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축력을 받는 철근콘크리트 깊은 보의 구조 거동에 관한 실험적 연구

Title
축력을 받는 철근콘크리트 깊은 보의 구조 거동에 관한 실험적 연구
Other Titles
An Experimental Study on Structural Behavior of Reinforced Concrete Deep Beams under Axial Load
Authors
이민섭
Issue Date
2011
Department/Major
대학원 건축학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Master
Advisors
신영수
Abstract
Recently, the interest in high rise buildings has been increasing. Mega structure system, which consists of mega beam and mega column having big stiffness, is one of the widely used high rise building system. In addition to vertical loads, mega beams in the upper floors are also subjected to higher lateral loads, in comparison to mega beams in lower floors. These loads cause axial strains which are confined within the beam by peripheral members. Consequently, the beam is subjected to axial load. The aim of this study is to understand the behavior of deep beams applied in a 70-story building with mega-structure system under axial loads. Dimension of specimens are determined by scaling the original size of the beam by 1/3. Main variables are the axial loads, horizontal reinforcement ratios and shear span-to-depth ratios. Taking into account the lateral loads in upper floors, the axial loads are calculated from 6% and 12% of maximum load capacity of section of the deep beam. The ratio of horizontal reinforcement satisfy the minimum reinforcement ratio, according to the Korean Building Code (KBC, 2009). Results show that when the prescribed axial loads (within 6%~12% of maximum load capacity of the section of the deep beam) are applied, they play a role of enhancing the strength of the beam. As beams are subjected to higher axial loads, stiffness and maximum strength tend to increase. It is observed that the horizontal reinforcement of the deep beam has little influence in resisting axial force. When the prescribed axial loads (within 6%~12% of maximum load capacity of the section of the deep beam) are applied, strains of horizontal reinforcement is no significant different depending on horizontal reinforcement ratio. In addition, as the shear span-to-depth ratio decreases, both, beams subject to axial loads and free of axial loads, display a decrease in beam action while an arch action increases. Therefore, beams with shear span-to-depth ratio equal to 1.0 have a higher maximum strength and lower deflections compared to beams with shear-span-to depth ratio equal to 1.5. Two failure modes were observed, and results suggest that the failure modes of deep beams under axial loads depend on shear span-to-depth ratio. A shear compression failure is occurred when the shear span-to-depth ratio is equal to 1.0, while when the shear span-to-depth ratio is equal to 1.5, there is a tendency to occurrence of a diagonal failure. Studies are performed in terms of the various aspects of the mechanical behavior of the analyzed deep beams, including load-versus-deflection response, load-versus-shear strain, strains in steel reinforcement, and changes in the location of the neutral axis.;최근 초고층 건물에 대한 관심이 증가하고 있다. 초고층 구조 시스템 중 메가 구조 시스템은 큰 강성을 가지는 메가 보와 메가 기둥으로 이루어진다. 상부 층의 메가 보는 깊은 보 형태로 하부 층의 보와 비교하였을 때 수직하중 뿐만 아니라 상대적으로 큰 횡 하중을 받는다. 이에 따라 축 방향 변형이 발생하게 되고, 이러한 변형이 주변 부재에 구속되어 깊은 보에 추가적인 축력이 작용한다. 본 연구는 축력을 받는 70층 건물의 메가 구조 시스템에 적용되는 깊은 보의 거동을 살펴보기 위하여 계획되었다. 메가 구조 시스템에 적용되는 깊은 보를 1/3로 축소하여 실험 체의 크기를 정하였으며, 축력, 수평 철근 비, 전단 스 팬 비를 변수로 설정하였다. 상부 층 깊은 보가 받는 축력의 크기를 고려하여 보 단면의 6%, 12%의 축력을 가하였으며 수평 철근 비는 KBC 2009에서 제시하고 있는 최소 철근 비를 만족하도록 하였다. 실험 결과, 깊은 보에 보 단면에서 계산한 최대 강도의 6%~12%의 축력이 가해진 경우 축력은 보 내력을 향상시키는 역할을 하였다. 축력이 증가할수록 강성 및 최대 내력이 증가하는 경향을 보였다. 깊은 보의 수평 철근은 축력에 대한 저항이 미비한 것으로 나타났다. 6~12%이내의 축력을 받는 깊은 보에서 수평 철근의 배근에 따라 수평 철근의 변형 률이 차이를 보이지 않는 것으로 나타났다. 축력을 받는 깊은 보는 축력을 받지 않은 깊은 보와 마찬가지로 전단 스 팬 비가 작으면 보 작용이 감소하고 아치 작용이 증가한다. 따라서 전단 스 팬 비가 1.0인 깊은 보는 전단 스 팬 비가 1.5인 깊은 보와 비교하였을 때 최대 내력이 증가하였으며 최대 변위는 감소하였다. 축력을 가한 깊은 보 실험 체의 파괴 유형은 전단 스 팬 비에 따라 두 가지로 나타낼 수 있다. 전단 스 팬 비 가 1.0인 경우 전단 압축 파괴가 나타났으며 전단 스 팬 비가 1.5인 경우 사인 장 파괴 형태가 두드러졌다. 이 외의 축력을 받는 깊은 보의 역학적 거동을 분석하기 위하여 하중-변위, 하중-전단 변형 률, 하중-수평 및 수직 철근 변형 률, 중립축의 변화 등을 살펴보았다.
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일반대학원 > 건축학과 > Theses_Master
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