대각철근을 갖는 고성능 섬유보강 시멘트 복합체(HPFRCC) 연결보의 이력거동 평가

Abstract

독립된 구조벽체를 연결보로 연결한 병렬전단벽시스템은 횡력에 효율적으로 저항하는 구조시스템이다. 연결보는 지진하중 작용시 반복되는 큰 전단변형을 요구하게 된다. 그러므로 연결보는 지진하중이 작용시 갑작스런 취성파괴가 일어나지 않고 충분한 연성능력을 확보하는 상세에 대하여 주로 연구가 이루어졌다. 이에 Paulay는 대각보강근을 갖는 철근콘크리트 연결보를 제안하였다. 대각보강의 기본 개념은 일반 배근된 연결보의 대각스트럿을 철골 브레이스의 거동을 보일 수 있는 대각보강근으로 대체한다는 점이고, 이러한 대각보강상세의 주요 이점은 주로 다축하중에 놓인 경우 모든 전단저항이 대각보강근에 의해 결정된다는 것이다. 그러나 대각보강근을 갖는 철근콘크리트 연결보는 배근상세가 매우 복잡하여 시공시 배근 및 거푸집 공사의 복잡성에 의한 공기 증대가 야기되며, 특히 대각철근의 일정한 경사를 유지시키기 위해 춤이 깊어져 층고가 높아지는 문제점이 발생하고 있다. 본 연구에서는 반복하중 하에서 HPFRCC와 횡보강근 상세에 따른 연결보의 내진 거동의 영향을 조사하였다. HPFRCC의 사용으로 ACI 기준에서 제시하는 상세를 갖는 연결보와 유사한 성능을 보유하면서 횡보강근의 감소 가능성을 평가한다. ACI 318-11(2011)의 두 번째 상세를 기초로 단순화된 철근상세를 갖는 HPFRCC 연결보 상세를 제안하고 이를 검증하고자 3개의 실험체를 제작하여 실험을 수행하였다. 횡구속 철근이 없는 HPFRCC-X 실험체는 기준 실험체의 성능에 미치지 못하였지만 HPFRCC의 가교작용을 통한 횡구속 효과를 확인하였고, 횡구속 철근을 기준 실험체의 1/2로 배근하고 HPFRCC로 보강한 실험체인 HPFRCC-0.5는 기준 실험체 ACI-RC와 유사한 내진성능과 연성거동을 보였다. 따라서 HPFRCC 보강을 통해 병렬전단벽시스템에서 대각철근을 갖는 철근콘크리트 연결보의 횡구속 철근양을 감소시킴으로써 철근 상세 단순화가 가능 할 것으로 판단된다.|Diagonal reinforced coupling beams can provide excellent strength, stiffness and energy dissipation capacities. However, constructing diagonal reinforced coupling beams in construction sites is difficult due to reinforcement congestion and interference among reinforcement associated with complex reinforcement arrangement required by current design provisions. The objective of this study is to simplify the reinforcement details of diagonal reinforced coupling beams by reducing transverse reinforcement around the beam perimeter. This was achieved by using high performance fiber-reinforced cement composites (HPFRCC) for diagonal reinforced coupling beams. Experiments were conducted using three specimens under reversed cyclic loads to evaluate hysteretic behaviors of HPFRCC diagonal reinforced coupling beams. Test results showed that the use of HPFRCC in diagonal reinforced coupling beams is very effective to provide confinement effect. HPFRCC diagonal reinforced coupling beams with half of transverse reinforcement required by ACI 318-11 provided almost identical energy dissipation capacities than those of diagonal reinforced concrete coupling beams detailed according to ACI 318-11.; Diagonal reinforced coupling beams can provide excellent strength, stiffness and energy dissipation capacities. However, constructing diagonal reinforced coupling beams in construction sites is difficult due to reinforcement congestion and interference among reinforcement associated with complex reinforcement arrangement required by current design provisions. The objective of this study is to simplify the reinforcement details of diagonal reinforced coupling beams by reducing transverse reinforcement around the beam perimeter. This was achieved by using high performance fiber-reinforced cement composites (HPFRCC) for diagonal reinforced coupling beams. Experiments were conducted using three specimens under reversed cyclic loads to evaluate hysteretic behaviors of HPFRCC diagonal reinforced coupling beams. Test results showed that the use of HPFRCC in diagonal reinforced coupling beams is very effective to provide confinement effect. HPFRCC diagonal reinforced coupling beams with half of transverse reinforcement required by ACI 318-11 provided almost identical energy dissipation capacities than those of diagonal reinforced concrete coupling beams detailed according to ACI 318-11.