불균형모멘트와 펀칭전단의 상호작용을 고려한 무량판 접합부의 성능평가 = Evaluation of Lateral Capacity of Flat Plate Connections Considering the Interaction of Unbalanced Moment-Punching Shear
저자
발행사항
광주: 전남대학교 대학원, 2008
학위논문사항
학위논문(박사)-- 전남대학교 대학원 일반대학원: 건축공학과 2008. 2
발행연도
2008
작성언어
한국어
주제어
DDC
690 판사항(22)
발행국(도시)
광주
기타서명
Evaluation of Lateral Capacity of Flat Plate Connections Considering the Interaction of Unbalanced Moment-Punching Shear
형태사항
xii, 154 p: 삽도; 26 cm.
일반주기명
소장기관
우리나라와 같은 중, 약진 지역에서 무량판 구조는 주로 전단벽 등과 함께 사용되어 횡력 저항 시스템(lateral force resisting system)으로 설계되고 있다. 그리고 미국 서부등 강진지역에서는 중력 저항 시스템(gravity force resisting system)으로 설계, 시공되고 있다. 현행 우리나라 및 미국의 설계기준(KCI 2003 및 ACI 318-05)은 무량판 접합부의 중력하중에 대한 전단저항 성능에 주로 초점이 맞추어져 있으며 지진등과 같은 횡하중을 받는 접합부의 거동에 관한 기준은 없다. 특히, 전단보강재의 내진성능은 보강유형에 따라 상이하게 나타날 수 있으나 이와 관련된 연구도 매우 미흡하다.
본 연구는 설계기준에서 제시하고 있는 무량판 구조의 슬래브 전단 설계 및 접합부의 내진 성능에 관한 내용을 중심으로 고찰하였다. 그리고 무량판 접합부의 횡하중 성능을 살펴보기 위하여 일정한 중력하중 하에서 반복 횡하중을 가력하면서 실험을 수행하였다.
실험 결과를 통한 분석내용은 다음과 같다.
(1) 실험체의 횡변위비는 무보강 실험체 경우 1.5%, 전단보강 실험체 경우 전단보강재 유형에 따라 2.5%~3%였다. 또한 전단보강재는 전단성능 보강보다는 접합부의 변형성능에 더욱 효과적임을 알 수 있었다.
(2) 무량판 구조에서 철근비 증가는 저항 모멘트 증진효과를 가져왔으나 변형성능 의 감소를 보였다. 결국, 철근비 영향을 고려하지 않는 현 설계기준으로는 슬래브의 거동을 정확히 예측할 수 없었다.
(3) 기존 접합부 강도 이론과 실험값을 비교해 본 결과, 우리나라 및 미국의 설계기준은 무보강 실험체 경우 비교적 안전측 결과를 제공하였으며 보강 실험체 경우, 불안전측 결과를 제공하였다. 특히 철근비가 증가한 경우 실험결과와 설계기준값이 큰 차이를 보였다.
(4) 콘크리트 구조설계기준(KCI 2003) 및 ACI 318-05 기준에서 하중의 특성을 고려하지 않고 전단성능을 최대 1.5배까지 증가시키는 전단성능 규정은 불안전측 설계임을 알 수 있었다.
이와 같은 차이를 해결하고자 새로운 방법을 제안하였다.
(1) 슬래브-기둥 접합부의 펀칭전단에 관한 철근콘크리트 구조설계 기준의 편심전단응력 모델 개념을 확대하여 불균형모멘트-펀칭전단 상관모델을 제시하였다. 이를 이용하면 기존 콘크리트 구조설계기준의 전단강도와 불균형모멘트에 대한 설명이 가능하였고 접합부의 휨 지배 또는 전단지배 모드에 관한 최종파괴모드 설명이 가능하였다.
(2) 또한 휨으로 전달되는 불균형모멘트의 유효폭 확대계수를 제안한 결과, 슬래브의 공칭 불균형모멘트성능을 산정할 수 있었다.
(3) 그리고 이 두 제안을 이용한 슬래브의 설계방법을 수정, 제시하였다. 제시된 설계방법은 슬래브의 불균형모멘트 성능을 고려하므로 기존 설계기준에서 제시한 전단성능보다 더욱 합리적이고 경제적인 설계가 가능하다고 사료된다.
본 연구는 KCI 및 ACI 설계기준의 무량판 구조에 대해 무보강/전단보강 무량판-기둥 접합부의 횡하중 실험을 통하여 기존 설계기준의 전단 설계 방법을 고찰해보고 각 전단보강재에 따른 강도 및 변형특성을 파악하였다. 실험결과를 통해 새로운 설계 방법을 제안하여 무량판 구조시스템의 슬래브 설계시 펀칭전단과 불균형모멘트 성능을 함께 고려하고자 하였다.
Flat plates are very common structural elements for medium and high rise buildings such as offices and apartments. The use of flat-plate floor systems has become increasingly popular for nonparticipating systems in high seismic zones.
Punching shear failure of the slabs, however is brittle in nature and this resulted in the accidental collapse of some flat plate buildings. For this reason the structural performance of flat plate structures has attracted increased attention in the last decade. Recent researches have focussed on slabs with shear reinforcement, capable of sustaining large inelastic deformations without resulting in collapse.
In this study, seven isolated interior flat slab-column connections with and without shear reinforcement were tested under reversed cyclic lateral loading to observe the capacity of slab-column connections.
The test results showed: (1) The increase of reinforcement ratio in the vicinity of the column increased the strength of the slab-column connection but revealed unconservative result in drift capacity. (2) The drift capacity of the connection with shear reinforcement was three~eight times higher than connection without reinforcement. (3) The increment of punching shear strength by shear reinforcement, under direct shear showed some deviation when it was compared it to eccentric shear.
From the experimental results, this study proposed the interaction model of unbalanced moment-punching shear which is based on the eccentric shear stress model of the ACI and KCI building code and an effective slab width enlargement factor( λ). The analytical model, including unbalanced moment capacity using an effective slab width enlargement factor( λ), can predict fairly well the final failure mode of flat plate connection.
Further verification with experimental results covering a wider range of variables, is required to validate the use of the interaction of unbalanced moment-punching shear to predict unbalanced moment and punching shear capacities of reinforced concrete flat slabs. In particular, it needs to be studied the flat plate connections with variable shear reinforcements for the accuracy of the predictions.
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