최근 현장작업을 최소화할 수 있는 PC(Precast Concrete) 건축공법의 적용이 급속하게 활성화되고 있다. 그러나 PC 공법은 시공 중, 특히 부재간 일체화 이전에 구조적 성능을 발휘하기 어렵고 완공 후에도 접합부의 일체성을 확보하기 어려워 연쇄붕괴에 취약하다. PC 건축물에서는 다양한 PC 부재간 접합 상세가 존재하며, 국내외 구조/시공 상세가 현격히 다르다. 그러나 국내 PC 시스템의 시스템 과 상세 특성을 반영한 연쇄붕괴에 대한 연구는 매우 미비하다. 따라서, 본 연구에서는 국내에서 주로 사용하는 PC 구조시스템과 접 합부 구조/시공 상세를 조사 분석하였다. 이를 기반으로 국내에서 사용되는 전형적인 PC 시스템의 유형을 설정하고 상기 PC 시스템 의 연쇄붕괴방지성능을 평가하기 위하여 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 해석결과를 바탕으로 국내에서 주로 사용된 PC 구조시 스템의 연쇄붕괴방지 성능을 평가하고 구조설계시 고려사항을 제안하였다.

This paper is to investigate the micro-behavior of the double-span beams with WUF-W seismic connection under combined axial tension and moment and to propose the rational rotational capacity of it for progressive collapse-resistant analysis and design addressing the stress and strain transfer mechanism. To this end, the behavior of the double-span beams under the column missing event is first investigated using the advanced nonlinear finite element analysis. The characteristics of fracture indices of double-span beams with WUF-W connection under combined axial tension and flexural moment are addressed and then proposed the rational rotational capacity as the basic datum for the progressive collapse-resistant design and analysis. The distribution of fracture indices related to stress and strain for the double-span beams is investigated based on a material and geometric nonlinear finite element analysis. Furthermore, the micro-behavior for earthquake and progressive collapse is explicitly different.

본 연구에서는 2경간 합성바닥슬래브의 기여도를 반영하여 철골모멘트골조의 연쇄붕괴저항성능의 더욱 정확한 평가를 위해 사용할 수 있는 개선된 에너지기반 비선형정적 해석법을 제시하고자 한다. 이를 위해, 우선 재료적/기하학적 비선형 유한요소해석을 수행하여 2경간 합성바닥슬래브의 거동을 살펴보았다. 2경간 합성바닥슬래브의 변형형상을 이상화하여 에너지기반 해석을 위한 근사모델을 개발하였다. 제안모델은 기둥제거 시나리오하에서 2경간 합성바닥슬래브의 일방향 축인장력 및 변형에너지응답을 모델링하는데 쉽게 이용할 수 있음을 보여주고 있다.

본 논문에서는 비선형 정적해석 및 동적해석을 이용하여 가새골조의 연쇄붕괴 저항능력을 평가하였다. 모두 아홉 개의 서로 다른 가새 형태를 고려하였으며, 모멘트골조의 해석 결과와 비교하였다 비탄성 정적해석 결과에 따르면 현행 기준에 따라 설계된 저층 가새골조는 1층 중앙에 위치한 기둥이 제거될 경우 연쇄붕괴 저항성능 기준을 만족하는 것으로 나타났으나 대부분 취성적인 파괴모드를 나타내었다. 특히 압축가새가 좌굴한 후 인장가새가 인장력을 발휘하기 전에 취약한 층의 기둥이 좌굴하는 것으로 나타냈다. Inverted-V형 가새골조의 경우가 가장 연성도 면에서 우수한 것으로 나타났다. 동적 해석 결과에 따르면 모든 가새골조는 중앙에 위치한 기둥이 제거될 경우 붕괴되지 않으며, 동일한 규모의 모멘트 저항골조에 비해 진동이나 처짐량이 작은 것으로 나타났다.

최근 구조물의 국부적인 손상이 전체적인 붕괴로 이어지는 연쇄붕괴 현상에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 연쇄붕괴에 관한 기존의 연구는 대부분 해석변수의 불확실성을 포함하지 않는 확정론적인 방법이므로, 해석결과에 대한 신뢰도를 알 수 없다. 본 논문에서는 재료의 항복강도, 활하중의 크기, 감쇠비, 탄성계수 등치 설계변수들이 기둥이 제거됨에 따라 발생하는 수직변위에 영향을 미치는 민감도를 분석하였다. 이를 위하여 몬테카를로 시뮬레이션, 일계이차법, 토네이도 다이어그램의 세 가지 해석기법을 적용하였다. 비선형정적 해석결과에 의하면 난수로 설정한 해석변수들 중에서 보의 항복강도가 수직변위의 변동폭이 가장 컸으며, 비선형동적해석의 경우 보의 항복강도와 감쇠비가 서로 유사한 변동폭을 가지는 것으로 나타났다.

본 논문에서는 한두 부재의 순간적 결손에 따른 동적 거동을 정적해석을 통하여 합리적이고 효율적으로 해석할 수 있는 등가정적 연쇄붕괴 해석기법을 제시한다. 제시된 기법은 부재 결손에 따른 구조물 강성 변화 및 순간적 결손에 따른 동적거동 확대 효과를 등가의 하중으로 치환한 강성등가하중을 초기 구조물에 적용하여 해석하는 방법으로서 기둥을 하나씩 제거해 가며 반복해석을 수행해야 하는 연쇄붕괴해석 특성에 매우 효율적이면서도 신뢰성이 높은 장점을 갖는다. 제시한 강성등가하중에 의한 해석결과를 시간이력해석결과 및 GSA에 의한 해석결과와 비교한 결과, 휨모멘트, 축력, 및 수직변위 등의 측면에서 GSA에 의한 해석결과에 비해 시간이력해석결과에 상당히 근접하는 결과를 나타냈다. 이를 통해 강성등가 하중에 의한 해석기법이 GSA에 의한 정적해석방법을 대체하는 새로운 정적해석기법으로서 효용성이 있음을 확인하였다.

본 연구는 연쇄붕괴 저항성능 평가 시 기둥의 순간적인 제거에 따른 동적효과가 반영된 에너지 기반 근사해석의 적용성을 확인하 기 위해 내진 설계된 철골모멘트골조의 예제구조물을 대상으로 분석하였으며, 이를 통해 구조 강건성을 산정하여 연쇄붕괴에 대한 민감도를 평가할 수 있는 방법을 제시하였다. 예제구조물에 대한 적용을 통해 비선형 정적해석 결과를 이용한 에너지 기반 근사해석과 직접동적해석에 대한 결과가 잘 일치하는 것을 검증하였으며, 다른 구조시스템을 가지는 건물의 연쇄붕괴에 대한 구조적 내력성능을 비교하기 위한 수단으로 구조물의 민감도를 평가하였다. 이는 비정상하중에 대하여 구조물이 연쇄붕괴에 저항할 수 있는 최대보유 잔류내력 성능인 구조 강건성을 이 용하였고, 본 연구에서 제시한 방법을 통해 연쇄붕괴 해석 및 설계에 편리하게 활용될 수 있음을 확인하였다.

To evaluate the resistance performance of RC building, progressive collapse analyses are conducted with the parameters of reinforcement patterns. Especially, these analyses use Reinforcement Contact function in Ansys Workbench to reduce the quantity of elements and analysis time. This method can be an effective technique to analyze large scale structures

This paper presents an analytical approach to evaluate a possibility of progressive collapse of reinforced concrete frame structure. In order to simulate adequate behavior of the structure, we considered the bond failure of lap spliced bars due to concrete crack in a plastic hinge region. Bond characteristic was modeled in the analysis by using previous bond-slip relation and the effect of it was evaluated. Analysis result gave that there was additional deflection due to the bond failure of bar in beams at the node where the increasing displacement load was applied.

In this study the progressive collapse behaviors of helical buildings were evaluated by nonlinear static and dynamic analysis. 36-story diagrid buildings with twist angles of 0, 90 and 180 degrees were designed as analysis model and progressive collapse analyses were carried out by removing first-story columns. The analysis results showed that helical buildings designed per current design codes generally had enough resistance to progressive collapse caused by the sudden loss of corner columns in the diagrid system.

When a floor falls onto the floor below, the impulse transmitted to the lower system results in considerable deformation in the impacted floor. In this paper, a linear static progressive collapse analysis procedure was developed considering the impact of failed members. The impact loads computed from various simplified methods were calibrated with FEM analysis results. The analysis procedure was applied to a moment frame and a braced frame, and the results were compared with those obtained without considering impact load.

저자는 기존연구를 통해서 기둥제거 시나리오에 근거한 구조물의 연쇄붕괴해석을 쉽고 효율적으로 할 수 있는 에너지 평형에 근거한 비선형 정적 근사해석법을 제안하였다. 본 논문에서는 기둥이 손실된 2경간 합성슬래브의 구조적 거동을 살펴보고, 저자에 의해 제안된 비선형 정적 근사해석법에 합성슬래브의 기여도를 포함하여 구조물의 연쇄붕괴 가능성을 더욱 정밀하게 예비평가할 수 있는 방안을 제안하였다. 본 목적을 위해 합성슬래브가 포함되고 기둥이 손실된 2경간 부분골조모델을 가정한 후 재료적, 기하학적 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 해석결과를 토대로 합성슬래브의 변형을 이상화한 근사모델을 제안하였다. 이 모델을 적용하여 합성슬래브의 현수작용을 파악할 수 있는 방안을 제안하였다. 아울러 이 방안을 활용하여 연쇄붕괴시에 합성슬래브의 일방향 현수작용과 변형에너지를 쉽고 효율적으로 유도할 수 있음을 보여주었다.

연쇄붕괴는 구조부재의 국부적인 파괴가 주변부재로 이어지고 이 파괴가 또 다른 주변부재의 파괴로 이어지는 붕괴를 의미한다. 현재 국내에서는 연쇄붕괴 방지를 위한 설계지침이 마련되어 있지 않은 형편이다. 특히 구조설계 시 연쇄붕괴 저항성능의 평가를 할 필요가 있을 때 연쇄붕괴 방법 및 절차에 대한 기준이 없어 엔지니어들이 많은 어려움을 느끼고 있다. 따라서, 본 연구에서는 연쇄붕괴 저항성능평가에 가장 많이 사용되는 GSA 가이드라인을 이용하여 정적 및 동적해석에 의해 평가하는 방법 및 절차를 소개하고, 철근콘크리트 모멘트저항골조에 대해 연쇄붕괴 성능평가를 수행하여 각 해석방법에 의한 결과를 비교, 분석하였다. 연구의 결과 국내 설계기준에 의해 내진 설계된 해석모델의 철근콘크리트 모멘트저항골조 시스템은 DCR 값이 2를 초과하여 연쇄붕괴에 충분한 대체하중 경로를 제공하지 못하며, 연쇄붕괴를 고려하기 위해서는 추가적인 보강이 고려되어야 할 것으로 판단된다. 또한, 선형동적해석과 선형정적해석의 수직 처짐 및 DCR 값을 비교한 결과, 정적해석에 의한 평가결과보다 보수적인 결과를 나타내어 실용적인 방법으로서 현재 제안되고 있는 하중조합의 2배를 고려하는 동적계수를 고려한 선형정적해석의 사용이 가능할 것으로 판단된다.