조적채움벽을 가진 RC 골조의 횡력에 대한 구조적 거동에 관한 연구

Abstract

In this paper, in order to more accurately predict the structural behavior of RC frame structures infilled with masonry walls used in low-rise concrete buildings such as school buildings, the strength calculation method for lateral forces considering the interaction between the infilled walls and the RC frame was proposed. The proposed calculation method first predicted the failure mode of the masonry infill wall and determined the appropriate strength. This method minimizes the error that occurs when the failure mode assumed by the existing strength calculation equations does not match the actual one. The behavior of the frame was reflected in the strength calculation by considering the interaction with the infilled wall and the behavior difference with the pure frame.

Prediction of failure mode of masonry-infilled walls There are various failure modes of masonry-infilled walls, such as bed-joint sliding failure, diagonal tension failure and corner crushing failure, and it is known that the expected shear strength varies greatly depending on each failure mode. Researchers suggested strength equations for each fracture mode, but it was common to select the minimum value among the calculation results of each strength equation to determine the failure mode. However, as a result of checking a number of specimens, bed-joint sliding failure showed the lowest strength for most of the cases. In the case of failure other than the bed-joint sliding failure in the experimental results, there were many errors with the experimental results. In this paper, by analyzing a number of infilled wall frames, it is possible to predict the failure mode of infilled walls by comprehensively considering the infill-frame strength ratio, stiffness ratio, and aspect ratio of infilled walls.

Changes in the behavior of the frame due to the masonry-infilled wall As a result of the analysis of the frames of the masonry-infilled wall frame specimens conducted in the past, it was confirmed that there are many cases in which the frame failure mode of the pure frame and the infilled wall frame is different. When the infilled wall frame is deformed, the frame receives a reaction force from the infilled wall, so the load pattern is different from that of the pure frame. In this paper, the failure mode and strength were proposed by predicting the behavior of the frame affected by the masonry-infilled wall.

Calculation of lateral strength of masonry-infilled wall frames Even if the strength of the infilled wall and frame is calculated considering the interaction, the lateral strength of the entire frame should be calculated according to the failure mode and order of failure of each member. The strength calculation method proposed in this paper calculates the sum of the strengths of two members according to each failure time, taking into account the ductile or brittle behavior of the infilled wall and frame. According to the behavior of each member and the time of failure, the equations for calculating the maximum strength was presented for a total of six cases, and it was confirmed that this papers method could improve lateral strength of masonry-infilled frames prediction accuracy compared to the existing strength equations.

The failure mode prediction of masonry-infilled walls and frames presented in this paper showed more than 50% improvement in prediction accuracy compared to the existing failure mode prediction method. In terms of lateral strength, the strength calculation method in this paper greatly reduce the error with the experimental results by 11.4% to 20.9% than existing strength calculation methods.| 본 논문에서는 학교 건축물과 같은 저층콘크리트 건축물에서 사용되는 조적채움벽이 있는 RC 골조 구조물의 횡력에 대한 구조적 거동을 보다 정확하게 예측하기 위하여 조적채움벽과 RC 골조의 상호 작용을 고려하여 횡력에 대한 강도 산정 방법을 제안하였다. 제안된 산정 방법은 조적채움벽의 파괴모드를 먼저 예측하고 그에 맞는 강도를 결정하여 기존 조적채움벽 강도 산정식이 가정한 파괴모드가 실제와 일치하지 않는 경우 나타나는 오차를 최소화하였으며 골조의 거동은 조적채움벽과의 상호 작용을 고려하여 순수골조와의 거동 차이를 확인하고 이를 강도 산정에 반영하였다.

조적채움벽의 파괴모드 예측 조적채움벽의 파괴모드에는 가로줄눈미끄러짐 파괴, 대각인장 파괴, 모서리압괴 파괴 등 다양한 파괴모드가 있으며 각 파괴모드에 따라 기대되는 전단강도가 크게 다르다고 알려져 있다. 기존 연구자들도 파괴모드별 강도식을 제시하였으나 파괴모드의 결정은 각 강도식들의 계산결과 중 최솟값을 선택하는 것이 일반적이다. 그러나 이러한 강도식들을 다수의 실험체들에 대해 계산한 결과 가로줄눈미끄러짐 파괴 시 강도 계산 결과가 가장 낮은 경우가 대부분이었으며 실험 결과에서 가로줄눈미끄러짐 파괴가 아닌 다른 파괴가 나타나는 경우가 많다. 본 논문에서는 다수의 조적채움벽골조를 분석하여 조적채움벽과 골조의 강도비, 강성비, 그리고 조적채움벽의 형상비를 종합적으로 고려하여 조적채움벽의 파괴모드를 예측할 수 있는 파라메터를 이용하여 조적채움벽의 파괴모드를 보다 정확히 예측할 수 있다. 기존 조적채움벽골조 실험 문헌들을 수집하여 작성한 데이터베이스에 대하여 본 논문의 파괴모드 예측방법을 적용한 결과 92%의 높은 예측 정확도를 보였다.

조적채움벽에 의한 골조의 거동 변화 실험 문헌 데이터베이스에서 골조의 파괴모드에 대한 분석 결과 순수골조와 조적채움벽골조의 골조 파괴모드가 다른 경우가 다수 있는 것을 확인하였다. 조적채움벽골조의 변형 시 골조는 조적채움벽으로부터 반력을 받게되므로 순수골조에서와는 다른 거동 양상을 보이게 된다. 본 논문에서는 이를 고려하여 조적채움벽의 영향을 받는 기둥의 휨항복 시 기둥 최상단에 가해질 것으로 예상되는 전단력을 계산하여 전단강도와의 비교를 통해 조적채움벽골조에서 골조의 파괴모드와 강도를 예측하였다.

조적채움벽골조 최대내력 산정 기존에는 조적채움벽과 골조의 강도를 단순히 합하여 전체 골조의 강도를 산정하였으나 본 논문에서는 각 부재의 파괴모드와 파괴시점에 따라 산정하였다. 조적채움벽골조의 최대내력은 두 부재의 파괴 시점에 따라 달라질 수 있으며 본 논문에서는 조적채움벽과 골조의 강도가 극단적으로 차이나지 않는 경우를 대상으로 했기 때문에 하나의 부재가 파괴되는 순간에 최대내력이 발현된다고 가정하였다. 본 논문에서 제안한 강도 산정법은 이러한 조적채움벽과 골조의 연성적 또는 취성적인 거동을 고려하여 각 파괴 시점에 따라 두 부재 강도의 합을 계산한다. 각 부재의 거동과 파괴 시점에 따라 총 6가지 경우에 대하여 최대내력 산정식을 제시하였으며 기존 실험 결과와의 비교를 통해 기존 강도식들보다 개선되었음을 확인하였다.

본 논문에서 제시한 조적채움벽과 골조의 파괴모드 예측은 기존 파괴모드 예측 방법에 비해 50% 이상 향상된 예측 정확도를 보였으며 최대내력 측면에서도 실험결과와의 오차를 11.4% ~ 20.9% 감소시켜 기존 강도 산정 방법을 크게 개선했다고 판단된다.