[논문]철근콘크리트 보와 프리스트레스트 콘크리트 보의 전단설계기준에 대한 고찰

김강수; 김상식

doi:10.4334/jkci.2005.17.5.717

철근콘크리트 보와 프리스트레스트 콘크리트 보의 전단설계기준에 대한 고찰
Evaluation of Shear Design Provisions for Reinforced Concrete Beams and Prestressed Concrete Beams 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.17 no.5, 2005년, pp.717 - 726

초록
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본 논문에서는 기존의 전단실험결과를 모아 구축한 방대한 데이터베이스를 이용하여 철근콘크리트 보와 프리스트레스트 콘크리트 보에 대한 ACI와 국내의 전단설계기준을 평가 분석하였다. 또한 두 전단설계기준에 대한 평가결과를 바탕으로 기준의 안전율과 강도감소계수에 대하여도 고찰하였다. 전단설계기준은 철근콘크리트 부재의 전단강도에 대해서 매우 낮은 정확도를 보였으며, 특히 전단철근이 없는 철근콘크리트 보의 전단강도에 대하여 가장 낮은 정확도를 제공하였다. 또한 기준에서 전단강도에 대한 전단철근의 기여도의 제한은 다소 낮은 것으로 분석되었으며, 특히 전단철근이 없고 휨인장철근비가 낮으며$(\rho_w<1.0\%)$ 춤이 높은 (h>700mm) 보에 대하여 매우 위험한 전단강도를 제공하였다. 프리스트레스트 콘크리트 부재에 대해서는 철근콘크리트 부재에 비하여 매우 정확한 전단강도를 제공하였다. 그러나, ACI와 국내의 전단설계기준은 전단강도의 예측정확도가 매우 다른 철근콘크리트 부재와 프리스트레스트 콘크리트 부재에 대해 동일한 강도감소계수를 사용함으로써 이들 부재에 대해 동일한 수준의 설계안 전율을 제공하지 못하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Shear test data have been extracted from previous experimental research and compiled into a database that may be the largest ever made. In this paper, the shear database (SDB) was used for evaluating shear design provisions for both reinforced concrete (RC) beams and prestressd concrete (PSC) beams. A discussion on the use of the results of this evaluation related to calibration and strength reduction factor for the shear design provisions was also provided. It was observed that the shear design provisions did not provide good predictions for RC members and gave very poor predictions especially for RC members without shear reinforcement. On the other hand, the limit on shear strength contributed by transverse reinforcement was observed to be lower than necessary. The shear design provisions gave very unconservative results for the large RC members (d>700mm) without shear reinforcement having light amount of longitudinal reinforcement $(\rho_w<1.0\%)$. However, for PSC members the shear design provisions gave a good estimation of ultimate shear strength with a reasonable margin of safety. Despite of a large difference of accuracy in prediction of shear strength for RC members and PSC members, the shear design provisions used a same shear strength reduction factor for these members. As a result, the shear design provisions did not provide a uniform factor of safety against shear failure for different types of members.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

9). 강도감소계수를 결정하는 요소들의 대부분은 정량적으로 간단히 다루기가 매우 어렵기 때문에 여기서는 실험결과를 이용하여 평가한 결과를 바탕으로 강도감소계수에 대해서 살펴보기로 한다.
구조설계기준에서는 적절한 안전율을 확보하기 위하여 많은 종류의 하중계수와 강도감소계수 혹은 재료나 구조에 따른 안전계수들을 적용하고, 필요에 따라서는 실험에 의한 검증을 통하여 기준식을 보정하기도 한다. 본 논문에서는 어떤 방법으로 실험데이터를 이용하여 기준식을 보정할 수 있는지를 살펴보고 현재기준의 강도감소계수가 적합한지에 대하여 논의하고자 한다. 이에 대한 심도 있는 논의를 위해서는 앞서 이미 언급된 바 있는 분위수(fractile value) 와 분위수 레벨 (fractile level, ■尸)에 대한 깊은 이해를 필요로 한다.
본 논문에서는 철근콘크리트 보와 프리스트레스트 콘크리트 보에 대한 ACI와 국내 전단설계기준을 기존의 전단실험 결과를 모아 구축한 데이터베이스를 이용하여 평가 분석하였다. 또한 두 전단설계기준의 안전율과 강도감소계수에 대하여도 고찰하였다 본 논문에서 수행한 연구를 토대로 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다.

가설 설정

그러므로 기준에서 K는 부재가 파괴될 때의 콘크리트 기여분이 콘크리트의 균열강도와 같다는 가정을 전제로 한 것임을 숙지할 필요가 있다. 전단철근의 기여도인 K는 트러스 모델에서 경사진 압축대의 각도를 45도로 가정함으로써 구하여진다.

제안 방법

3에서는 Vtest/咋 값의 분포를 주요 변수들에 대해서 나타내었다. 각각의 주요 변수들에 대한 그래프의 상단에서 보여 지는 바와 같이 다른 변수의 영향을 함께 고찰할 수 있도록 다른 한 개의 변수를 3개의 범위로 구분하여 나타내었으며, 데이터의 표식(marker)을 이용하여 전단철근이 있는 경우와 없는 경우(Av>0인 경우와 Av=0)를 구분하여 볼 수 있도록 하였다.
평가하여 분석하였다. 또한, 이 평가 결과를 이용하여 기준식의 안전율과 강도감소계수에 대하여 고찰하였다.
본 논문에서는 RC 부재뿐만 아니라 PSC 부재에 대한 기존의 전단실험결과를 광범위하게 수집하여 구축한 데이터베이스 6)를 이용하여 ACI 318-02와 국내의 콘크리트구조설계기준»(이하 기준)에 의하여 산출된 rc 보와 psc 보의 전단강도를 실험결과에서 얻어진 실제 전단 강도와 비교 평가하여 분석하였다. 또한, 이 평가 결과를 이용하여 기준식의 안전율과 강도감소계수에 대하여 고찰하였다.
본 논문에서는 앞서 언급된 기준식들에 의한 전단강도의 정확도를 평가하기 위하여 전단강도를 산출할 때 강도감소계수와 하중계수는 적용하지 않았다. 또한, 고강도 콘크리트 부재에 대하여 현 기준의 적용이 적합한지를 알아보기 위하여 전단철근이 없거나 기준에 정해진 최소 철근량 이하인 경우에도 콘크리트의 압축강도에 대한 제한은고려하지 않았다.

대상 데이터

4 이하인 부재와 휨파괴된 실험결과를 제외하여, 본 논문에서는 총 1363개의 전단실험결과를 이용하였다. 이 중 RC 부재는 878 개이고 PSC 부재는 4所개이다.
전단실험결과를 모아 구축한 데이터베이스는 본래 약 2200 여개의 데이터로 구성되어 있으나, 지점으로 전단력이 직접 전달되는 아치작용(印河1 action)에 의하여 일반적으로 높은 전단강도를 가지고 있는 전단경간비 (a/d)가 2.4 이하인 부재와 휨파괴된 실험결과를 제외하여, 본 논문에서는 총 1363개의 전단실험결과를 이용하였다. 이 중 RC 부재는 878 개이고 PSC 부재는 4所개이다.

성능/효과

1) 기준식 (7.3.1)에 의하여 산출된 철근콘크리트 부재의 전단 강도에 대해서 실험깂/기준값의 평균은 1.51 이었고 변동계수는 0.40으로서 높은 평균에도 불구하고 큰 산포도를 나타내고 있어 예측 정확도가 매우 낮았다.
2) 기준에서 전단강도에 대한 전단철근의 기여도의 제한은 다소 낮은 것으로 분석되었다.
각 막대그래프의 좌측에는 변수 상단에는 변수의 범위, 중앙에는 변수의 각 구간별 부재의 개수와 하단에는 시험체의 누적 개수를 나타내었다. 223개의 시험체가 60MPa 이상의 콘크리트 강도를가지고 있으며, 190개의 시험체가 400mm이상의 유효춤을가지고 있음을 알 수 있다. 또한 상당수의 시험체가 비교적많은 휨인장 철근량을 가지고 있고, 약 절반가량의 시험체가 전단경간비(a/d ratio) 3.
3) 기준은 전단철근이 없는 철근콘크리트 부재의 전단 강도에 대하여 특히 매우 낮은 정확도를 보였으며 그중에서도 철근비가 낮고(何, 700 mm) 보에 대하여 매우 위험한 전단강도를 제공하였다.
4) 프리스트레스트 콘크리트 부재의 전단강도에 대해서 기준에 의한 실험6〃기준값의 평균은 1.33이었고 변동계수는 0.24로서 철근콘크리트 부재에 비하여 매우 정확한 전단강도를 제공하였다.
40을 나타내었다. 값의 평균은 높은 편이지만 비교적 큰 변동계수에서 나타나듯이 큰 산포도를 나타내고 있어 경우에 따라 안전하지 않은 전단강도를 제공할 수 있다는 것을 말해 준다. 이는분위수로서 좀 더 구체적으로 파악될 수 있는데 5%- 분위수는 0.
0인 경우에 비해) 설계강도의안전성을 약 10%정도 높였다고 볼 수 있다. 그러나, 앞서언급되었듯이 RC 보와 PSC 보에 대한 전단강도 예측정확도의 차이가 비교적 커서, RC 보인 경우 부재의 약 10 ~13%정도가 설계강도 보다 낮은 실제전단강도를 가질수 있는 반면 PSC 보인 경우에는 단지 약 3.7 %만이 설계강도 보다 낮은 부재력을 가질 수 있는 것으로 나타났다. 그러므로 ACI와 국내의 전단설계기준은 기준식에 의하여 비교적 정확한 전단강도를 산출할 수 있는 PSC 보와 상대적으로 그렇지 못한 RC 보에 대해 동일한 강도감소계수를 사용함으로써 오히려 모든 부재에 대해 동일한설계안전율을 제공하지 못하는 결과를 초래했다.
51 이상일 수 있다는 것을 뜻한다. 따라서 전단설계기준을 적용할 경우 RC 부재의 전단강도를실제보다 상당히 낮거나 높게 평가할 수 있다는 것을 알 수 있다. 기준에 의하여 산출된 RC 보의 전단강도의 정확도를 자세히 살펴보기 위하여 Fig.
45로 약 9%만을 상향 조정하면 된다. 따라서, 기준에 의하여 설계된 RC 부재와 PSC 부재는 전단강도에 대한 안전율이 많이 다를 수 있다는 것을 알 수 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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