건축된 새로운 프리캐스트 콘크리트 프레임 조인트의 내진 성능

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 5334(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

이 연구에서는 새로운 프리캐스트 콘크리트 프레임 보-기둥 연결이 설계되었습니다. 연결부는 프리캐스트 기둥과 솔기 영역의 조립 모드를 공동으로 채택하여 연결 영역의 무결성을 유지하고 조립 효율성을 높입니다. 기존의 그라우팅 슬리브 연결 방식을 기반으로 빔 단부에 디스크 스프링 장치를 구성하여 접합부의 연성을 향상시켰습니다. 2개의 모놀리식 연결, 4개의 일반 프리캐스트 연결 및 4개의 새로운 프리캐스트 연결을 포함하여 10개의 연결 시편을 낮은 순환 하중에서 테스트했습니다. 시험변수에는 접합형식과 축압력비가 포함되었으며, 접합부의 파괴모드, 이력특성, 강성저하, 에너지소산, 전단변형 등을 평가하여 내진성능의 차이를 판단하였다. 모놀리식 연결과 비교하여 기존 프리캐스트 연결은 유사한 히스테리시스 특성을 나타냅니다. 연성은 약간 낮지만 지지력은 더 높습니다. 이전 두 연결에 비해 디스크 스프링 장치가 내장된 새로운 연결은 내진 성능이 뛰어납니다. 축방향 압력비는 프리캐스트 연결부의 파손 모드를 결정하는 데 중요한 측면이며, 시편은 축방향 압력비가 클수록 전단 손상이 적습니다.

프리캐스트 콘크리트(PC) 프레임 구조는 시공 품질 향상, 시공 효율성 향상, 노동력 절약, 에너지 절약 및 배출 감소 등의 장점을 가지고 있습니다. 결과적으로 PC 프레임 구조를 기반으로 한 신축 건물 산업화라는 전략적 주제는 최근 수십 년 동안 점점 더 많은 관심을 받아 왔습니다1,2,3,4. 그러나 지진 발생 시 PC 프레임 구조의 열악한 내진 성능은 고강도 지역에서 PC 프레임 구조의 광범위한 사용을 제한하는 이유가 되었습니다5. PC 프레임 구조의 내진 성능은 PC 빔-기둥 연결의 신뢰성과 높은 상관관계가 있다는 것은 잘 알려져 있습니다. 많은 실험 연구에서 PC 빔-기둥 연결 실패로 인해 발생하는 PC 건물 붕괴 현상이 가장 흔한 것으로 나타났습니다6,7. 결과적으로, PC 프레임 보-기둥 연결부의 내진 성능을 평가하는 것은 고강도 위치에서 조립식 콘크리트 프레임 구조를 광범위하게 구현하기 위한 전제 조건입니다.

연성과 에너지 소비는 PC 프레임 연결의 내진 성능에 영향을 미치는 두 가지 중요한 측면으로 광범위하게 조사되었습니다. 프리캐스트 구성요소의 조립 모드는 PC 프레임 구조의 에너지 소비에 직접적인 영향을 미치며, 몇몇 연구자들은 다양한 조립 모드를 발명하여 PC 연결의 에너지 효율성을 향상시켰습니다. 현재 가장 널리 사용되는 조립 방식은 보와 기둥 부재를 별도로 프리캐스트한 후 조립 현장으로 가져와 이음매 영역에 콘크리트를 붓는 것입니다8,9. 다양한 형태의 조립에는 뚜렷한 문제가 있습니다. 기둥에 콘크리트를 타설한 후10,11 기둥의 타설 면적이 너무 커서 시공이 비효율적이며, 기둥에 약점이 생겨 에너지 소비에 해롭다. 보 끝 부분에 콘크리트를 타설하면 기둥의 무결성을 보장할 수 있으며 내진 설계의 "강한 기둥과 약한 보"의 설계 원리를 준수할 수 있습니다. 그러나 빔의 세로 리브는 이음새에서 연속적이지 않으며 지진 중에 효과적인 응력 전달을 보장하기 어렵습니다. 프리캐스트 구성 요소와 솔기가 함께 노드 영역의 무결성을 보장하고 조인트 영역의 에너지 소비 성능이 향상됩니다5,13. 프리캐스트 부재 내부의 보강 연결의 안정적인 형태는 PC 프레임 연결의 에너지 소비 용량에 영향을 미치는 또 다른 핵심 요소이며 공통 랩 연결에는 긴 랩 길이와 낮은 결합 강도가 필요합니다14,15. 랩 연결을 개선하는 연구에 따르면 내진 성능을 향상시킬 수 있지만 복잡한 제작 및 건설 공정으로 인해 프리캐스트 구성 요소를 홍보하기가 어렵다는 것이 입증되었습니다16,17. 슬리브 연결은 간단한 작동, 안정적인 조인트 및 탁월한 응력 전달 기능을 위해 광범위하게 활용됩니다. 그러나 PC 구성 요소의 연성은 고유한 기능으로 인해 약합니다5,18.