Pinching and Energy Dissipation Capacity of Flexure-Dominated RC Members

Pinching is an important property of reinforced concrete member which characterizes its cyclic behavior. In the present study, numerical studies were performed to investigate the characteristics of pinching behavior and the energy dissipation capacity of flexure-dominated reinforced concrete members. By investigating existing experiments and numerical results, it was found that flexural pinching which has no relation with shear action appears in RC members subject to axial compression force. However, members with specific arrangement and amount of re-bars, have the same energy dissipation capacity regardless of the magnitude of the axial force applied even though the shape of the cyclic curve varies due to the effect of the axial force. This indicates that concrete as a brittle material does not significantly contribute to the energy dissipation capacity though its effect on the behavior increases as the axial force increases, and that energy dissipation occurs primarily by re-bars. Therefore, the energy dissipation capacity of flexure-dominated member can be calculated by the analysis on the cross-section subject to pure bending, regardless of the actual compressive force applied. Based on the findings, a practical method and the related design equations for estimating energy dissipation capacity and damping modification factor was developed, and their validity was verified by the comparisons with existing experiments. The proposed method can be conveniently used in design practice because it accurately estimates energy dissipation capacity with general design parameters.

휨지배 철근콘크리트 부재의 핀칭과 에너지 소산능력

핀칭은 철근콘크리트 부재의 주기거동 특성을 나타내는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 휨지배를 받는 철근콘크리트 부재에 대하여 핀칭거동의 특성과 에너지 소산능력을 연구하기 위하여 수치해석 연구를 실시하였다. 기존의 실험연구와 수치해석 결과를 분석한 결과, 전단거동과 무관한 휨핀칭이 압축력을 받는 부재에서 일어난다는 사실이 밝혀졌다. 그러나 일정한 철근 배근형태와 철근양을 갖는 부재들은 압축력의 영향에 의하여 주기거동의 형상이 변하더라도 재하된 압축력의 크기와 관계없이 일정한 에너지소산능력을 갖는다. 이는 콘크리트는 압축력이 증가함에 따라서 그 영향력이 증대되지만 취성재료로서 에너지 소산능력에 큰 영향을 미치지 않으며, 주로 철근에 의하여 에너지 소산이 일어난다는 사실을 가리킨다. 따라서 실제 재하되는 압축력의 크기에 관계없이 단순 휨을 받는 단면에 대한 해석을 통하여 휨지배 부재의 에너지 소산능력을 계산할 수 있다. 이러한 연구결과에 근거하여 에너지 소산능력과 감쇠보정계수를 평가할 수 있는 실용적인 방법과 설계식을 개발하였으며, 기존의 실험결과와의 비교를 통해 검증하였다. 이 제안된 방법은 일반적인 설계변수를 이용하여 에너지소산능력을 정확히 평가할 수 있으므로, 설계실무에서 편리하게 사용할 수 있다.