성능기반설계를 위한 능력스펙트럼법을 이용한 성능영향인자 비교분석

Abstract

Performance based design is the design method for the optimized structure that is considered by the safety about an external hazard and a reliability by based probability theory. thus, the hazard analysis and the performance evaluation included by the basic process of performance based design should use variables that speak sufficiently the irregularities of external risks and the uncertainty of materials. the performance evaluation specially exposing the performance of structure is affected by the material and structural characteristics. these should be necessary for the analysis about the effect of structure performance. thus, to evaluate the structural performance affected the material properties and structural characteristics, firstly it is conducted the non-linear analysis of the structure, secondly it is analyzed the performance influence factor of the structure using the capacity spectrum evaluating the dynamic equilibrium state of structure and the external loads evaluating through the spectrum transform. The performance influence factors affecting the performance of structure divided into five classes. about the structure's material properties, the first is the strength of concrete, the second and the third is longitudinal and transverse reinforcement. about the structural characteristic, the fourth is the aspect ratio and the fifth is axial force .as the each change of performance factor through the non-linear static analysis, it is analyzed that each performance influence factor affects the structural yield displacement, yield basis shear force, and static performance of ductility ratio. as well, the performance evaluation is carried through the modified capacity spectrum method based the result of non-linear static analysis, it is deduced the performance point and drift ratio and is analyzed the effect of each performance influence factor. From the result of analysis about the change of performance influence factor, the more the strength of concrete is increasing, the more the maximum shear force is increasing and the yield displacement is not changed. the more longitudinal reinforce is increasing, the more yield displacement and the maximum basis shear force is increasing but the change of ductility is trivial. the more the transverse reinforce is increasing, the more ductility ratio is proportionally increasing but the change of maximum basis shear force is trivial. the yield displacement of structure is increasing and the maximum basis shear force is decreasing by increasing the aspect ratio. and the rate of ductility is shown by a phase of decreasing on the section shape. The more the axial force increases, the more yield displacement and maximum basis shear force decease. and the ductility ratio is shown by a phase of decreasing on the section shape.; 성능기반설계는 구조물에 작용하는 외부위험에 대하여 안전을 보장할 수 있는 성능을 확보하도록 하는 설계방법으로 확률론에 입각한 신뢰성을 바탕으로 최적의 구조물을 설계하기 위한 방법이다. 따라서 성능기반설계의 기본절차에 포함되어 있는 위험도분석과 성능평가는 외부위험의 불규칙성이나 재료의 불확실성을 충분히 대변할 수 있는 변수들을 사용하여야 한다. 특히 구조물의 성능을 나타내는 성능평가에 있어 재료물성과 구조특성의 영향을 많이 받으며, 이러한 재료물성과 구조특성이 구조물의 성능에 어떠한 영향을 미치는지 분석이 필요하다. 따라서 재료물성과 구조특성이 구조성능에 미치는 영향을 평가하기 위해서 구조물에 대한 비선형정적해석을 수행하여 스펙트럼변환을 통해 외부하중과 구조물의 동적평형상태의 성능을 평가하는 능력스펙트럼법을 사용하여 구조물의 성능영향인자에 대한 분석을 수행하였다. 구조물의 성능에 영향을 주는 성능영향인자는 구조물의 재료물성과 관련하여 콘크리트강도, 종방향주철근, 횡구속철근에 대하여, 구조특성과 관련하여 형상비, 축하중에 대하여 총 5가지로 정의하였다. 각각의 성능영향인자의 변화에 따른 비선형정적해석을 수행하여 각각의 성능영향인자들이 구조물의 항복변위와 항복 기저전단력 및 연성비의 정적성능에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 비선형정적해석의 결과를 바탕으로 수정된 능력스펙트럼법을 통해 성능평가를 실시하여 구조물의 성능점과 변위비를 도출하여 각각의 성능영향인자가 미치는 영향을 분석하였다. 성능영향인자의 변화에 따른 분석결과, 콘크리트강도 증가에 따른 항복변위는 동일하지만 최대 기저전단력은 증가하였다. 종방향주철근 증가에 따른 항복변위와 최대 기저전단력은 모두 증가하였으며, 연성비의 변화는 없었다. 횡구속철근 증가에 따른 항복변위와 최대 기저전단력의 변화량은 미비하지만, 연성비는 비례하여 증가하였다. 형상비 증가에 따른 구조물의 항복변위는 증가하며, 최대 기저전단력은 감소하고, 연성비는 단면의 형상에 따라 다른 감소양상을 보인다. 축하중 증가에 따른 구조물의 항복변위와 최대 기저전단력은 감소하였으며, 연성비는 단면의 형상에 따라 다른 감소양상을 보인다.