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문제 정의
- 이번 연구에서는 스터럽철근과 콘크리트 강도 및 단면 형태를 달리한 16개의 신규시험체를 제작하고 객관적 평가를 위해서 Mathey가 제작한 4개의 시험체를 포함해서 총 30개의 시험체에 대해서 비교, 분석했다. 본 연구는 휨에 대한 부착응력 영향계수, 写를 이용하여 단면 치수 변화를 고려하며, 부착에 직접적인 영향을 끼치는 환산 리브 면적계수를 이용하여 최대 휨 균열폭 산정을 수행했다.
제안 방법
- 본 연구자는, 축인장 부재의 부착응력-상대슬립 관계 산정(2002)'"에서 제안한 양측인장에 대한 부착 응력 식을 이용하여 실제구조물인 휨인장 시험체에 확대 적용했다. 기존 연구에서 2개의 단면형태에 대해서 13개의 시험체를 비교했으나 스터럽이 배근되지않은 3개의 시험체는 갑작스러운 파괴가 나타나서 실제 비교가능한 시험체는 10개였다.
- ACI 318-99'°와, 건설교통부 제정 콘크리트구조설계기준[한국콘크리트학회 주관](KCI)'는 동일식이므로 KCI 99°)로 나타냈다. CEB-FIP 7813), JSCE 96°, Balaz 9314), Katuta 875), Leonhardt 78”의 산정식과 비교했다.
- (Shimazu UEH- 100)을 사용하여 4점 재하했다. 또한 data logger인 EDX-1500A(Kyowa 電業)을 이용하여 철근의 변형률을 계측했다. 본 시험에서 공장제 레미콘 제품을 사용했다.
- 본 논문에서 휨 균열폭 시험을 수행한 26개의 시험체와 이에 대한 실험결과를 반영하는 부착영향계수, 处와의 비교 및 보간에 의해서 Fig. 5와 같이 부착영향계수를 유효철근비의 관계로 정리할 수 있었다.
- 본 논문에서는 양측인장시험에 기초한 부착 응력 식을 이용하여 30개 휨시험체에 대해서 최대 균열폭을 측정, 검토한 결과, 본 연구 범위에서 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 본 연구는 양측인장에 대한 부착응력식을 철근콘크리트 부재의 최대 휨균열폭 산정에 적용하며, 이에 대한영향을 고려하기 위해서 기존 io개의 시험체와 별도로 휨 시험체 16개를 새로이 제작하여 각 하중 단계별 균열폭을 측정했다. 이때 휨시험체는 최대 휨균열폭에 영향을 끼치는 시험 변수로는 콘크리트 압축강도, 철근 직경, 스터럽 철근간격, 환산리브면적 및 철근의 슬립량을변수로 했다.
- 30개의 시험체에 대해서 비교, 분석했다. 본 연구는 휨에 대한 부착응력 영향계수, 写를 이용하여 단면 치수 변화를 고려하며, 부착에 직접적인 영향을 끼치는 환산 리브 면적계수를 이용하여 최대 휨 균열폭 산정을 수행했다.
- 측정했다. 이때 휨시험체는 최대 휨균열폭에 영향을 끼치는 시험 변수로는 콘크리트 압축강도, 철근 직경, 스터럽 철근간격, 환산리브면적 및 철근의 슬립량을변수로 했다. 이때 인장절근의 변형률을 변형률 게이지로 계측했고 이때 간격을 100mm로 균일하게 좌우 대칭으로 부착했다.
- 이러한 근거에 의해서 본 연구에서는 건조수축과 크리프의 영향을 고려한 牖를 식 (5)에 추가하여 콘크리트와 철근 사이의 평균변형률에 관한 식을 다음과 같이 제시하였다.
- 이에 대해서 본 연구는 CEB-FIP9)에서 철근콘크리트 부재의 균열폭 산정에서 평균균열간격을 100 mm로 제시한 내용을 근거로 하여 순 휨구간에서 100 mm간격에 대한 상대슬립량의 평균값과 최대균열폭, 仍g의 상관관계에 대해서 다음과 같이 정식화했다. 이때 //乩의 값이 극히 작으므로 간략화를 위해서 콘크리트 슬립항을 생략해도 무방하다.
- 일례로 F30 series, FT37 series에 대해서 최대균열폭과 무 차원 화한 상대슬립 의 상관관계를 통해서 환산 리브 면적의 영향을 반영하는 변수, V의 값을 상수로 산정하여 스터럽 간격에 대해서 다음과 같이 정리했다.
대상 데이터
- 적용했다. 기존 연구에서 2개의 단면형태에 대해서 13개의 시험체를 비교했으나 스터럽이 배근되지않은 3개의 시험체는 갑작스러운 파괴가 나타나서 실제 비교가능한 시험체는 10개였다.
- 또한 data logger인 EDX-1500A(Kyowa 電業)을 이용하여 철근의 변형률을 계측했다. 본 시험에서 공장제 레미콘 제품을 사용했다. 이때 元'은 콘크리트 28일 압축강도이다.
- 시험체의 배근에 사용된 철근은 동일제조사의 설계 항복응력이 3, 500 kgf/cn?인 D6 철근과 설계 항복응력 4, 000 kgVcn?인 DIO, D13, D16, D19 철근을 사용하였다. 이때 F29, F30, F37 Seriese 모두 150x250x2, 000(mm) 의 제원에 대해서 D6의 스터럽철근을 사용했고, FT37 series에는 200x350x2,000(mm)의 제원에 대해서 D10의스터럽철근을 사용했다.
- 이때 元'은 콘크리트 28일 압축강도이다. 시험체의 배근에 사용된 철근은 동일제조사의 설계 항복응력이 3, 500 kgf/cn?인 D6 철근과 설계 항복응력 4, 000 kgVcn?인 DIO, D13, D16, D19 철근을 사용하였다. 이때 F29, F30, F37 Seriese 모두 150x250x2, 000(mm) 의 제원에 대해서 D6의 스터럽철근을 사용했고, FT37 series에는 200x350x2,000(mm)의 제원에 대해서 D10의스터럽철근을 사용했다.
데이터처리
- 본 논문에서 제시한 최대 휨균열폭 산정식의 객관적인 검증을 위해서 Mathey"가 수행한 휨균열폭 시험체 type 2, Type 3, Type 5, Type 6와 비교수행했다. Table 3에서 type series의 제원을 나타내고 있으며, 모든 단면 크기는 152.
- 대한 비를 나타낸다. 상기의 상대 슬립-최대균열폭이시험 결과와 일치하는 경향을 통계적으로 검증하기 위해서 C/E의 평균과 표준편차 및 변동계수(COV, coefficient of variation)를 이용하여 비교했다.
- 주요 시방규정의 균열폭 산정식을 적용하여 시험 결과를 비교하였다. 여기서 experiment는 즉정 결과, present studye 본 연구에서 제안한 균열폭 산정식에 적용한 결과이다.
이론/모형
- 이때 인장절근의 변형률을 변형률 게이지로 계측했고 이때 간격을 100mm로 균일하게 좌우 대칭으로 부착했다. 이때 측정되어진 철근변형률로부터 슬립량을계산하기 위해서 山尾*가 제안한 방법을 사용했다. 또한슬립량을 측정할 수 없는 기존 시험체인 F29 Series의 휨시험체 4개를 이용하여 본연구자가 제안한 부착응력식의 타당성을 확보했다.
성능/효과
- (2) 스터럽 간격을 100, 200, 400 mm로 각각 다르게 배근한 부재휨시험체에서 스터럽간격의 차이는 부착 거동에 영향을 거의 없다는 사실을 알 수 있으며, Fig. 11에서 제시되는 것과 같이 최대균열폭-상대 슬립 관계가 일정한 경향을 나타냈다.
- (3) 부착응력 제안식을 이용하여 휨인장 시험체에 확대 적용할 때 효과적인 균열폭 산정이 가능하며, 단면크기의 차이에 대한 영향이 고려됨을 알 수 있다. 또한 최대부착응력과 최대균열폭-상대슬립을 간략 식으로 제시하여 시험으로 구하지 않고도 효과적인 균열폭 산정이 가능하다.
- (4) 제안된 휨균열폭 산정식은 시험결과와 비교할 때, 단면크기에 무관하게 안정적이며 신뢰성이 높은 통계적 결과를 나타내며, 평균은 계산값과 시험 값이 일치되는 경우보다 14.54% 안전측이며 변동계수는 14.93%로 타 제안식에 비해 분산이 작은 것으로 나타났다.
- 이는 Leonhardt의 제안 식이 저강도 및 단면치수가 작은 시험체에 대해서 주로 연구되었기 때문이라고 생각된다. 객관적인 검증을 위해서 type series와 비교한 결과, 본 논문의 제안식이 단면크기 에 따른 균열폭의 유동적인 변화를 효과적으로 반영함을 알 수 있다.
- 16은 본 제안식에 의한 계산값과 시험값의 비교를 나타내고 있다. 계산값과 시험값의 분포는 휨 시험 값에 대해서 대각선'(C/E=l)에 대해 거의 일치하며, 안전 측으로 평가됨을 알 수 있다. 여기서 좌상부는 시험체에 대한 제안식의 안전측, 우하부는 비안전측을 나타내고 있다.
- 또한 최대부착응력과 최대균열폭-상대슬립을 간략 식으로 제시하여 시험으로 구하지 않고도 효과적인 균열폭 산정이 가능하다.
- 13~15에서와같이 단면크기에 따른 균열폭을 효과적으로 평가함을 알 수 있다. 또한 타 시방서 규정과 비교했을 때 상대적으로 평균과 표준편차 및 변동계수로부터 시험 결과를 잘 반영함을 알 수 있다. 이에 비해서 타 시방 규정식이 단면 크기에 따라서 표준편차가 급격히 변화함에 비해서, 본제 안식은 단면크기에 무관하게 안정적이며 신뢰성이 높은 통계적 결과를 나타내고 있으며, 평균은 계산값과 시험 값이 일치되는 경우보다 14.
- 이때 측정되어진 철근변형률로부터 슬립량을계산하기 위해서 山尾*가 제안한 방법을 사용했다. 또한슬립량을 측정할 수 없는 기존 시험체인 F29 Series의 휨시험체 4개를 이용하여 본연구자가 제안한 부착응력식의 타당성을 확보했다. 모든 시험체의 하중 재하시험에는 U.
- 슬립량을 시험을 통해서 산정하지 않은 F29 및 type series에서도 최대균일폭- 슬립량의 관계를 식 15 (a)를 통해서 간략화된 균열폭 산정이 가능했다. 본 논문에서는 균열폭 산정식 외에 Leonhardt의 제안식이 F29 series에 대해서 균열폭 시험 값과 다소 유사한 결과를 보이고 있으나 콘크리트 강도증가와 부재단면의 확대 등에 따른 단면제원의 변동에 따라서 많은 분산을 보이고 있다. 이는 Leonhardt의 제안 식이 저강도 및 단면치수가 작은 시험체에 대해서 주로 연구되었기 때문이라고 생각된다.
- 본 연구자는 정상상태에서 휨 인장부의 응력상태는 축 인장 모델과 동일하다는 기존가정으로부터 휨 시험체에 도입했으며 이에 대한 경향을 반영하는 결과를 얻었으나, 각 부재마다 人에 따른 상이한 차이가 발생했다. 본 연구자는 축인장부재는 단순히 철근의 직경과 콘크리트 단면적으로 구성되지만, 휨시험체에서 스터럽 철근의 배근 간격과 주인장철근의 배근위치, 단면치수변화의 영향 및 여러 상호작용에 의해서 이와 같은 차이가 발생한다고 생각했다.
- 상기의 최대균열폭과 상대슬립 관계를 비교할 때, 스터럽간격 100 mm를 기준으로 하는 최대균열폭과 상대 슬립에 대한 제안식이 Fig. 11에서 보이듯이 단면제원과 상관없이 일정한 경향을 제시함을 알 수 있었다.
- 또한 타 시방서 규정과 비교했을 때 상대적으로 평균과 표준편차 및 변동계수로부터 시험 결과를 잘 반영함을 알 수 있다. 이에 비해서 타 시방 규정식이 단면 크기에 따라서 표준편차가 급격히 변화함에 비해서, 본제 안식은 단면크기에 무관하게 안정적이며 신뢰성이 높은 통계적 결과를 나타내고 있으며, 평균은 계산값과 시험 값이 일치되는 경우보다 14.54% 안전측으로 평가하고 있다. 변동계수는 14.
- 여기서 좌상부는 시험체에 대한 제안식의 안전측, 우하부는 비안전측을 나타내고 있다. 이와 같은 결과를 종합해볼 때 타 시방 규정식이 단면에 따라서 표준편차가 급격히 변화함에 비해서, 본 제안 식은 안정적이며 신뢰성이 높은 통계적 결과를 나타냄을 알 수 있다.
- 10 (a), (b), (c)에서 최대균열폭과 상대 슬립에 대한 관계를 도해했다. 최대균열폭과 상대 슬립의 관계를 철근 직경별로 구분할 때, 시험 결과가 스터럽간격에 상관없이 거의 일정한 결과가 도출됨을 확인할 수 있었다.
- 93%로 타 제안식에 비해 현격하게분산이 작은 것으로 나타났다. 평균에 대해서 Leonhardt 의 제안식의 경우는 F37, FT37 series에서는 평균이 과대평가되며, type series에서는 과소평가되기 때문에, 전체시험체에 대해서 이러한 과대, 과소값이 상쇄되어서 1.0 에 가까운 결과를 나타냄을 확인할 수 있다.
후속연구
- (5) 균열폭 제안식의 비교는 다양한 철근배치와 보다 많은 형태와 크기를 가진 단면에 적용되어져야 하고 시험이 수행되어져야 할 것이다. 각 요인에 대한 영향계수 표준화와 다수요인에 의한 자료축적이 필요하다.
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