Seismic Performance and Retrofit of Reinforced Concrete Two-Column Piers Subjected to Bi-directional Cyclic Loadings

Seismic performance and retrofit of reinforced concrete (RC) two-column piers widely used at roadway bridges in Korea was experimentally evaluated. Ten two-column piers that were 400 mm in diameter and 2,000 mm in height were constructed. These piers were subjected to hi-directional cyclic loadings under a constant axial load of $0.1f_{ck}A_g$. Test parameters were the confinement steel ratio, loading pattern, lap splice of longitudinal reinforcing bars, and retrofitting method. Specimens with lap-spliced longitudinal bars were retrofitted with steel jacket, pre-stressing steel wire, and steel band. Test result showed that while the specimens subjected to bi-directional lateral cyclic loadings which consisted of two main amplitudes in the transverse axis and two sub amplitudes in longitudinal axis, referred to as a T-series cyclic loadings, exhibited plastic hinges both at the top and bottom parts of the column, the specimens subjected to bi-directional lateral cyclic loadings in an opposite way, referred to as a L-series cyclic loadings, exhibited a plastic hinge only at the bottom of the column. The displacement ductility of the specimen under the T-series loadings was bigger than that of the specimen under the L-series loadings. Specimen retrofitted with pre-stressing steel wires exhibited poor ductility due to the upward shift of the plastic hinge region because of over-reinforcement, but specimens retrofitted with steel jacket and steel band showed the required displacement ductility. Steel band can be an effective retrofitting scheme to improve the seimsic performance of RC bridge piers, considering its practical construction.

이축반복하중을 받는 2주형 철근콘크리트 교각의 내진성능과 보강

본 연구는 도로교의 교각으로 널리 사용되고 있는 2주형 철근 콘크리트 교각의 내진성능과 보강방안을 실험적으로 수행하였다. 실험체는 지름 400mm, 높이 2,000mm인 2주형 원형교각 10기를 제작하였으며, 하중은 $0.1f_{ck}A_g$ 크기의 축방향하중하에서 교축방향과 교축직각방향의 이축 횡방향하중을 교번 반복재하하였다. 실험변수는 심부구속철근비, 주하중방향, 주철근 겹침이음 그리고 보강방안을 선택하였다. 주철근 겹침이음이 있는 교각에 대한 보강방안으로 steel band, steel jacket, 그리고 prestress 강선을 이용하였다. 실험 결과 주하중방향이 교축직각인 실험체가 소성힌지구간이 교각의 상 하부 양측에 발생하면서 주하중 방향이 교축방향인 실험체보다 연성 능력이 우수한 것으로 나타났다. 프리스트레스 강선으로 보강한 실험체는 과보강으로 인한 소성힌지구간의 이동으로 연성도 저하가 나타났으나, steel jacket 및 steel band로 보강한 실험체는 모두 요구연성도를 만족하는 것으로 나타났다. 특히, steel band에 의한 보강방안은 시공성 등을 감안하여 바람직한 철근 콘크리트 교각의 내진 보강방안으로 고려될 수 있다.