Flexural Overstrength of Reinforced Concrete Bridge Columns for Capacity Design

Capacity design is to guarantee ductile failure of whole bridge system by preventing brittle failure of columns and any other structural elements until the columns develope fully enough plastic deformation capacity. This concept has been explicitly regulated in most bridge design specifications of foreign countries except the current Korea Bridge Design Specifications. In the capacity design, the transformed shear force from flexural overstrength of reinforced concrete column is used as the design lateral shear force for shear design of columns and design of footings and piles. Different calculating methods are adopted by the design specifications, since the variability of material strength and construction circumstances of the local regions should be considered. This paper proposed material overstrength factors by investigating 3,407 reinforcing bar data and 5,405 concrete compressive strength data collected in Korean construction sites. It also proposed calculating procedures for flexural overstrength of reinforced concrete columns using the material overstrength. Finally, overstrength factor was proposed as 1.5 by investigating 1,500 column section data from moment-curvature analysis using the material overstrength.

철근콘크리트 교각의 성능보장설계를 위한 휨 초과강도

성능보장설계는 교각이 완전한 소성회전성능을 발휘할 때까지 다른 구조요소들과 교각 자체가 취성파괴 되지 않도록 설계하여 교량 전체 시스템의 연성파괴를 보장하기 위한 것으로서, 현행 도로교설계기준에는 명시적으로 규정되어 있지 않으나 대부분의 외국 교량내진설계기준에 채택되어 있다. 성능보장설계에서는 철근콘크리트 교각의 휨 초과강도를 구하고 이를 변환한 전단력을 교각, 기초, 말뚝에 작용하는 횡하중 설계전단력으로 결정하여 교각의 전단설계, 기초설계, 말뚝설계를 수행하도록 규정한다. 이 때 교각의 최대 소성모멘트를 결정하는 방법은 설계기준별로 각기 다른데, 이는 각 국의 재료 시공환경이 다르기 때문이다. 본 연구에서는 국내에서 사용하는 철근의 인장강도 측정치 3,407개와 콘크리트 압축강도 측정치 5,405개의 분석을 통하여 재료 초과강도계수를 제안하였고, 이를 적용하여 휨 초과강도를 결정하는 방법을 제시하였으며, 1,500개의 교각단면에 대한 모멘트-곡률 해석을 수행한 후 통계분석을 통하여 우리나라 실정에 적합한 초과강도계수를 제안하였다.