Collapse analysis of reinforced concrete beam-column structures

Abstract

본 논문은 각각 3 개의 기둥과 2 개의 빔으로 구성된 철근콘크리트 구조물의 수치적이고 실험적인 연구를 다루고 있다. 본 논문에서 다룬 실험 구조물들은 미국표준기술연구원(NIST)에서 설계되고 실험되었으며, 콘크리트 프레임으로 구성된 2 개의 10 층 건물의 일부를 나타낸다. 각각의 건물은 지진설계범주 C(SDC C)와 지진설계범주 D(SDCD)를 고려하여 설계되었다. 이 구조물은 2 개의 건물의 외부 모멘트 저항 프레임의 일부이다. 지진설계범주 C(SDC C)를 고려한 구조물은 수직 하중에 저항하기 위해 중간 모멘트 프레임(IMFs)을, 지진설계범주 d(SDC D)를 고려한 구조물은 특수 모멘트 프레임(SMFs)을 사용하였다. 계획된 기둥 제거 시나리오에서 보의 Arch 및 Catenary Action 의 발전 양상을 포함한 구조물의 전체 거동을 관찰하기 위해서 주앙 기둥의 수진변위를 감소 없이 증가하도록 하였다. 각 구조물의 수직 하중 지지력의 최대치까지 중심 기둥의 수직 변위가 증가하였다. 구조물의 전반적인 거동은 단순화된 기둥과 보를 이용한 유한요소 모델로 해석되었고, 비선형 회전 스프링에 연결된 강 접합부는 유한요소 해석 프로그램을 통해 보와 기둥의 결합부와 절점의 비선형 거동을 나타내었다. 보에서의 Arch 및 Catenary Action 의 발전양상을 포함하여, 시험 구조물의 거동에 대한 단순화된 통찰을 이용해 해석을 수행했다. 이 문서에 보고된 연구에 기초하여 다음과 같이 결론을 내릴 수 있다. 1. 중간 모멘트 프레임(IMFs)과 특수 모멘트 프레임(SMFs)을 활용한 구조물의 거동은 초기단계 응답의 휨에 의해 지배된다. 중간기둥의 수직변위의 증가와 함께 보의 축방향 신장으로 비롯되는 “Arching Action” 또는 압축력의 발전을 통해 저항력이 발생한다. 수직응력의 추가적인 증가와 함께 보의 인장력과 거동은 Catenary Action 에 지배된다. 2. 연구의 결과는 프로그램을 통한 수치해석과 실제 실험 결과가 잘 일치함을 보여준다. 3. 단순화된 유한요소 모델은 특성화된 구조물의 주요 응답을 명확히 파악할 수 있게 해주었다. 4. 계획 된 기둥 제거 시나리오의 단순화된 유한요소 모델은 콘크리트와 철근을 각각 표현한 상세 모델에 비해 상대적으로 해석 소요시간을 상당히 감축시켜주었다. 본 연구를 통하여 보와 스프링 요소로 이루어진 단순화된 유한요소 모델이 중간 모멘트 프레임(IMFs)과 특수 모멘트 프레임(SMFs)으로 구성된 실제 모델의 거동 특성을 정확하게 예측함을 알 수 있었다. 더 나아가 이 연구를 통해 발전된 단순화된 유한요소 모델은 빌딩 구조물의 저항력을 측정하기 위한 구조물 시스템 해석에 유용하게 쓰일 것이다.