Behavior of Steel Fiber-Reinforced Concrete Exterior Connections under Cyclic Loads

Beam-column gravity or Intermediate Moment frames subjected to unexpected large displacements are vulnerable when no seismic details are provided, which is typical. Conversely, economic efficiency of those frames is decreased if unnecessary special detailing is applied as the beam and column size becomes quite large and steel congestion is caused by joint transverse reinforcement in beam-column connections. Moderate seismic design is used in Korea for beam-column connections of buildings with structural walls, which are to be destroyed when the unexpected large earthquake occurs. Nonetheless, performance of such beamcolumn connections may be substantially improved by the addition of steel fibers. This study was conducted to investigate the effect of steel fibers in reinforced concrete exterior beam-column connections and possibility for the replacement of some joint transverse reinforcement. Ten half-scale beam-column connections with non-seismic details were tested under cyclic loads with two cycles at each drift up to 19 cycles. Main test parameters used were the volume ratio of steel fibers (0%, 1%, 1.5%) and joint transverse reinforcement amount. The test results show that maximum capacity, energy dissipation capacity, shear strength and bond condition are improved with the application of steel fibers to substitute transverse reinforcement of beam-column connections. Furthermore, several shear strength equations for exterior connections were examined, including the proposed equation for steel fiber-reinforced concrete exterior connections with non-seismic details.

반복하중을 받는 강섬유 보강 철근콘크리트 외부 접합부의 거동 특성

횡보강근이 적게 포함된 보통강도 철근콘크리트 보-기둥 접합부에서 강섬유의 보강효과에 관한 실험적 연구를 진행하였다. 이를 규명하기 위해 총 10개의 접합부 실험체를 제작하였으며, 접합부 횡보강근량과 강섬유 혼입률($V_f$ = 0%, 1%, 1.5%)을 주요변수로 실험하였다. 실험은 총 19싸이클의 반복주기하중의 형태로 가력되었으며 각 싸이클의 반복회수는 2싸이클씩 준정적 지진하중의 형태로 적용되었다. 실험 결과를 통해 보통 강도 철근콘크리트 보-기둥 접합부에 강섬유를 보강함으로써 횡보강근 감소에 따른 피해정도를 어느 정도 줄일 수 있다는 결론을 얻었고, 또한 강섬유 보강으로 접합부 전단강도를 증가시킬 수 있고 동시에 에너지소산능력을 향상시킬 수 있다는 결론을 도출하였다. 보다 정량적인 평가를 위해 이 연구의 시험체들과 기존의 보-기둥 접합부 RC 시험체들에서 측정된 최대 접합부 전단강도값과 ACI 352R-02의 설계기준식, Jiuru et al.의 제안식, 그리고 Kim et al.의 제안식을 비교 분석하였다. 이러한 분석 결과 Jiuru et al.의 전단강도 제안식이 실험 결과를 과대평가하는데 반해 Kim et al.의 전단강도 제안식은 모든 시험체에 대해 안정적인 결과와 적은 오차범위를 나타내었다. 따라서, 이 연구를 바탕으로 해서 적절한 접합부 배근상세와 함께 강섬유 보강 철근콘크리트 보-기둥 접합부에 대한 추가적인 연구가 진행된다면, 횡보강근의 감소를 통한 시공의 어려움 해소 및 내진성능의 향상이 가능할 것으로 판단된다.