Seismic Curvature Ductility of RC Bridge Piers with 2.5 Aspect Ratio

Due to the 1989 Loma Prieta, 1995 Hyogoken Nambu earthquakes, etc, a number of bridge columns  were collapsed in flexure-shear failures as a consequence of the premature termination of the column longitudinal reinforcement. Nevertheless, previous researches for the performance of bridge columns were concentrated on the flexural failure mode. It is well understood that the seismic behaviour of RC bridge piers was dependent on the performance of the plastic hinge of RC bridge piers, the ductility of which was desirable to be computed on the basis of the curvature. Experimental investigation was made to evaluate the variation of the curvature of the plastic hinge  region for the seismic performance of earthquake-damaged RC columns in flexure-shear failure mode. Seven test specimens in the aspect ratio of 2.5 were made with test parameters: confinement ratios, lap splices, and retrofitting FRP materials. They were damaged under series of artificial earthquakes that could be compatible in Korean peninsula. Directly after the pseudo-dynamic test, damaged columns were retested under inelastic reversal cyclic loading under a constant axial load, $P=0.1f_{ck}A_g$. Residual seismic capacity of damaged specimens was evaluated by analzying the moment-curvature hysteresis and the curvature ductility. Test results show that the biggest curvature was developed around 15cm above the footing, which induced the column failure. It was observed that RC bridge specimens with lap-spliced longitudinal steels appeared to fail at low curvature ductility but significant improvement was made in the curvature ductility of RC specimens with FRP straps wrapped around the plastic hinge region. Based on the experimental variation of the curvature of RC specimens, new equivalent length of the plastic hinge region was proposed by considering the lateral confinement in this study. The analytical and experimental relationship between the displacement and the curvature ductility were compared based on this proposal, which gave excellent result.

형상비 2.5의 RC 교각의 내진 곡률연성도

1989년 로마프리타지진 및 1995년 효고현 남부지진등 많은 교각에서 휨-전단 파괴에 의한 피해가 발생하였다. 그럼에도 불구하고 지금까지의 교각의 내진성능에 관한 연구는 대부분 휨파괴에 대한 연구가 지배적이었다. RC 교각의 내진성능은 교각의 소성힌지구간의 성능에 좌우되고 있으며, 소성힌지의 연성은 곡률에 의해 평가하는 것이 바람직하다. 실험연구는 지진하중의 손상을 입은 RC교각의 휨전단거동에 관한 소성힌지구간 내의 곡률변화를 평가하였다. 실험에 사용된 7기의 실험체는 형상비 2.5에 횡방향 구속력, 주철근의 겹침이음 그리고 섬유보강을 변수로 가지고 있다. 이 실험체는 유사동적실험 수행을 통해 손상을 주었으며, 유사동적실험 후에는 일정한 축력,$P=0.1f_{ck}A_g$을 유지하면서 변위제어방식으로 유사정적실험을 실시하여 잔류내진성능을 평가하였다. 실험 결과 기초에서 15cm 구간에 가장 큰 곡률이 발생하였으며 파괴도 이 단면에 집중되었다. 또한, 연성도 분석결과 주철근이 겹침이음 된 RC 교각이 낮은 곡률연성도를 보였으며, 이를 섬유보강한 실험체의 휨강성과 곡률연성도는 현저히 개선되었다. 그리고, 교각의 곡률변화를 분석하여 횡구속력을 고려한 등가소성힌지길이 산정식을 제안하였으며, 이 제안된 식을 적용하여 변위연성도와 곡률연성도 관계를 분석하였다.