연성도 내진설계

연성도 내진설계란

연성도 내진설계는 큰 지진이 와도 구조물이 무너지기 전에 크게 휘면서 에너지를 흡수하도록 설계하는 방법이다.

구조물의 변형 능력을 나타내는 지표가 연성도(μ)다.

연성도가 클수록 같은 지진에서 요구되는 강도는 작아진다.

소성힌지와 설계력 감소

설계지진력은 탄성 응답을 응답수정계수로 나눈 값으로 정한다.

F_d는 설계 수평력, F_e는 탄성 수평력, R은 응답수정계수다.

소성힌지는 휨 모멘트가 항복에 이른 단면에서 회전이 집중되는 구간이다.

이 구간의 회전 능력이 곧 연성 능력이다.

횡방향 철근과 구속효과

소성힌지 영역은 띠철근으로 코어 콘크리트를 가둬 구속한다.

구속효과는 코어 콘크리트의 압축 변형 능력을 높인다. 연성도 확보의 가장 직접적인 수단이다.

기둥 횡방향 철근 상세를 빠뜨리면 연성 확보가 되지 않는다.

완전연성 설계와 비교

완전연성 설계는 구조물에 큰 소성변형을 허용해 에너지를 흡수하는 방식이다.

연성도 설계는 허용 연성도를 정량적으로 정해 그 범위 안에서 소성거동을 인정한다.

차이의 핵심은 설계자가 연성도를 수치로 통제할 수 있는지다.

헷갈리는 점과 검증

연성도는 단순한 하중 감소계수가 아니다. 항복 이후 변형능력의 비다.

그 값에 따라 설계지진력을 낮출 수 있다는 원리까지 함께 써야 한다.

연성도가 클수록 설계력은 작아지지만 변위와 상세 요구량은 커진다.

그래서 소요연성도, 내진성능수준별 거동한계, 해석 모델 불확실성을 검증한다.

정리

탄성 응답을 응답수정계수로 나눠 설계지진력을 낮추는 것이 연성도 설계의 원리다.

붕괴방지 수준에서 철근콘크리트 부재는 탄성영역을 넘는 연성거동을 하되 파괴에 이르지 않아야 한다.

소성거동을 허용할 때는 소요연성도를 확보하는 구조와 내진상세를 제시하도록 한다.