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문제 정의
- 4배 이상일 경우, 수직부재에 타설하는 콘크리트는 수평부재로 60cm 이상의 내민길이를 확보하여 시공하도록 규정하고 있다. 따라서 본 연구에서는 고강도 콘크리트 기둥과 보통강도 콘크리트 슬래브로 구성된 플랫 플레이트 슬래브의 강도 차이에 대한 고강도 콘크리트의 내민 길이와 휨철근의 추가배근에 의한 뚫림전단 저항성능을 평가함으로써 기존 벽식 구조형식을 무량판 슬래브구조로 전환하였을 경우 발생할 수 있는 구조적인 문제점을 고찰하고자 한다.
제안 방법
- 모든 데이터는 데이터로거(TDS 303)와 스위치 박스를 이용하여 컴퓨터에 자동 저장되도록 하였다. 그리고 재하는 300tonf 용량의 오일잭을 사용하여 0.
- 본 실험에 적용한 실험변수는 고강도 콘크리트 내민 길이(ld)와 전단보강철근량으로 수직부재와 수평부재의 콘크리트 압축강도의 차이가 1.4배 이상으로 타설될 경우에 수직부재면으로부터 수평부재쪽으로 약 60cm 이상의 내민길이를 확보하는 규정에 따라 본 실험체에서 슬래브의 콘크리트 강도는 285kgf/cm2, 기둥은 460kgf/cm2을 적용하여 접합면으로부터 위험단면(d/2)인 6.5cm, 2d인 26cm, 그리고 기준에 의한 60cm의 3가지 내민길이를 적용하였다. 또한, 기존 플랫 플레이트 구조물에 대한 검토결과3) 일반적으로 주열대 특히 기둥면을 통과하는 슬래브 주근량이 부족하여 뚫림전단에 취약한 것으로 나타나 뚫림전단에 의한 슬래브의 취성파괴를 방지하기 위한 전단보강방안으로 기둥면을 통과하는 슬래브 주철근(D10)을 1개 또는 2개를 추가로 보강하였다.
- 본 실험에서는 각 실험체에 하중이 재하되기 시작됨과 동시에 기둥하부의 처짐, 초기균열하중과 항복하중, 최대하중 및 슬래브의 균열발생양상들을 관찰, 기록하였으며 그 결과는 다음 Table 3과 같다.
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2.4 실험방법
실험체는 Fig. 5에 나타난 바와 같이 슬래브 단부에서의 회전을 방지하기 위하여 슬래브 4변 단부를 고정시켰고, 재하방법은 일반적으로 슬래브에 하중을 재하하는 것이 보통이지만 본 실험에서는 실험체를 뒤집어 설치하고 기둥에 축력을 가하는 방법을 취하였다. 각종 실험데이타를 취득하기 위한 측정장비로는 200tonf 용량의 로드셀과 시험체 하부에 4개의 변위계를 설치하였고, 철근과 콘크리트의 변형률을 측정하기 위하여 Fig.
- 플랫 플레이트 슬래브의 뚫림전단성능 평가를 위하여 다음 Fig. 1 및 2에 나타난 것과 같이 내부 기둥슬래브 구조를 실험대상으로 모델링하였으며, 슬래브의 폭은 변곡점을 기준으로 주열대를 중심으로 한 실험구간을 설정하여 실물크기의 실험체를 제작하였다. 실험 체의 크기는 기존 벽식구조형식을 플랫 플레이트 슬래브-골조형식으로 전환할 경우 세대 내부 공간활용을 극대화하기 위하여 기둥 크기는 최대 550×550mm를, 슬래브 두께는 층고를 고려하여 최대 200mm를 초과하지 않도록 하여 최종 결정된 실험체 크기는 기둥은 500×500mm, 슬래브 두께는 150mm로 적용하였다.
대상 데이터
- 1 및 2에 나타난 것과 같이 내부 기둥슬래브 구조를 실험대상으로 모델링하였으며, 슬래브의 폭은 변곡점을 기준으로 주열대를 중심으로 한 실험구간을 설정하여 실물크기의 실험체를 제작하였다. 실험 체의 크기는 기존 벽식구조형식을 플랫 플레이트 슬래브-골조형식으로 전환할 경우 세대 내부 공간활용을 극대화하기 위하여 기둥 크기는 최대 550×550mm를, 슬래브 두께는 층고를 고려하여 최대 200mm를 초과하지 않도록 하여 최종 결정된 실험체 크기는 기둥은 500×500mm, 슬래브 두께는 150mm로 적용하였다.
- 실험에 사용된 이형철근은 SD40의 D10, D13 철근을 사용하였고, 콘크리트의 최대골재크기는 25 mm, 슬럼프 15cm로 계획하였다. 다음 Table 2는 철근의 인장강도와 콘크리트의 압축강도시험 결과를 그리고 Fig.
성능/효과
- 1) 슬래브 휨철근 추가에 의한 전단보강은 그렇지 않을 경우보다 항복하중 및 최대하중이 약 25%정도 증가한 것으로 나타났으나, 최대하중시 변위는 거의 비슷한 것으로 나타났다.
- 2) 고강도 콘크리트의 내민길이는 각 실험체의 최대하중에는 영향을 미치지 못하였으나, 항복하중 및 최대하중시 변위에는 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 3) 고강도와 보통강도 콘크리트가 분리타설된 플랫 플레이트 슬래브구조에서는 구조체의 안정적인 거동을 위하여 기준에서 요구하는 2ft(60cm)의 내민길이를 확보하여야 할 것으로 판단된다.
- 4) 뚫림전단저항성능을 증가시키기 위하여 기둥-슬래브 접합면에 대한 전단보강이 필요하며, 이 경우 시공적인 측면을 고려하여 스터럽 보다는 기둥면을 통과하는 슬래브 주철근량을 증가시키는 것이 효과적인 것으로 판단된다.
- 강도 차이에 따른 내민길이 60cm를 확보한 FP4 시리즈가 대체적으로 안정적인 거동을 보이고 있으며, 압축강도 285kg/cm2으로 일체 타설된 FP1 실험체도 비교적 안정적인 거동을 보이고 있다. 그러나 내민길이가 위험단면(d/2 ; 6.
- 특히 내민길이가 기준보다 적게 확보된 FP2, FP3 실험체의 경우는 최대하중시 변위도 감소하는 것으로 나타났다. 그러나 전단보강되거나 내민길이를 확보한 실험체는 보통강도 콘크리트의 경우와 비슷한 거동을 나타내는 것으로 나타났으며 최대하중시 변위는 오히려 증가하는 것으로 나타났다.
- 내민길이를 60cm이상 확보한 실험체에 주열대의 기둥 내부를 지나는 슬래브 주근을 1개(1-D10) 또는 2개(2-D10) 추가 배근한 실험체는 보강되지 않은 경우보다 최대하중 및 처짐에서 효과적인 것으로 나타나, 플랫 플레이트 슬래브구조의 전단보강은 구조체의 연성거동을 위해 반드시 필요하며, 이 경우 스터럽이나 철골재등을 사용한 복잡한 방법보다는 시공조건을 고려하여 슬래브 주철근량을 조절하는 것이 합리적인 것으로 판단된다.
- 위의 Table 3에서 알 수 있는 것처럼 슬래브에 추가적인 휨철근을 배근함으로써 전단보강된 FP4 -1와 FP4-2 실험체가 가장 안정적인 거동을 보였는데 이는 기둥과 슬래브의 접합부에 적절한 전단보강이 되어있으면 기둥에 작용되는 수직하중을 바닥구조로 원활히 전단하면서 기둥주변의 슬래브 위험단면을 확대하게 되어 슬래브 위험단면에서의 전단응력 집중을 완화시키기 때문으로 판단된다. 또한, 전단보강에 의해서 연직 하중으로 발생하는 슬래브 위험단면의 전단응력을 부담할 뿐만 아니라 슬래브 위험단면에서 주근의 항복 영역이 확대되어 슬래브에서 응력의 재분배가 보다 효과적으로 되어 부재의 거동이 보다 안정적으로 나타나는 것으로 판단된다.
- 본 실험결과 전체 실험체에 285kgf/cm2의 보통강도 콘크리트가 사용된 경우가 분리타설된 실험체보다 항복하중 및 최대하중이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 기둥-슬래브가 일체로 타설되는 경우보다 분리타설된 경우는 서로 다른 콘크리트의 접합면에서의 불균등한 응력분포로 실험체에 다수의 균열이 발생하였고 이로 인해 최대 내력이 약 10∼17%정도 저하된 것으로 판단된다.
- 본 실험체는 실물크기 실험체로서 고강도 콘크리트의 내민길이를 설계기준에서 요구하고 있는 60cm이상을 확보한 FP4 실험체의 거동이 내민길이를 확보하지 못한 실험체와 비교할 때 최대하중에는 별 차이가 없으나 항복변위 및 최대하중시 변위는 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 현재 ACI 318-99 및 우리나라 기준에서 요구하고 있는 강도 차이가 1.
- 이는 기둥-슬래브가 일체로 타설되는 경우보다 분리타설된 경우는 서로 다른 콘크리트의 접합면에서의 불균등한 응력분포로 실험체에 다수의 균열이 발생하였고 이로 인해 최대 내력이 약 10∼17%정도 저하된 것으로 판단된다. 특히 내민길이가 기준보다 적게 확보된 FP2, FP3 실험체의 경우는 최대하중시 변위도 감소하는 것으로 나타났다. 그러나 전단보강되거나 내민길이를 확보한 실험체는 보통강도 콘크리트의 경우와 비슷한 거동을 나타내는 것으로 나타났으며 최대하중시 변위는 오히려 증가하는 것으로 나타났다.
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