고강도 콘크리트는 압축부재로 사용될 때 콘크리트의 장점을 더욱 극대화하여 안전하고 경제적인 재료로 사용될 수 있으나, 단점으로는 콘크리트 강도가 높을수록 재료역학적 특성이 달라질 뿐 아니라 더욱 취성적인 재료가 되어 이에 대한 보완조치가 없으면 부재의 연성이 확보되지 않아 휨부재로 사용할 경우에는 안전성이 저하될 수 있고, 사용성(균열, 처짐 등)을 고려하여 일정한 크기 이상의 단면을 확보하여야 하는 문제로 기둥에는 고강도 콘크리트를 사용하더라도 보와 같은 휨부재에는 보통강도의 콘크리트를 사용하는 것이 일반적인 설계방법이었다. 그러나 압축부재에 사용하는 콘크리트의 강도가 점차 초고강도화 되는 반면 휨부재의 강도가 증가하지 않는다면 기둥과 보의 상대적인 강성차이에 의한 구조물의 안전성도 염려될 수 있다. 따라서 압축부재의 강도가 증가함에 따른 휨부재의 ...
고강도 콘크리트는 압축부재로 사용될 때 콘크리트의 장점을 더욱 극대화하여 안전하고 경제적인 재료로 사용될 수 있으나, 단점으로는 콘크리트 강도가 높을수록 재료역학적 특성이 달라질 뿐 아니라 더욱 취성적인 재료가 되어 이에 대한 보완조치가 없으면 부재의 연성이 확보되지 않아 휨부재로 사용할 경우에는 안전성이 저하될 수 있고, 사용성(균열, 처짐 등)을 고려하여 일정한 크기 이상의 단면을 확보하여야 하는 문제로 기둥에는 고강도 콘크리트를 사용하더라도 보와 같은 휨부재에는 보통강도의 콘크리트를 사용하는 것이 일반적인 설계방법이었다. 그러나 압축부재에 사용하는 콘크리트의 강도가 점차 초고강도화 되는 반면 휨부재의 강도가 증가하지 않는다면 기둥과 보의 상대적인 강성차이에 의한 구조물의 안전성도 염려될 수 있다. 따라서 압축부재의 강도가 증가함에 따른 휨부재의 압축강도도 증가시켜 상대강성의 확보뿐만 아니라 최근 국내․외적으로 요구하고 있는 구조물의 내구성 증대에도 효율적으로 사용될 수 있을 것이다. 현재 ACI code 및 2007년도에 개정된 우리나라 콘크리트구조설계기준에서 휨부재 설계시 인장철근의 최대철근비를 결정하는 방법이 새롭게 제시되었다. 이전의 기준에서는 부재의 취성파괴를 방지하고 연성파괴로 유도하기 위하여 과다한 인장철근의 사용을 제한할 필요가 있어 최대 인장철근량을 균형철근비(ρb)의 75% 이하로 배근하도록 규정하고 있었으나 개정된 기준에서는 휨부재의 거동에 따른 단면의 응력상태를 최외단 인장철근의 변형률값 를 기준으로 압축지배단면과 인장지배단면으로 구분하고 있으며, 또한 최소철근비 규정을 두어 휨 부재가 무근 콘크리트보 보다 더 큰 휨 강도를 갖음으로 콘크리트의 인장 파괴후에 철근이 휨 인장응력을 받도록 하여 연성적인 파괴를 유도 할 수 있게 하였다. 그러나 이 규정은 콘크리트 압축강도가 56 MPa 정도 까지에 대해서는 적당하게 사용 될수 있지만 이를 초과하는 초고강도에서의 강도상승에 따른 효과를 고려하지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 위의 기존식들에 따라 설계한 150 MPa 의 초고강도 콘크리트를 사용한 철근콘크리트보의 거동이 위의 규정에 의해 충분한 연성능력을 확보할 수 있는지, 또한 개정된 철근콘크리트 설계기준(KCI 2007)이 본 실험에 사용한 150 MPa 초고강도 콘크리트에도 적용 가능한지에 대한 평가를 하고자 한다. 본 연구에서는 인장철근비에 의한 철근콘크리트 보의 연성능력을 평가하고자 12개의 실험체를 제작하였으며, 최대철근비 실험체 단면의 크기는 220×250mm, 길이는 3200mm이고, 최소철근비 실험체 단면은 230×600mm, 길이는 4500mm인 단근장방형보로 하였으며 순수 휨구간을 얻고자 2점가력 하여 실험을 수행 하였고 주요변수는 다음과 같다. 1) 콘크리트의 압축강도(fck) : 150 MPa 2) 철근의 인장강도(fy) : 400,500 MPa 3) 인장 철근비 : SD400 = 0.45, 0.55, 0.625, 0.714, 0.75 (최대 철근비) SD500 = 0.45, 0.55, 0.595, 0.688, 0.75 (최대철근비) SD400,500 () (최소 철근비) 본 논문은 총 5장으로 구성되어 있으며, 각 장별 주요내용은 다음과 같다. 제 1장 : 연구 배경 및 목적, 연구범위 및 방법 제 2장 : 기존연구고찰 제 3장 : 실험 제 4장 : 실험결과 및 분석 제 5장 : 결론 위의 실험 연구를 통해 결과를 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 모든 실험체는 최대하중이후 급격한 하중의 저하와 함께 압축 콘크리트가 취성파괴 되는 양상을 나타내었으나 인장철근비가 낮을수록, 철근의 항복강도(SD 500)가 클수록 압괴 현상은 적게 발생하였으며, 균열의 발생개수도 적고 균열폭도 미세균열의 수준으로 적게 나타났다. 2. 최대하중까지는 거의 선형적인 탄성거동을 보이나 최대하중 이후 갑작스런 압축콘크리트의 취성파괴가 나타나 초고강도 콘크리트를 사용한 휨설계시 이를 방지하기 위한 고려가 필요함을 알 수 있다. 3. 압축철근이 배근되지 않은 100 MPa 이상 초고강도 콘크리트의 연성능력은 콘크리트가 증가함에 따라 급격히 감소하며 압축철근이 없는 150 MPa 초고강도 콘크리트 휨부재는 약 1.30∼2.56 정도의 변위연성지수()를 나타내었다. 4. 인장철근비가 0.45에서 0.75로 증가함에 따라 연성지수는 감소하였으며, 150Mpa 초고강도 콘크리트 휨부재에서 최소한의 연성을 확보하기 위한 최대 인장철근비는 0.55∼0.625 범위로 나타났다. 5. KCI2007 의 기준에서 제한되는 최대 인장 철근비 0.714 ρb 는 최소 허용변형률 0,004를 만족시키지 못하고 0.0036으로 나타났으며, 0.625 ρb에서는 한계상태 변형률인 0,005 이상의 0.0061로 나타나, 초고강도 영역에서 최대 인장 철근비 0.625 ρb 이하로 하여야 인장지배 단면으로 구조물에 안전한 설계를 할 것으로 판단된다. 6. 압축응력블럭은 기존연구에서와 비슷한 형상으로 초고강도 영역에서 나타나는 삼각형의 응력블럭이 형성함을 알 수 있었다. 또한 인장철근비가 감소할수록 중립축 길이가 짧아지는 현상을 나타내었으며, 철근의 항복강도에 따라서는 고강도 철근일수록 삼각형의 면적이 다소 적어짐을 알 수 있었다.
고강도 콘크리트는 압축부재로 사용될 때 콘크리트의 장점을 더욱 극대화하여 안전하고 경제적인 재료로 사용될 수 있으나, 단점으로는 콘크리트 강도가 높을수록 재료역학적 특성이 달라질 뿐 아니라 더욱 취성적인 재료가 되어 이에 대한 보완조치가 없으면 부재의 연성이 확보되지 않아 휨부재로 사용할 경우에는 안전성이 저하될 수 있고, 사용성(균열, 처짐 등)을 고려하여 일정한 크기 이상의 단면을 확보하여야 하는 문제로 기둥에는 고강도 콘크리트를 사용하더라도 보와 같은 휨부재에는 보통강도의 콘크리트를 사용하는 것이 일반적인 설계방법이었다. 그러나 압축부재에 사용하는 콘크리트의 강도가 점차 초고강도화 되는 반면 휨부재의 강도가 증가하지 않는다면 기둥과 보의 상대적인 강성차이에 의한 구조물의 안전성도 염려될 수 있다. 따라서 압축부재의 강도가 증가함에 따른 휨부재의 압축강도도 증가시켜 상대강성의 확보뿐만 아니라 최근 국내․외적으로 요구하고 있는 구조물의 내구성 증대에도 효율적으로 사용될 수 있을 것이다. 현재 ACI code 및 2007년도에 개정된 우리나라 콘크리트구조설계기준에서 휨부재 설계시 인장철근의 최대철근비를 결정하는 방법이 새롭게 제시되었다. 이전의 기준에서는 부재의 취성파괴를 방지하고 연성파괴로 유도하기 위하여 과다한 인장철근의 사용을 제한할 필요가 있어 최대 인장철근량을 균형철근비(ρb)의 75% 이하로 배근하도록 규정하고 있었으나 개정된 기준에서는 휨부재의 거동에 따른 단면의 응력상태를 최외단 인장철근의 변형률값 를 기준으로 압축지배단면과 인장지배단면으로 구분하고 있으며, 또한 최소철근비 규정을 두어 휨 부재가 무근 콘크리트보 보다 더 큰 휨 강도를 갖음으로 콘크리트의 인장 파괴후에 철근이 휨 인장응력을 받도록 하여 연성적인 파괴를 유도 할 수 있게 하였다. 그러나 이 규정은 콘크리트 압축강도가 56 MPa 정도 까지에 대해서는 적당하게 사용 될수 있지만 이를 초과하는 초고강도에서의 강도상승에 따른 효과를 고려하지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 위의 기존식들에 따라 설계한 150 MPa 의 초고강도 콘크리트를 사용한 철근콘크리트보의 거동이 위의 규정에 의해 충분한 연성능력을 확보할 수 있는지, 또한 개정된 철근콘크리트 설계기준(KCI 2007)이 본 실험에 사용한 150 MPa 초고강도 콘크리트에도 적용 가능한지에 대한 평가를 하고자 한다. 본 연구에서는 인장철근비에 의한 철근콘크리트 보의 연성능력을 평가하고자 12개의 실험체를 제작하였으며, 최대철근비 실험체 단면의 크기는 220×250mm, 길이는 3200mm이고, 최소철근비 실험체 단면은 230×600mm, 길이는 4500mm인 단근장방형보로 하였으며 순수 휨구간을 얻고자 2점가력 하여 실험을 수행 하였고 주요변수는 다음과 같다. 1) 콘크리트의 압축강도(fck) : 150 MPa 2) 철근의 인장강도(fy) : 400,500 MPa 3) 인장 철근비 : SD400 = 0.45, 0.55, 0.625, 0.714, 0.75 (최대 철근비) SD500 = 0.45, 0.55, 0.595, 0.688, 0.75 (최대철근비) SD400,500 () (최소 철근비) 본 논문은 총 5장으로 구성되어 있으며, 각 장별 주요내용은 다음과 같다. 제 1장 : 연구 배경 및 목적, 연구범위 및 방법 제 2장 : 기존연구고찰 제 3장 : 실험 제 4장 : 실험결과 및 분석 제 5장 : 결론 위의 실험 연구를 통해 결과를 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 모든 실험체는 최대하중이후 급격한 하중의 저하와 함께 압축 콘크리트가 취성파괴 되는 양상을 나타내었으나 인장철근비가 낮을수록, 철근의 항복강도(SD 500)가 클수록 압괴 현상은 적게 발생하였으며, 균열의 발생개수도 적고 균열폭도 미세균열의 수준으로 적게 나타났다. 2. 최대하중까지는 거의 선형적인 탄성거동을 보이나 최대하중 이후 갑작스런 압축콘크리트의 취성파괴가 나타나 초고강도 콘크리트를 사용한 휨설계시 이를 방지하기 위한 고려가 필요함을 알 수 있다. 3. 압축철근이 배근되지 않은 100 MPa 이상 초고강도 콘크리트의 연성능력은 콘크리트가 증가함에 따라 급격히 감소하며 압축철근이 없는 150 MPa 초고강도 콘크리트 휨부재는 약 1.30∼2.56 정도의 변위연성지수()를 나타내었다. 4. 인장철근비가 0.45에서 0.75로 증가함에 따라 연성지수는 감소하였으며, 150Mpa 초고강도 콘크리트 휨부재에서 최소한의 연성을 확보하기 위한 최대 인장철근비는 0.55∼0.625 범위로 나타났다. 5. KCI2007 의 기준에서 제한되는 최대 인장 철근비 0.714 ρb 는 최소 허용변형률 0,004를 만족시키지 못하고 0.0036으로 나타났으며, 0.625 ρb에서는 한계상태 변형률인 0,005 이상의 0.0061로 나타나, 초고강도 영역에서 최대 인장 철근비 0.625 ρb 이하로 하여야 인장지배 단면으로 구조물에 안전한 설계를 할 것으로 판단된다. 6. 압축응력블럭은 기존연구에서와 비슷한 형상으로 초고강도 영역에서 나타나는 삼각형의 응력블럭이 형성함을 알 수 있었다. 또한 인장철근비가 감소할수록 중립축 길이가 짧아지는 현상을 나타내었으며, 철근의 항복강도에 따라서는 고강도 철근일수록 삼각형의 면적이 다소 적어짐을 알 수 있었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.