete bridge columns are adopted and modified by comparing quasi-static test results of reinforced concrete columns with spirals of circular hoops. The analysis adopts confined concrete model, longitudinal reinforcement test result of reinforced concrete columns with spirals or circular hoops. The analysis adopts confined concrete model, etc. The results obtained using the propose analytical method agree well with test results and give conservative estimations particularly for deformation capacity and ductility.


  • 주제어

    철근콘크리트 교각 .   내진거동 .   해석모델 .   비선형해석 .   변형능력 .   연성도.  

  • 참고문헌 (30)

    1. 한국도로공사, "고속도로 기존 교량의 유형별 내진성능 평가를 위한 실험적 연구", 한국도로공사 도로연구소 연구보고서, 중앙대학교, 영남대학교, 서울대학교, 2001. 
    2. Park, R. and Paulay T. Reinforced Concrete Structures, John Wiley & Sons, New York, USA 1975. 
    3. Wehbe, N., Saiidi, M., Sanders, D., and Douglas, B., Ductility of Rectangular Reinforced Concrete Bridge Columns with Moderate Confinement, Technical Report NCEER-96-0003, NCEER, State University of New York at Buffalo, 1996. 
    4. Nagi A. Abo-Shadi, M. Saiid Saiidi, and David H. Sanders, "Out-of-Plane Seismic Response of Reinforced Concrete Bridge Pier Walls," ACI Structural Journal, Vol. 97, No. 6, 2000, pp. 803-813. 
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    6. 정영수, 이강균, 한기훈, 박종협, "단일주 원형 철큰콘크리트 교각의 내진거동에 관한 준정적 실험", 한국지진공학회논문집, 한국지진공학회, 제3권, 제2호, 1999, pp. 55-65. 
    7. Valles, R.E., Reinhom, A. M., Kunnath S. K, Li, C., and Madan, A, "IDARC2D, Version 4.0: A Computer Program for the Inelastic Damage Analysis of Buildings," NCEER-96-0010, State University of New York at Buffalo, 1996. 
    8. 이재훈, 석상근, 윤석구, "원형띠철근 교각의 내진성능에 관한 실험적연구", 대한토목학회논문집, 제22권, 제 1-A호, 2002. 1, pp. 159-170. 
    9. Kunnath, Sashi, K, EI-Bahy, Ashraf, Taylor, Andrew, and Stone, William, "Cumulative Seismic Damage of Reinforced Concrete Bridge Piers," Technical Report NCEER-97-0006, National Center for Earthquake Engineering Research, 1997, 147 pp. 
    10. Stone, William C. and Cheok, Geraldine S., "Inelastic Behavior of Full-Scale Bridge Columns Subjected to Cyclic Loading," NIST BSS 166, Building Science Series, Center for Building Technology, National Engineering Laboratory, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland, 20899, January 1989, 252 pp. 
    11. Kowalsky, M. J., Priestley, M. J. N., and Seible, E, "Shear and Flexural Behavior of Lightweight Concrete Bridge Columns in Seismic Regions," ACI Structural Journal, Vol. 96, No. 1, 1999, pp. 136-148. 
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    13. 손혁수,배성용,박찬민,이재훈, "서해대교 PSM교 교각의 내진성능 평가에 관한 실험적 연구", 2000년도 춘계학술 발표회 논문집, 한국지진공학회, 제4권, 제 1호, 2000, pp.319-326. 
    14. 김진근, "철근콘크리트의 비선형 거동과 모델링", 한국콘크리트학회 논문집, 제4권, 제4호, 1992, pp. 15-22. 
    15. Shima, H, Chou, L., and Okamura, H, "Micro and Macro Models for Bond behavior in Reinforced Concrete," Journal of the Engineering, University of Tokyo(B), Vol. 39, No. 2, 1987, pp. 133-194. 
    16. Dodd L. L. and Restrepo-Posada J. I., "Model for Predicting Cyclic Behavior of Reinforcing Steel," Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 121, No. 3, 1995, pp. 433-445. 
    17. 박종협,조창백,박희상,정영수, "중.약진지역의 원형내진 RC교각의 내진성능평가", 2000년도 봄학술발표회 논문집, 한국콘크리트학회, 제12권, 제1호, 2000, pp.452-457. 
    18. 김태훈,유영화,신현목, "지진하중을 받는 철근콘크리트 교각의 비탄성 거동 및 연성능력에 관한 해석적 연구", 한국지진공학회논문집, 제4권, 제4호, 2000. 12, pp. 37-51. 
    19. Lee, J. H, "A Study on Analysis of Unbraced Reinforced Concrete Plane Frames with Slender Columns for Design Purposes," Ph.D. dissertation, Department of Gvil and Environmental Engineering, University of Wisconsin-Madison, U.S.A, 1991. 
    20. Maekawa, K, Irawan, P., and Okamura, H., "Three-Dimensional Constitutive Laws of Reinforced Concrete," International Conference on Applied Concrete Mechanics, APCOM, Seoul, Korea, 1996. 
    21. Mander, J. B., Priestley M. J. N., and Park R, "Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete," Journal of Structural Engineering, ASCE, V. 114, No. 8, 1988, pp. 1804-1826. 
    22. 이재훈, 김광수, 배성용, 윤석구 "고강도콘크리트 나선철근교각의 내진거동특성", 대한토목학회논문집, 제21권, 제 5-A호, 2001. 9, pp. 707-718. 
    23. 이재훈,배성용,윤석구, "나선철근교각의 내진성능실험", 대한토목학회논문집, 제21권 1-A호, 2001. 1, pp. 109-121. 
    24. 한국도로교통협회, 도로교설계기준, 2000. 
    25. 손혁수, "심부구속철근 요구량에 따른 철근콘크리트 교각의 내진설계방법에 관한 연구", 박사학위논문, 영남대학교, 2002. 6. 
    26. Okamura, H. and Maekawa, K, Nonlinear Analysis and Constitutive Mxiels of Reinforced Concrete, Japan, 1991, 182 pp. 
    27. 이재훈, 김광수, 배성용, "지진하중에 대한 고강도콘크리트 나선철큰교각의 한정연성거동", 대한토목학회논문집, 제23권, 제3-A호, 2003. 5, pp. 385-395. 
    28. Macgregor, J. G., Oelhafen, U. H, and Hage, S. E., "A Reexamination of the El Value for Slender Columns," Reinforced Concrete Columns(SP 50), Detroit, American Concrete Institute, 1975, pp. 1-40. 
    29. Prakash, V. and Powell, G. H, "Drain-2DX, Drain-3DX and Drain-Building:Base Program Design Documentation," UCB,SEMM-93,16, University of California, Berkeley, 1993. 
    30. Assa, B. and Nishiyama, M., "Prediction of Load-Displacement Curve of High-Strength Concrete Columns under Simulated Seismic Loading," ACI Structural Journal, Vol. 95, No. 5, 1998, pp. 547-557. 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (3)

    1. 2003. "Ductility Relationship of RC Bridge Columns under Seismic Loading" 한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, 7(4): 51~61     
    2. Son, Hyeok-Soo ; Lee, Jae-Hoon 2003. "Confinement Steel Amount for Ductility Demand of RC Bridge Columns under Seismic Loading" 콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, 15(5): 715~725     
    3. Lee, Jae-Hoon ; Ko, Seong-Hyun ; Choi, Jin-Ho 2006. "Flexural Overstrength of Reinforced Concrete Bridge Columns for Capacity Design" 한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, 10(5): 85~97     

 저자의 다른 논문

  • 손혁수 (8)

    1. 1999 "연성을 고려한 철근콘크리트 기둥의 강도감소계수 적용에 관한 연구" 콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute 11 (4): 147~156    
    2. 1999 "고강도 철근 콘크리트 기둥의 실험 및 강도해석" 콘크리트학회지 = Magazine of the Korea Concrete Institute 11 (1): 149~160    
    3. 2000 "서해대교 PSM교 교각의 내진성능" 한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea 4 (3): 67~81    
    4. 2003 "지진하중을 받는 철근콘크리트 교각의 연성도 상관관계" 한국지진공학회논문집 = Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea 7 (4): 51~61    
    5. 2003 "지진하중을 받는 철근콘크리트 교각의 소요연성도에 따른 심부구속철근량" 콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute 15 (5): 715~725    
    6. 2004 "반복횡하중을 받는 철근콘크리트 원형 교각의 축방향철근 연결상세에 따른 강도저감 및 파괴거동" 콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute 16 (1): 111~124    
    7. 2004 "축방향철근 연결상세에 따른 철근콘크리트 원형교각의 내진성능" 콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute 16 (2): 249~260    
  • 이재훈 (57)

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