[논문]철근콘크리트 보의 전단저항 성분 분해

이창신; 신근옥; 김우

doi:10.4334/jkci.2006.18.6.819

[국내논문] 철근콘크리트 보의 전단저항 성분 분해
Decomposition of Shear Resistance Components in Reinforced Concrete Beams 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.18 no.6, 2006년, pp.819 - 825

이창신 (전남대학교 토목공학과) , 신근옥 (전남대학교 토목공학과) , 김우 (전남대학교 토목공학과)

초록
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본 연구의 목적은 휨과 전단에 지배받는 철근콘크리트 보에서 아치작용에 의한 전단기여성분을 평가하기 위한 새로운 해석 모델의 적용성을 검증하기 위한 것이다. 새로운 모델은 전단력은 휨모멘트의 변화율이라는 관계식을 기초로, 분산트러스 이상화 기법을 이용하여 횡단면에서 베르누이(Bernoulli) 휨 평면으로부터 전단변형적합조건을 새롭게 유도하였으며, MCFT와 분산트러스 이상화를 통해 전단흐름에 의한 복부전단요소의 전단곡률을 일치시키는 전단변형적합조건을 수립하였다. 전단변형적합조건을 이용하면, 보 전단거동은 타이드아치작용과 보작용의 두 성분으로 수치적 분해 될 수 있다. 이러한 분리 접근법의 유효성은 기존 문헌에 수록된 활용 가능한 실험 자료를 통해 검증하였다. 수행 결과 실제 측정 전단강도와 비교하였을 때 복부가 분담하는 전단강도는 훨씬 일정하며, 역학적 복부철근비와 훌륭한 선형 상관관계에 있는 것으로 나타났다. 새로운 해석 모델은 철근콘크리트 부재의 전단 거동에 영향을 미치는 각 변수나 메커니즘을 합리적으로 설명할 수 있는 모델이라고 할 수 있겠다.

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of the present study is to verify the validity of a new truss model for evaluating the contribution by arch action to shear resistance in shear-critical reinforced concrete beams. The new truss model is based on the relationship between shear and bending moment in a beam subjected to combined shear and bending. The compatibility condition of the shear deformation that deviates from Bernoulli bending plane is formulated utilizing the smeared truss idealization with an inclined compression chord. The Modified Compression Filed Theory is employed to calculate the shear deformation of the web, and the relative axial displacements of the compression and the tension chord by the shear flow are also calculated. From this shear compatibility condition in a beam, the shear contribution by the arch action is numerically decoupled. Then the validity of the model is examined by applying the model to some selected test beams in literatures. On the basis of the analytical results, the contribution by the web to shear resistance can be constant and have an excellent linear correlation with the web reinforcement ratio. The present decoupling approach may provide a simple way for the assessment of the role of each parameter or mechanism that affects the ultimate shear behavior of reinforced concrete beams.

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AI 본문요약
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문제 정의

있다. 따라서 이 연구에서는 선행 연구에서 전단 개발한 전단 해석 모델을 통해 전단 저항 성분을 분해하여 전단 저항기구를 합리적으로 설명하고자 시도하였다. 제안 모델을 기존 실험 결과에 적용하여 각 전단저항 성분의 특성을 분석하였으며, 이를 통하여 제안 모델의 유효성을 검증하였다.
본 연구의 목적은 휨과 전단에 지배받는 철근콘크리트 보에서 아치작용에 의한 전단기여분을 평가하는 새로운 모델의 적용성을 검증하기 위한 것이다. 새로운 모델은 전단력은 휨모멘트의 변화율이라는 관계식을 기초로 분산 트러스 이상화 기법을 이용하여 횡단면에서 베르누이휨 평 면으로부터 전단변형 적 합 조건을 새 롭게 유도하였다.

제안 방법

따라서 이 연구에서는 선행 연구에서 전단 개발한 전단 해석 모델을 통해 전단 저항 성분을 분해하여 전단 저항기구를 합리적으로 설명하고자 시도하였다. 제안 모델을 기존 실험 결과에 적용하여 각 전단저항 성분의 특성을 분석하였으며, 이를 통하여 제안 모델의 유효성을 검증하였다.
이 연구의 해석 모델을 이용하여 1960년대 Stuttgart 대학에서 실험한 보 ET2의 하중 단계별 전단저항 성분을 위에서 설명한 방법으로 구하여 Fig. 5에 도시하였다. Fig.
부재의 전단강도에 영향을 미치는 주요 변수에 따라 새롭게 제안한 해석 모델이 어떻게 작동하는가를 살펴보기 위호H, 기존 문헌에 발표된 실험 보의 파괴 때의 전단 저항 성분을 분석하였다.
이러한 재료적 문제를 해결하기 위해 철근에 비해 내부식성이 뛰어나고 고강도인 섬유복합재료(fiber reinforced polymers, FRP)가 철근의 효과적인 대체재로 제안되고 있으며, 국내외적으로 FRP 보강 근의 개발 연구가 활발하다. 제안 모델이 사용재료가 변화하여도 일반적으로 적용 가능한지 검토하기 위해 FRP 보강 콘크리트 보에 대한 검토를 수행하였다. Fig.
적용성을 검증하기 위한 것이다. 새로운 모델은 전단력은 휨모멘트의 변화율이라는 관계식을 기초로 분산 트러스 이상화 기법을 이용하여 횡단면에서 베르누이휨 평 면으로부터 전단변형 적 합 조건을 새 롭게 유도하였다. 전단변형적합조건을 이용하면, 각 보의 측정된 전단력을 복부에 전달된 전단력과 콘크리트 압축대(아치)에 전달된 전단력으로 분류할 수 있었다.

대상 데이터

6은 부재의 주철근비만 변화하는 실험 자료에 해석 모델을 적용하여 분해한 저항력 구성을 나타낸 것이다. Fig. 6에 이용된 자료는 Placas와 Regan"0의 전단 철근이 있는 실험 보 중 기하구조가 동일하고 주철근비만을 변수로 하고 있는 3개 자료를 이용하였다. 해석은 전단 경간 중앙 위치에서 수행되었으며, 결과는 Table 1에 정리하여 나타냈다.
해석 모델을 이용하여 제안한 전단 저항 성분 분해법의 적용성을 종합적으로 검토하게 위해, 15개의 다른 연구로부터의 수집한 실험 보 190개 자료이'_W06)를 분석하였다. 모든 실험 보는 집중하중을 받는 단순보로서 직사각형 단면을 갖는다.

성능/효과

해석은 전단 경간 중앙 위치에서 수행되었으며, 결과는 Table 1에 정리하여 나타냈다. 이 결과에 의하면, 주철근비가 증가하면 전단강도는 증가하지만, 복부에서 담당하는 전단력 (1 -a)f는 주철근비가 증가하여도 일정하다는 것을 알 수 있다. 주철근비 증가에 따라 전단강도가 커지는 것은 부재 내부에 타이드-아치작용이 더 활성화 되어 콘크리트 압축력에서 더 많은 전단저항을 하기 때문이다.
8과 Table 1에 정리하였다. 이 결과에서 보듯이 복부 철근이 없는 보에서도 주철근비 및 전단 경간 비가 변화하여도 복부에서 담당하는 전단력 (1 -a) T는일정하게 유지됨을 알 수 있다.
이러한 해석 결과로부터, 제안 모델은 복부 철근이 배치되지 않은 보와 배치된 보, FRP 보강 콘크리트에도 똑같이 적용 가능한 일관된 논리를 확보한 모델이라고 할 수 있다.
)는 훨씬 분산이 작을 뿐만 아니라, 역학적 복부 철근비와도 훌륭한 상관관계에 있다는 알것을 알 수 있다. 이러한 결과로 미루어 보아, 새로운 해석 모델은 철근콘크리트 부재의 전단 거동에 영향을 미치는 각 변수나 메커니즘을 합리적으로 설명할 수 있는 모델이라고 할 수 있겠다.
새로운 모델은 전단력은 휨모멘트의 변화율이라는 관계식을 기초로 분산 트러스 이상화 기법을 이용하여 횡단면에서 베르누이휨 평 면으로부터 전단변형 적 합 조건을 새 롭게 유도하였다. 전단변형적합조건을 이용하면, 각 보의 측정된 전단력을 복부에 전달된 전단력과 콘크리트 압축대(아치)에 전달된 전단력으로 분류할 수 있었다. 제안 모델의 유효성은 기존 문헌에 수록된 활용 가능한 실험 자료를 통해 검증하였는데, 수행 결과 제안모델은 복부 철근이 배치된 보와 배치되지 않은 보 및 FRP 보강 콘크리트 보에도 똑같이 적용 가능한 일관된 논리를 확보하고 있음을 알 수 있었다.
전단변형적합조건을 이용하면, 각 보의 측정된 전단력을 복부에 전달된 전단력과 콘크리트 압축대(아치)에 전달된 전단력으로 분류할 수 있었다. 제안 모델의 유효성은 기존 문헌에 수록된 활용 가능한 실험 자료를 통해 검증하였는데, 수행 결과 제안모델은 복부 철근이 배치된 보와 배치되지 않은 보 및 FRP 보강 콘크리트 보에도 똑같이 적용 가능한 일관된 논리를 확보하고 있음을 알 수 있었다. 또한 복부의 전단력이 주철근비 및 전단 경간 비가 변화하여도 일정하다는 것을 명료하게 알 수 있었고, 복부가 부담하는 전단력은 역학적 복부 철근비와는 훌륭한 선형관계에 있다는 것을 알 수 있었다.
제안 모델의 유효성은 기존 문헌에 수록된 활용 가능한 실험 자료를 통해 검증하였는데, 수행 결과 제안모델은 복부 철근이 배치된 보와 배치되지 않은 보 및 FRP 보강 콘크리트 보에도 똑같이 적용 가능한 일관된 논리를 확보하고 있음을 알 수 있었다. 또한 복부의 전단력이 주철근비 및 전단 경간 비가 변화하여도 일정하다는 것을 명료하게 알 수 있었고, 복부가 부담하는 전단력은 역학적 복부 철근비와는 훌륭한 선형관계에 있다는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과로 미루어 보아, 아치 계수-a는 전단에 지배받는 철근콘크리트 부재의 거동을 설명하는데 가장 결정적인 변수이며, 새로운 해석 모델은 철근콘크리트 부재의 전단 거동에 영향을 미치는 각 변수나 메커니즘을 합리적으로 설명할 수 있는 모델이라고 할 수 있겠다.
또한 복부의 전단력이 주철근비 및 전단 경간 비가 변화하여도 일정하다는 것을 명료하게 알 수 있었고, 복부가 부담하는 전단력은 역학적 복부 철근비와는 훌륭한 선형관계에 있다는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과로 미루어 보아, 아치 계수-a는 전단에 지배받는 철근콘크리트 부재의 거동을 설명하는데 가장 결정적인 변수이며, 새로운 해석 모델은 철근콘크리트 부재의 전단 거동에 영향을 미치는 각 변수나 메커니즘을 합리적으로 설명할 수 있는 모델이라고 할 수 있겠다.

후속연구

본 연구의 결과에 의하면, 복부가 부담하는 전단력은 각 보의 기하 조건에 무관하게 전단 철근비만의 함수 형태로 나타낼 수 있으며, 이러한 분석 결과는 향후 다양한 부재와 실용적 적용을 위한 파괴기준 특성 연구에 기본개념으로 활용될 수 있을 것이다.

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표제어: PCR

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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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