In order to determine fragility curves, the limit state of piers for each damage level is suggested in this paper based on the previous test results in Korea, including our test results. In previous studies, the quantitative measures for damage levels of piers have been represented by curvature ductility, lateral drift ratio, or displacement ductility. These measures are transformed to lateral drift ratios of piers for consistency, and the transformed values are compared and verified with our push-over test results for flexural RC piers with a circular cross-section. The test specimens are categorized concerning the number of lap-splices in the plastic hinge region and whether seismic design codes are satisfied or not. Based on the collected test results in Korea, including ours, the lateral drift ratio for each pier damage level is suggested.

교각의 내구성 증진 및 내진 보강을 위하여 원형철근 콘크리트 교각 외부에 강판을 보강한 경우, 교각 외부에서 발 생하는 화재에 대해 보강된 교각의 내화성능을 정량적으로 평가하였다. 범용유한요소해석프로그램 ABAQUS를 이용하였으며 ISO 834-1의 표준화재곡선을 적용하여 교각의 거동을 해석하였다. 해석 변수로는 강판보강두께와 원형교각 지름의 비, 교각에 수직으로 작용하는 축력비를 적용하였다. 교각의 상부와 하부는 힌지-롤러 경계조건을 고려하여 상부는 수직으로 변위가 발생하 도록 하였으며, 교각 외부 전체에 열하중을 가하였고 편심 없는 순수 축하중을 교각 중앙에 가력하였다. 온도에 따른 콘크리트, 철근 및 강재의 비열, 열전도율, 탄성계수 등을 고려하여 보강에 따른 교각의 내화 성능 향상도를 평가하였다. 강판으로 보강한 원형철근 콘크리트 교각은 콘크리트의 중심부일수록 강판 두께의 영향을 받지 않으며 강판 두께별 축력을 주 었을 때 내화시간은 축력비 0.7에서 최대 약 3분 향상되었다. 또한, 보강두께가 두꺼울수록 내하력이 향상하며 60분 이후에 모 두 내하력비가 1.0 이하로 감소하기 시작하는 것을 알 수 있었다. 강판보강공법은 내화성능을 향상시킬 수 있으며 강판 보강 두 께와 보강 지름의 비가 클수록 화재에 대해 축방향에 대한 변위와 내하력이 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구결과를 토대로 원형철근 콘크리트 교각의 외부 강판 보강을 통하여 교각의 내화 성능을 향상시킬 수 있음을 정량적으로 판단할 수 있었다.

In seismic design, hollow section concrete columns offer advantages by reducing the weight and seismic mass compared to concrete section RC bridge columns. However, the flexure-shear behavior and spirals strain of hollow section concrete columns are not well-understood. Octagonal RC bridge columns of a small-scale model were tested under cyclic lateral load with constant axial load. The volumetric ratio of the transverse spiral hoop of all specimens is 0.00206. The test results showed that the structural performance of the hollow specimen, such as the initial crack pattern, initial stiffness, and diagonal crack pattern, was comparable to that of the solid specimen. However, the lateral strength and ultimate displacement of the hollow specimen noticeably decreased after the drift ratio of 3%. The columns showed flexure-shear failure at the final stage. Analytical and experimental investigations are presented in this study to understand a correlation confinement steel ratio with neutral axis and a correlation between the strain of spirals and the shear resistance capacity of steel in hollow and solid section concrete columns. Furthermore, shear strength components (Vc, Vs., Vp) and concrete stress were investigated.

내진설계규정이 정립되기 전에 시공된 콘크리트 교각의 경우 횡철근을 겹침이음하거나 최소한의 배근으로 최적화를 유도하였다. 따라서 지진하중 발생 시 지진에너지를 소산할 수 있는 에너지 감쇠의 효과가 기존 교각들에는 미흡한 실정이다. 본 논문은 반복하중을 받는 원형콘크리트 교각 외부에 강판, GFRP, CFRP 보강을 적용한 경우, 교각의 지진대응 성능 향상도를 정량적으로 평가하였다. 범용유한요소해석프로그램인 ABAQUS의 다양한 3차원 요소를 적용하여 교각 구조물을 모델링하였으며,하중은 교각 상부에 횡방향 동적하중과 교각 전체 자중이 고려되었다. 하중-변위 곡선, 응력-변형률 곡선, 연성도, 에너지 흡수 능력(연성도), 손상도를 고려하여 보강에 따른 교각의 내진성능 향상도를 비교분석하였다. 비보강 콘크리트 교각의 경우 연성도는 78%로 취성파괴 구조물이었으나, 강판보강의 경우 91.0%, GFRP보강의 경우 91.9%, CFRP보강의 경우 92.0%이다. 세 가지 보강의 종류를 비교한 결과 강도, 연성도, 손상도 모두에 있어서 CFRP보강의 경우가 가장 큰 증진 효과를 보이고 있다.

The plastic hinge region of RC pier ensures its nonlinear behavior during strong earthquake events. It is assumed that the piers secure sufficient strength and ductility in order to prevent the collapse of the bridge during strong earthquake. However, the presence of a lap-splice of longitudinal bars in the plastic hinge region may lead to the occurrence of early bond failure in the lap-splice zone and result in significant loss of the seismic performance. The current regulations for seismic performance evaluation limit the ultimate strain and displacement ductility considering the eventual presence of lap-splice, but do not consider the lap-splice length. In this study, seismic performance test and analysis are performed according to the cross-sectional size and the lap-splice length in the case of longitudinal bars with lap-splice located in the plastic hinge region of existing RC bridge columns with circular cross-section. The seismic behavioral characteristics of the piers are also analyzed. Based upon the results, this paper presents a more reasonable seismic performance evaluation method considering the lap-splice length and the cross-sectional size of the column.

It is known that seismic performance of existing bridges having insufficient lateral confinements and lap-splices of longitudinal reinforcements at the base of column decreases dramatically. In this study, small-scaled model tests have been performed to confirm the seismic behaviors of RC bridge piers with various lap-splice lengths. The 8 test models have circular section with diameters of 0.65 m, 0.8 m, 1.0 m, and lap-splice lengths of B-class or C-class. The test results show that the failure modes of models are not depending on the lap-splice length itself but depend on the ratio of lap-splice length to diameter, and that the displacement ductility is also affected by this ratio.

이 연구의 목적은 중공원형 철근콘크리트 교각의 횡방향철근에 따른 지진거동을 파악하고 합리적이면서 경제적인 내진 설계기준의 개발을 위한 자료를 제공하는데 있다. 3개의 중공원형 교각 실험체에 일정 축하중 하에서 횡방향 반복하중을 가하는 준정적실험을 수행하였다. 정확하고 올바른 성능평가를 위하여 신뢰성 있는 비선형 유한요소해석 프로그램을 사용하였다. 이용된 해석기법은조사된 실험체에 대하여 하중단계에 따라 내진성능을 비교적 정확하게 예측하였다. 실험적, 해석적 결과로부터 중공원형 철근콘크리트교각의 설계와 시공 실무를 향상하기 위한 내진상세를 제시하였다.

현재까지 축적된 많은 연구결과와 설계기준을 바탕으로 일반적인 중실단면을 갖는 철근콘크리트 교각의 경우 큰 어려움 없이 내진설계가 수행되고 있지만, 중공원형 철근 콘크리트 교각의 경우 실험 및 해석상의 어려움으로 인하여 국내 외적으로 심부구속철근 상세에 대한 명확한 설계기준과 함께 이에 대한 합리적인 구속 모델 및 내진 성능평가 방안 등은 아직까지 미비한 실정이다. 본 연구에서는 주요 설계변수에 따른 중공원형 철근콘크리트 교각의 내진거동 특성을 파악하고, 이를 신뢰성 있는 비선형 유한요소해석 프로그램(RCAHEST)을 통한 결과와의 비교 분석을 바탕으로 보다 경제적이고 합리적인 설계방안 마련을 위한 기초자료를 제시하고자 한다.

건설여건의 변화에 따라 교량구조물의 급속시공에 대한 요구가 늘어나고 있다. 이 논문에서는 하부구조에서 교각의 프리캐스트화를 위한 준정적 실험을 수행하였다. 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 교각 설계의 가장 주요한 항목이 내진성능의 확보에 있다. 7개의 프리캐스트 교각을 제작하였고 주요 실험변수는 긴장재의 양, 프리스트레스트의 크기, 이음부의 위치 및 수로 설정하였다. 실험결과 축방향으로 도입되는 프리스트레스에 의해 작은 횡변위하에서는 일부 손상이 발생하여도 변형의 복원력을 발휘하였지만 소성힌 지구간의 손상이 많은 경우에는 이러한 복원력이 효과를 발휘하지 못하는 것을 확인하였다. 실험을 통해 관찰된 손상의 형태로부터 판단할 때 조립식 교각의 이음부 설계는 기초부와 교각부 사이의 이음부에 대해서 실시되어야한다. 축방향 긴장재의 양은 RC 교각과 강재비를 일치시키는 것은 지나친 설계가 될 수 있고 주어진 하중조건에 대한 P-M 상관도를 만족시키는 수준에서 결정되어야 한다. 변위연성도 평가를 볼 때 프리캐스트 교각에서 횡철근비는 현재의 철근 콘크리트 교각과 동일한 수준에서 확보되어야 요구연성도를 만족할 수 있다. 에너지 소산능력은 강재비가 증가함에 따라 향상되었고 이음부의 수가 많은 경우가 다소 뛰어난 능력을 발휘하였다.

최근, 복잡해진 도심지의 토지이용률을 향상시키기 위해 원형 강기둥 구조물의 건설이 점차 요구되고 있다. 원형강기둥 구조물은 유효단면적을 감소함과 동시에 내하력 증가 효과를 기대할 수 있다. 그러나 이러한 원형 강기둥 구조물은 지진 및 피로와 같은 반복하중 작용시 국부좌굴 및 대변형 현상이 발생하며 이로 인하여 대상구조물의 성능이 감소된다. 이러한 내하력 감소 현상을 방지하기 위해 최근 원형 강기둥에 환보강재(다이아프램)의 적용을 고려할 수 있다. 수직보강재의 적용으로 인한 좌굴내하력 및 내진성능의 증가효과는 이미 연구된 바 있으나 다이아프램에 관한 연구는 아직 전무한 실정이다. 단조 및 반복하중 작용시 국부좌굴 및 변형을 효과적으로 방지하기 위해서는 원형강교각에 적용된 다이아프램 설치위치가 중요한 역할을 한다. 그러나 설치위치의 변화에 따른 다이아프램의 내진성증 증가효과에 관해서는 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 기하학적, 재료학적 비선형을 고려한 유한요소프로그램을 이용하여 탄소성해석을 수행하였다. 즉, 다이아프램 설치위치를 파라메타로하여 내진성능을 검토하였다. 본 연구에서는 각 해석모델의 내하력 및 에너지 소산효율을 비교함으로서 원형강교각에 적용된 다이아프램에 관한 내진성능을 명확히 하였다.

형상비가 상대적으로 작은 철근콘크리트 교각에 지진작용으로 인한 반복 횡하중이 작용하면 초기단계와 중간단계의 변위에서는 휨 거동을 보이다가 최종변위단계에서는 전단에 의해 파괴되는 휨-전단 거동을 보인다. 휨-전단 파괴거동을 보이는 교각은 휨 파괴거동을 보이는 교각에 비하여 연성능력이 저하되므로, 내진설계 또는 내진성능평가에서 극한변위를 해석적으로 결정하기 위해서는 휨성능곡선과 함께 전단성능곡선 모델을 적용하여야 한다. 본 논문에서는 원형교각에 대한 기존 모델을 수정한 전단성능곡선 모델을 제안하였고, CALTRANS 모델, Aschheim등의 모델, Priestley 등의 모델, 제안모델의 특징을 비교하였다. 또 국내에서 수행된 실물크기 기둥 실험체를 대상으로 전단성능곡선 모델을 평가하였다. 제한된 범위의 소수 실험결과에 대한 적용으로서 일반화하기는 어려울 것이지만, 실험결과와 비교 검토한 결과 제안모델이 파괴형태의 예측과 변위성능 예측의 정확도에서 매우 우수한 것으로 평가되었다.

최근 강구조물의 장경간화 및 고층화로 인하여 고강도강재의 사용이 점차 증가하고 있다. 고강도강재(POSTEN60, POSTEN80)가 적용된 강구조물의 정확한 내진설계를 위해서는 반복하중 작용시 발생하는 대변형 및 비선형반복거동을 구현할 수 있는 해석기법이 필요하다. 본 연구에서는 고강도강재의 단조재하실험 및 반복하중실험을 기초하여 반복소성모델을 제안하였다. 제안된 소성모델과 유한변위이론을 적용한 3차원 탄소성 유한변위해석기법을 개발하였으며 이를 실험값과 비교하여 검증하였다. 검증된 3차원 탄소성 유한변위해석을 이용하여 고강도 원형강교각의 내진해석을 수행하였다. 또한, 고강도 원형강교각의 지름-두께비에 따른 내진성능을 명확히 하였다.

내진상세가 적용되지 않은 철근콘크리트 교각의 거동특성 및 내진성능을 살펴보기 위해서 축소교각모형실험을 수행하였다. 횡방향 철근이 심부를 구속할 만큼 충분히 배근되어 있지 않은 중심 원형 단면의 실교각을 대상으로 기초 상단의 소성 힌지 부위에서 겹침이음이 된 주철근을 사용했을 때와 연속철근을 사용했을 경우로 구분되도록 철근상세를 결정하였다. 이에 따라 3기의 축소교각시험체를 제작하여 수직방향 축하중을 가한 상태에서 준정적 반복하중을 재하하는 실험을 수행하였다. 실험결과를 통해서 겹침이음이 있는 교각시험체는 연성거동을 하지 않지만, 겹침이음이 없이 연속철근을 사용한 교각시험체는 어느 정도의 한정연성거동을 하는 것으로 분석되었다.

국내 일반 국도상의 교량을 분석한 결과 형상비가 2.5 내외로서 휨-전단 파괴 거동이 예측되는 교각이 다수 존재하는 것으로 나타났으나 기존의 교각 내진 특성 연구는 주로 휨 파괴 거동을 보이는 교각에 대해 수행되어 왔다. 본 연구에서는 휨-전단 복합모드가 작용하여 파괴에 이를 가능성이 많은 형상비 2.5 내외인 기존 교각을 대상모델로 선정하고 실물크기 모형 및 축소모형 시험체를 제작하여 준정적 실험(quasi static test)을 수행하였다. 실험결과로부터 상사효과(scale effect)가 교각 내진 성능평가에 미치는 영향을 분석하였고, 또한 비내진 상세인 실험대상 교량에 대해 역량스펙트럼법을 이용하여 내진성능을 평가하였다.

본 연구의 목적은 유사동적실험에 의한 섬유보강 원형 RC교각의 내진성능평가를 위한 연구로서 수원시에 위치한 내진교량인 하길교를 대상모델로 하였으며, 도로교 표준시방서의 내진설계규정이 적용되지 않은 비내진교각시험체 2본 및 내진성능향상을 위한 섬유보강시험 4본, 즉 총 6본에 대하여 유사동적실험을 수행하였다. 보강공법으로는 유리 탄소섬유 보강공법을 사용하였으며, 실험변수로는 입력지진동, 섬유고방유무로 하였다. 그리고 내진성능평가 방법은 입력 및 소산에너지, 변위 연성도가 분석되었다. 본 실험의 결과 유리 섬유로 보강된 비내진시험체의 변위연성도 KHC인공지진파에 대하여 7.7~9.0정도의 값으로 충분한 내진성능을 확보하고 있는 것으로 평가되었다.

본연구의 목적은 반복하중을 받는 철근콘크리트 교량 교각의 비선형 이력거동을 해석적으로 예측하는 것이다 이를 위해서 반복적인 횡하중이 작용하는 경우에 실험결과와 일치하는 교각의 하중-변위 이력곡선을 도출하고자 수정된 trilinar 이력거동모델을 이용하였다 철근과 콘크리트의 비선형 거동특성과 각 하중단계에 따른 교각의 중립축을 구하여 소성힌지부의 모멘트와 변형률을 구하고 반복하중하에서의 강성의 변화를 해석적으로 모형화하기 위하여 각기 다른 강성을 갖는 5가지 지선을 갖춘 형태의 이력거동모델식을 제안하였다 본 연구에서는 실험적으로 구한 하중-변위 이력곡선을 이용하여 축하중비 주철근비 및 구속철근비에 따른 강도감소지수와 강성감소지수의 영향을 회귀분석을 이용하여 일반식으로 제안하였다 새로운 이력거동 해석 모델을 프로그램 SARCF III에 적용함으로써 기존 철근콘크리트 교각에 강도 및 강성감소 현상을 정확하게 예측하였다