For performance-base design using nonlinear static analysis, it is required to predict the inelastic behavior of structural members accurately. In the present study, nonlinear numerical analysis was performed to develop the method describing the moment-curvature relationship of structural wall with boundary confinement. Through the numerical analysis, variations of behavioral characteristics and failure mechanism with the arrangement of vertical reiforcement and the length of boundary confinement were studied. Based on the findings, moment-curvature curves and curvature capacity for walls with a variety of re-bar arrangement was developed. By equalizing curvature capacity to demand, a design method which can determine the length of boundary confinement, was developed and for the effectiveness of boundary confinement and constructability, boundary confinement detail was proposed.
구조벽의 성능에 기초한 내진설계를 위해서는 변형요구량을 만족시킬 수 있도록 구조벽의 횡보강 길이 및 보강상세를 결정하는 합리적인 설계 방법이 필요하다. 이를 위하여, 다양한 설계변수를 고려하여 단부 횡보강된 구조벽의 최대곡률성능을 정의하였고 벽체의 형상, 설계변위에 따른 곡률요구량을 정의하였다. 벽체의 곡률성능과 요구량을 등가로 하여 벽체 단부의 횡보강길이를 산정할 수 있는 방법을 제안하였다. 본 방법에 의하면 단부횡보강길이는 압축력과 설계변위가 증가하면 늘어나고 콘크리트 강도, 벽체두께, 횡보강효과, 형상비가 커지면 줄어든다. 또한 효율적인 단부 횡보강 효과와 시공성을 확보하기 위해서 단부 횡보강상세에 대한 연구를 수행하였으며 이 연구결과를 근거로 효율적인 횡보강근의 배치간격에 대한 합리적인 지침을 제안하였다.
Experimental studies were peformed to investigate variations in ductility of shear wall with length of boundary confinement. Eight specimens containg different lengths of confinment zone, which model compressive zone in plastic regions of shear walls, were tested against eccentric vetical load. Stress-strain model for confined concrete was used to predict strength and ductility of the specimens, which was compared to the test results. The results obtained show that failure of the compressive zone occurs in a brittle manner when the stress of unconfined zone softened after the ultimate strength were reached. To enhance the ductility of shear walls with concentrated confinement zone such as barbell-type walls, the ultimate strength of the confinement zone needs to be increased, and for shear walls with distributed confinement zone the length of the confinement zone needs to be extended.
The ductility of reinforced concrete bearing walls subjected to high axial loading and moment can be enhanced by improving the deformability of the compression zone or by reducing the neutral axis depth. The current state-of-the-art procedure evaluating the confinement effect prompts a consideration of the spaces between the transverse and longitudinal reinforcing bars, and a provision of tie bars. At the same time, consideration must also be given to the thickness of the walls. However, such considerations indicate that the confinement effect cannot be expected with the current practice of detailing wall ends in Korea. As an alternative, a comprehensive method for dimensioning boundary elements is proposed so that the entire section of a boundary element can stay within the compression zone when the full flexural strength of the wall is developed. In this comprehensive method, the once predominant code approach for determining the compression zone has been advanced by considering the rectangular stress block parameters varying with the extreme compression fiber strain. Moreover, the size of boundary elements can also be determined in relation to the architectural requirement.
Experimental and numerical studies were done to investigate seismic performance of slender shear walls with no boundary confinement that are principal structural members of high0rise bearing wall buildings. 1/3 scale specimens that model the plastic region of long slender shear walls subjected to combined axial load and bending moment were tested to investigate strength, ductility, capacity of energy dissipation, and strain distribution, The experimental results show that the slender shear walls fail due to early crushing in the compressive boundary, and then have very low ductility. The measured maximum compressive strain is 0.0021, much less than 0.004 being commonly used for estimation of ductility. This result indicates that the maximum compressive strain is not a fixed value but is affected by moment gradient along the shear wall height and distance from the neutral axis to the extreme compressive fiber.
Structural walls have been mostly used for the design of reinforced concrete buildings in seismic areas because they play a role as an efficient bracing system and offer great potential for lateral load resistance and drift control. The lateral resistance system for the earthquake load should be designed to have enough ductility and stable hysteretic response in the critical regions where plastic deformation occurred beyond yielding. The behavior of the reinforced concrete element to experience large deformation in the critical areas by a major earthquake is affected by the performance of the confined core concrete. Thus, the confinement of concrete by suitable arrangements of transverse reinforcement results in a significant increase in both the strength and ductility of compressed concrete. This paper reports the experimental results of reinforced concrete structural walls for wall-type apartment structure under axial loads and cyclic reversal of lateral loads with different confinement of the boundary elements. The results show that confinement of the boundary element by open 'U'-bar and cross tie is effective. The shear strength capacity is not increased by the confinement but deformation capacity is improve.
초음속 유동이 덕트와 같은 내부를 지날 때 의사충격파라는 유동 구조가 생성된다. 의사충격파는 충격파-경계층 상호작용의 결과이며 이를 정확히 모사하기 위해서는 충격파 구조 뿐만 아니라 경계층 거동 역시 정확히 예측해야 한다. 따라서 본 연구에서는 유동의 정확한 입구조건을 알아내고 이를 이용하여 사각 덕트 내부에서 발생하는 의사충격파를 2차원 전산유동해석으로 해석한다.
This paper reports on tests of reinforced concrete shear walls for wall-type apartment structure under axial loads and the cyclic reversal of lateral loads with different confinement of the boundary elements. Confinement of the extreme element by U-stirrups and tie hooks seems to be as effective as closed stirrups. The shear strength capacity seems not to be increased by the confinement but deformation capacity improved.
비선형정적해석과 같은 성능기초설계를 위해서는 부재의 비선형거동을 정확하게 예측하여야 한다. 본 연구에서는 단부횡보강된 구조벽의 휨모멘트-곡률관계를 구하는 방법을 개발하기 위하여 해석연구를 실시하였다. 비선형해석을 수행하여 수직방향 철근의 배치형태와 단부횡보강 길이의 변화에 따른 구조벽체의 거동특성과 파괴 메카니즘의 변화를 연구하였다. 분석결과, 적절하게 횡보강된 벽체의 최대강도는 비횡보강 콘크리트가 극한 압축변형율에 도달하는 경우에 발생한다. 단부집중배근을 갖는 벽체에서는 취성파괴가 일어나며, 웨브의 수직철근은 연성파괴를 유도하는 역할을 한다. 이러한 연구결과에 근거하여 다양한 배근형태를 갖는 벽체에 대한 모멘트-곡률관계를 정의하였다. 이 제안된 관계에 따르면 단부횡보강된 구조벽체의 변형능력은 재하된 압축력에 비하여 횡보강 콘크리트의 압축재하능력이 증가할수록 증가한다.
전단벽의 연성도 확보를 위한 단부횡보강 설계에 있어서, 현재 설계기준들은 경험적이며 강제적이다. 즉, 현재 설계기준은 연성도 요구량에 관계없이 단부횡보강영역과 상세를 정해 놓고 있으며, 따라서 성능기초설계에 부적합하다. 본 연구의 목적은 성능기초설계에 적합한 전단벽의 연성도 설계방법을 개발하는 것이다. 단부횡보강영역에 따른 전단벽의 연성도변화를 조사하기 위하여 실험연구를 수행하였으며 압축대를 모델링하기 위하여 각기 다른 횡보강영역을 갖는 시험체에 편심축하중을 가력하였다. 실험연구를 통하여 횡보강된 벽체 압축대의 강도, 연성도, 파괴모드 등을 연구하였으며, 벽체 단면 전체에서 단부 횡보강으로 인하여 발생하는 연성도 및 파괴시점을 조사하기 위하여 비선형 수치해석을 수행하였다. 실험과 해석연구 결과를 기반으로 하여 전단벽의 연성도 설계방법을 개발하였다. 제안된 설계방법을 이용하여, 주어진 연성도 요구량에 맞게 단부횡보강영역과 횡보강량을 정확히 결정할 수 있으며, 따라서 벽체의 연성거동을 보장하는 동시에 경제적인 벽체설계가 가능하게 되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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