성능보장설계는 교각이 완전한 소성회전성능을 발휘할 때까지 다른 구조요소들과 교각 자체가 취성파괴 되지 않도록 설계하여 교량 전체 시스템의 연성파괴를 보장하기 위한 것으로서, 현행 도로교설계기준에는 명시적으로 규정되어 있지 않으나 대부분의 외국 교량내진설계기준에 채택되어 있다. 성능보장설계에서는 철근콘크리트 교각의 휨 초과강도를 구하고 이를 변환한 전단력을 교각, 기초, 말뚝에 작용하는 횡하중 설계전단력으로 결정하여 교각의 전단설계, 기초설계, 말뚝설계를 수행하도록 규정한다. 이 때 교각의 최대 소성모멘트를 결정하는 방법은 설계기준별로 각기 다른데, 이는 각 국의 재료 시공환경이 다르기 때문이다. 본 연구에서는 국내에서 사용하는 철근의 인장강도 측정치 3,407개와 콘크리트 압축강도 측정치 5,405개의 분석을 통하여 재료 초과강도계수를 제안하였고, 이를 적용하여 휨 초과강도를 결정하는 방법을 제시하였으며, 1,500개의 교각단면에 대한 모멘트-곡률 해석을 수행한 후 통계분석을 통하여 우리나라 실정에 적합한 초과강도계수를 제안하였다.

형상비(M/VD, shear span-depth ratio)가 4.5인 축소모형의 원형기둥 실험체 3개를 제작하였다. 철근콘크리트 기둥 실험체의 단면 은 원형이고 중공단면으로 제작되었다. 철근콘크리트 기둥 실험체의 단면 지름은 400 mm, 중공 지름은 200 mm이다. 일정한 축력 하에서 반복 하중을 가력하는 준정적 실험을 수행하였다. 실험체의 주요변수는 횡방향철근비이다. 모든 실험체의 횡방향 나선철근 체적비는 소성힌지 구 간에서 0.302~0.604%의 값을 갖는다. 이 값은 도로교설계기준에서 요구하는 최소 심부구속철근 요구량의 45.9~91.8%에 해당하며, 이는 내진 설계가 되지 않은 기존 교각이나 내진설계개념으로 설계되는 교각을 나타낸다. 본 연구의 최종목적은 실험적 기초자료의 제공과 함께 성능단 계별 균열거동, 하중-변위 이력곡선, 에너지 소산 능력, 등가점성감쇠비, 잔류변형, 유효강성 등 내진성능의 정량적 수치와 경향을 제공하기 위 한 것이다. 본 논문에서는 실험결과를 통해 분석된 실험변수에 따른 실험결과들을 공칭강도, 비선형 모멘트-곡률 해석 결과, AASHTO LRFD 및 도로교설계기준(한계상태설계법)과 같은 기준들과 비교하였다.

Eight small scale circular reinforced concrete columns were tested under cyclic lateral load with constant axial load. Test specimens were designed with 4.5 aspect ratio. The selected test variables are longitudinal steel ratio, transverse steel ratio, yielding strength of longitudinal steel and axial load ratio. The test results of columns with different longitudinal steel ratio, transverse steel ratio and axial load ratio showed different seismic performance such as equivalent damping ratio, residual displacement and effective stiffness. It was found that the column with low strength of longitudinal steel showed significantly reduced seismic performance, especially for equivalent damping ratio and residual displacement. The regulation of flexural over-strength is adopted by Korea Bridge Design Specifications (Limited state design, 2012). The test results are compared with nominal strength, result of nonlinear moment-curvature analysis and the design specifications such as AASHTO LRFD and Korea Bridge Design Specifications (Limited state design).