RC 축소모형의 유사동적실험을 위한 Equivalent Multi-Phase Similitude Law : 검증실험

Abstract

대형 구조물의 지진응답을 실험적으로 연구할 경우, 실험장비의 용량과 실험모형의 크기 제약으로 인하여 축소모형이 일반적으로 적용되고 있다. 그러나 구조물의 지진응답은 비탄성 거동을 나타내기 때문에 거동예측이 복잡함에도 불구하고, 축소모형의 지진실험 결과로부터 원형구조물의 지진응답을 유추하기 위한 상사법칙의 연구는 미비한 실정이다. 철근콘크리트 구조물의 축소모형 제작 시 상사율이 커지면 상대적으로 부가질량이 증가하며, 또한 굵은 골재 크기의 영향으로 원형구조물과 축소모형의 제작에 동일한 재료를 사용하지 않는 것이 바람직하다. 따라서 동일한 재료를 사용하지 않을 경우, 상사법칙은 기하학적인 상사율과 재료적인 등가탄성계수비에 의존하게 된다. 본 연구에서는 원형구조물과 축소모형에 각각 적용되는 normal-concrete와 micro-concrete의 재료 비선형성을 파악하기 위해 압축강도시험을 수행하여, 재료의 거동구간을 극한 변형률을 기준으로 등가의 다단계로 나누어 등가탄성계수비를 적용시킴으로써 지진손상의 정도를 고려할 수 있는 equivalent multi-phase similitude law를 유도하였다. 유도된 상사법칙을 고려한 유사동적실험 알고리즘을 구성하였으며, 실험적인 검증을 위하여 철근콘크리트 column에 대하여 원형구조물과 1/5축소모형을 재료시험에서 정의한 등가탄성계수비를 고려하여 설계, 제작하였다. 검증실험에서는 constant modulus ratio와 variable modulus ratio를 적용하여 준정적실험과 유사동적실험을 수행한 결과, equivalent multi-phase similitude law를 고려한 유사동적실험 알고리즘에 의한 축소모형의 응답결과가 원형구조물의 거동을 비교적 정확히 재현함을 확인하였다. Small-scale models have been frequently used for seismic performance tests because of limited testing facilities and economic reasons. However, there are not enough studies on similitude law for analogizing prototype structures accurately with small-scale models, although conventional similitude law based on geometry is not well consistent in the inelastic seismic behavior. When fabricating prototype and small-scale model of reinforced concrete structures by using the same material, added mass is demanded from a volumetric change and scale factor could be limited due to aggregate size. Therefore, it is desirable that different material is used for small-scale models. Thus, a modified similitude law could be derived depending on geometric scale factor, equivalent modulus ratio and ultimate strain ratio. In this study, compressive strength tests are conducted to analyze the equivalent modulus ratio of micro-concrete to normal-concrete. Then, equivalent modulus ratios are divided into multi-phase damage levels, which are basically dependent on ultimate strain level. Therefore, an algorithm adaptable to the pseudodynamic test, considering equivalent multi-phase similitude law based on seismic damage levels, is developed. Test specimens, consisted of prototype structures and 1/5 scaled models as a reinforced concrete column, were designed and fabricated based on the equivalent modulus ratios already defined. Finally quasistatic and pseudodynamic tests on the specimens are carried out using constant and variable modulus ratios, and correlation between prototype and small-scale model is investigated based on their test results. It is confirmed that the equivalent multi-phase similitude law proposed in this study could be suitable for seismic performance tests on small-scale models.