강 콘크리트 합성구조에서 강재와 콘크리트 사이의 경계면에 효과적인 응력전달과 합성거동을 유도하기 위하여 스터드, 채널, 유공강판 등이 사용된다. 가장 광범위하게 사용하는 전단연결재는 스터드 형식이고, 최근에 들어서는 강판에 구멍을 뚫은 유공강판전단연결재인 Perfobond가 주목을 받고 있다. 본 연구는 강 콘크리트 합성교량에 적용하기 위한 Perfobond형 전단연결재의 연성능력과 전단성능을 향상시킬 목적으로 횡방향 전단구속철근을 배치하고, Push-out 실험을 수행하여 전단내력을 비교하였다. 실험결과, 유공강판 전단연결재에 전단구속철근, 횡방향 관통철근, 단부 지압판 등을 설치함에 따른 수평 저항성능이나 다웰효과 등에 의해 전단내력이 상승하였으며, 또한 최대내력 이후 변형능력이 유지되면서 연성거동 특성을 보였다.
강 콘크리트 합성구조에서 강재와 콘크리트 사이의 경계면에 효과적인 응력전달과 합성거동을 유도하기 위하여 스터드, 채널, 유공강판 등이 사용된다. 가장 광범위하게 사용하는 전단연결재는 스터드 형식이고, 최근에 들어서는 강판에 구멍을 뚫은 유공강판전단연결재인 Perfobond가 주목을 받고 있다. 본 연구는 강 콘크리트 합성교량에 적용하기 위한 Perfobond형 전단연결재의 연성능력과 전단성능을 향상시킬 목적으로 횡방향 전단구속철근을 배치하고, Push-out 실험을 수행하여 전단내력을 비교하였다. 실험결과, 유공강판 전단연결재에 전단구속철근, 횡방향 관통철근, 단부 지압판 등을 설치함에 따른 수평 저항성능이나 다웰효과 등에 의해 전단내력이 상승하였으며, 또한 최대내력 이후 변형능력이 유지되면서 연성거동 특성을 보였다.
In the design of composite structures, shear connectors such as headed stud, channel, perforated plate, etc, are commonly used to transfer longitudinal shear forces across the steel-concrete interface. Many researches have been conducted to improve the characteristics of different types of shear con...
In the design of composite structures, shear connectors such as headed stud, channel, perforated plate, etc, are commonly used to transfer longitudinal shear forces across the steel-concrete interface. Many researches have been conducted to improve the characteristics of different types of shear connector. This paper presents the results of 11 push-out tests performed on the new perforated rib connectors with shearing bars embedded in concrete slab under static loads. The results obtained from these tests are as following : 1) The bearing plate welded on both sides of perforated rib plate improves the stiffness and strength. 2) The capacity of perforated connectors is influenced primarily by the transverse reinforcements and shearing bars.
In the design of composite structures, shear connectors such as headed stud, channel, perforated plate, etc, are commonly used to transfer longitudinal shear forces across the steel-concrete interface. Many researches have been conducted to improve the characteristics of different types of shear connector. This paper presents the results of 11 push-out tests performed on the new perforated rib connectors with shearing bars embedded in concrete slab under static loads. The results obtained from these tests are as following : 1) The bearing plate welded on both sides of perforated rib plate improves the stiffness and strength. 2) The capacity of perforated connectors is influenced primarily by the transverse reinforcements and shearing bars.
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문제 정의
콘크리트 합성구조에서 강재 거더와 상부 바닥판간의 이종재료 간의 일체성과 피로성능을 개선하고 전단 합성작용을 극대화할 목적으로 개발된 유공강판 전단 연결재 (perforated rib plate, 이하 ‘Perfobond’라 함)에 관한 것이다. 본 연구의 목적은 기존 Perfobond의 하중 저항 능력과 변형성능을 개선할 목적으로 전단 연결재 상■부에 전단철근(안learing bar, dowel bar, 이하 '전단구속철근'이라 함)을 배치하고, 이에 대한 연결재 성능을 Push-out 실험을 통하여 그 성능을 평가 Perfobond의 선단부에 지압판(bearing plate) 배치, 기존 스터드 등에 대해서도 실험을 실시하였다.
. 콘크리트 합성구조에서 강재 거더와 상부 바닥판간의 이종재료 간의 일체성과 피로성능을 개선하고 전단 합성작용을 극대화할 목적으로 개발된 유공강판 전단 연결재 (perforated rib plate, 이하 ‘Perfobond’라 함)에 관한 것이다. 본 연구의 목적은 기존 Perfobond의 하중 저항 능력과 변형성능을 개선할 목적으로 전단 연결재 상■부에 전단철근(안learing bar, dowel bar, 이하 '전단구속철근'이라 함)을 배치하고, 이에 대한 연결재 성능을 Push-out 실험을 통하여 그 성능을 평가 Perfobond의 선단부에 지압판(bearing plate) 배치, 기존 스터드 등에 대해서도 실험을 실시하였다.
제안 방법
본 실험 연구에서는 Fig. 4에 나타낸 2가지 형식 전단연결재인 스터드, Perfobond에 대해 합성구조 전단연결재 평가방법인 Beam Test와 Push-out Test 중에서 Eurocode 4 "Composite Structure" Annex B(1994)(7) 및 수많은 선행연구자에 의해 보편적으로 적용한 Push-out 실험을 실시하였다. 이때 시험체의 기하학적 형상은 실험실 가력 프레임을 고려하여 양측 슬래브(double type slab)를 배치할 수 없어 Fisher 연구® 등에서 적용한 편측 슬래브 (single type slab) 방식을 적용하여 수평 가력하였다.
Jung(2004)(2) 등에 r 형 Perfobond의 구조 실험을 통해 검증 . 고찰하여 평가식을 제안되었다.
5와 같이 H형강 (H-250x250x9><14) 중심부에 하중재하판을 설치한 후 가력을 실시하였고, 이때 지점 조건은 콘크리트 바닥판(fck_28일=24MPa)의 전면부를 강체 프레임에 직접 접촉시키는 방식으로 택하였다. 또한, 강재 거 더 와 바닥간의 슬립를 측정하고자 총 3개의 선형변위계 (LVDT)를 배치하여 슬립를 측정하였다. 본 실험에서 사용한 가력장치는 최대 1500kN의 재하능력을 가진 복동식 유압 재하시험기를 이용하여 가력을 하였고, DataTogger는 Tokyo Sokki 사의 TDS-303을 사용하였다.
1 참고)라는 강판에 구멍을 뚫고 바닥판에 매입시키는 새로운 형태의 전단 연결재를 고안.적용하였다③ 새로운 전단 연결재인 Perfobond는 강판에 4개 구멍을 배치하고 콘크리트 다웰(dowel) 효과로 수평 전단력과 수직 상향력에 저항하도록 하였으며, 실험 결과 사용하중하에서 슬립과 균열이 발견되지 않았다.
본 연구에서는 강.콘크리트 합성교량에 적용하기 위한 Perfobond 전단연결재의 연성능력과 전단성능을 향상시킬 목적으로 전단철근을 배치하고 Push-out 실험을 수행하여 전단내력을 비교하였다
강 . 콘크리트 합성형 교량에서 강재거더와 상부 바닥 판 간의 이종재료 간의 합성작용을 구현할 목적으로 하중재하 방법은 Fig. 4 및 Fig. 5와 같이 H형강 (H-250x250x9><14) 중심부에 하중재하판을 설치한 후 가력을 실시하였고, 이때 지점 조건은 콘크리트 바닥판(fck_28일=24MPa)의 전면부를 강체 프레임에 직접 접촉시키는 방식으로 택하였다. 또한, 강재 거 더 와 바닥간의 슬립를 측정하고자 총 3개의 선형변위계 (LVDT)를 배치하여 슬립를 측정하였다.
대상 데이터
Fig. 4에 나타낸 것처럼 Push-out 시험체의 구성은 강재 거더 H-형강(H-250x250x9/14) 플랜지에 Perfobond를 양면 모살용접 접합하였으며, 바닥판 크기는 길이 700mm, 폭 600mm, 두께 200mm로 하였다. 실험체에 사용된 Perfobond 형상은 길이 350mm, 두께 8mm 강판이며, 강종은 SS400(재료 물성치, 항복강도 290MPa, 인장강도430MPa) 이다.
실험체에 사용된 Perfobond 형상은 길이 350mm, 두께 8mm 강판이며, 강종은 SS400(재료 물성치, 항복강도 290MPa, 인장강도430MPa) 이다. 바닥 판에 기본적인 배근형태는 횡방향 철근 6개와 종방향 철근 3개 배치하였으며, 철근은 SD40-D13(fy=400MPa) 을 사용하였다.
또한, 강재 거 더 와 바닥간의 슬립를 측정하고자 총 3개의 선형변위계 (LVDT)를 배치하여 슬립를 측정하였다. 본 실험에서 사용한 가력장치는 최대 1500kN의 재하능력을 가진 복동식 유압 재하시험기를 이용하여 가력을 하였고, DataTogger는 Tokyo Sokki 사의 TDS-303을 사용하였다.
이때 시험체의 기하학적 형상은 실험실 가력 프레임을 고려하여 양측 슬래브(double type slab)를 배치할 수 없어 Fisher 연구® 등에서 적용한 편측 슬래브 (single type slab) 방식을 적용하여 수평 가력하였다. 본 실험체 내용은 Table 2 및 Fig. 4와 같이 강성증대와 전단 성능을 향상시키고자 유공강판 전단연결재의 구멍 형상, 지압면적의 변화, 전단구속철근의 길이(L=5db 및 10db ; db=호칭직경 13mm) 등에 따라 Push-out 시험체를 제작하였다. 특히, PPOSH 시험체는 Perfobond 상단부에 후프형 전단구속철근(Fig.
본 연구는 1992년에 Third Caroni Bridge 강 . 콘크리트 합성구조에서 강재 거더와 상부 바닥판간의 이종재료 간의 일체성과 피로성능을 개선하고 전단 합성작용을 극대화할 목적으로 개발된 유공강판 전단 연결재 (perforated rib plate, 이하 ‘Perfobond’라 함)에 관한 것이다.
4에 나타낸 것처럼 Push-out 시험체의 구성은 강재 거더 H-형강(H-250x250x9/14) 플랜지에 Perfobond를 양면 모살용접 접합하였으며, 바닥판 크기는 길이 700mm, 폭 600mm, 두께 200mm로 하였다. 실험체에 사용된 Perfobond 형상은 길이 350mm, 두께 8mm 강판이며, 강종은 SS400(재료 물성치, 항복강도 290MPa, 인장강도430MPa) 이다. 바닥 판에 기본적인 배근형태는 횡방향 철근 6개와 종방향 철근 3개 배치하였으며, 철근은 SD40-D13(fy=400MPa) 을 사용하였다.
이론/모형
Push-out 실험 방법은 Eurocode 4(1994)⑺에 제시하고 있는 압발실험(押拔實驗, 이하 Push-out Test 라 함)에 의해 실시한다
4에 나타낸 2가지 형식 전단연결재인 스터드, Perfobond에 대해 합성구조 전단연결재 평가방법인 Beam Test와 Push-out Test 중에서 Eurocode 4 "Composite Structure" Annex B(1994)(7) 및 수많은 선행연구자에 의해 보편적으로 적용한 Push-out 실험을 실시하였다. 이때 시험체의 기하학적 형상은 실험실 가력 프레임을 고려하여 양측 슬래브(double type slab)를 배치할 수 없어 Fisher 연구® 등에서 적용한 편측 슬래브 (single type slab) 방식을 적용하여 수평 가력하였다. 본 실험체 내용은 Table 2 및 Fig.
성능/효과
1) 특성치는 Eurocode 4(1994)에서 최대하중의 10% 감한 0.9Pmax와 이때의 Δk(특성슬립성능)임.
2) 슬립 2.5mm 부터 최대내력의 정상에 도달하여 꾸준하게 슬립이 발생함. Δk/Δmax = 5.
넷째, 전단구속철근과 지압판을 설치한 Pefobond 의 전단내력은 부착강도 외에 콘크리트의 홀에 의한 다웰작용, 철근의 전단에 대한 다웰작용, 지압면적 효과 등에 의해 내력이 상승하였으며, 또한 최대내력 이후 변형능력이 유지되면서 연성거동 특성을 보였다.
둘째, Perfobond 전단연결재는 스터드 PSO 시험체 보다 큰 초기 강성기울기와 최대내력 (Pmax)을 나타냈으며, 강재와 콘크리트 간의 상대변위 인 최대슬립 (. max)은 0.67mm ~ 16.02mm로 작고 큰 영역을 형성함을 확인하였다.
따라서 본 연구에서 제안된 전단구속철근과 지압 판을 설치한 Perfobond의 전단내력은 부착강도 외에 Fig. 10과 같이 콘크리트의 홀에 의한 다웰작용(①, ②), 철근의 전단에 대한 다웰작용(③), 지압면적 효과(④), 홀에 설치되는 횡방향 관통철근의 전단강도 (⑤) 등에 의해서 영향을 미치는 것으로 판단된다.
또한 Perfobond 두부에 후프근 형태의 전단 구속 철근을 배치한 PPO-SH의 경우 최대내력이 444.2kN 으로 낮게 평가되었으며, 최대 이후 내력 감소도 급격하게 감소하면서 다양한 균열 양상을 나타내지 못하는 결과를 보였다. 이는 후프근과 슬래브 표면까지의 이격거리가 작은 콘크리트를 충분한 전단변형 구속 효과를 갖지 않는 것으로 보여 진다.
셋째, 전단구속철근을 배치한 Perfobond시험체는 충분한 전단저항 강도와 변위에 대한 강성도를 확하는것으로 확인되었으며, Eurocode 4에서 정하는 특성 슬립(赤) 6mm 이상의 슬립 변위성능을 나타냈다. 이는 전단 구속 철근을 배치함으로 Perfobond 는 강성연 결재이지만, 슬립성능측면에서 연성적 연결재로 전단 연결 부에 이상화 소성거동을 확보할 있을 것으로 판단된다.
이상과 같은 연구 결과로 기존 Perfobond 전단 연결재에 나타나는 종방향성 균열을 억제할 목적으로 배치한 다웰 바, 즉 전단구속철근은 전단연결부의 구조적 성능과 변형성능을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
첫째, 스터드 전단연결재는 스터드 용접부 상부 파괴가 발생하는데 비해 모든 Perfobond 시험체 콘크리트의 지압성 파괴로 콘크리트 강도에 영향을 받는 것으로 나타냈다
참고문헌 (10)
？김영호 외 4, "엇갈려 찟은 유공강판 전단연결재(출원번호10-2003-0068475), 특허청 특허공개정보, 2003.
정철헌, 이흥수, 박종면, 김영호, "합성작용을 위한 새로운 Perfobond 전단연결재", 대한토목학회 논문집, 제24권 제4A호, pp.807-816, 2004.
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Oguejiofor, E. C. and Hosain, M. U. "A Parametric Study of Perfobond Rib Shear Connector", Canadian Journal of Civil Engineerign, Vol. 21, pp. 614-625, 1994.
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Eurocode 4. ENV(1994), "Design of Composite Steel and Concrete Structures", European Committee for Standardisation(CEN), 1997.
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Isabel Valente, Paulo J.S. Cruz, "Experimental analysis of Perfobond shear connection between steel and lightweight concrete", Journal of Constructional Steel Research, Vol.60, pp.465-479, 2004.
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