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문제 정의
- 본 연구는 이전 연구를 통해 개발된 고장력 인장 봉을 이용한 RC 구조물의 보강 방법顺을 토대로 보다 세분화된 변수에 따른 보강 성능을 실험을 통해 검토하였다. 이전 연구에서는 고장력 인장봉을 사용한 외부 포스트 텐션 보강 공법에 대한 다양한 변수별 휨 실험을 수행하였으며, 기존에 사용되고 있는 일반적인 보강 형식인 탄소섬유 시트 보강 및 강판 보강 공법, 인장 강봉 대신 철근과 강선을 사용한 보강 시험체의 구조 성능에 대한 비교 실험을 수행한 바 있다.
- 이전 연구에서는 고장력 인장봉을 사용한 외부 포스트 텐션 보강 공법에 대한 다양한 변수별 휨 실험을 수행하였으며, 기존에 사용되고 있는 일반적인 보강 형식인 탄소섬유 시트 보강 및 강판 보강 공법, 인장 강봉 대신 철근과 강선을 사용한 보강 시험체의 구조 성능에 대한 비교 실험을 수행한 바 있다. 본 연구에서는 이러한 외부 강봉 보강 시험체의 정착부 및 각 변수별 휨 실험 결과를 토대로 기존에 제안되었던”) 보강 형식 중 시공이 간편한 V-형식의 핀형 시험체에 대해 인장 강봉의 보강에 의한 휨 및 전단 성능의 향상 효과에 대한 휨 실험을 계획하였다. 전단 보강 효과에 대한 실험은 전단파괴를 유도하기 위하여 전단 보강근을 최소로 하여 실험을 수행하였다.
제안 방법
- 그림에서 세로축은 무보강 시험체에 대한 보강 시험체의 강성 및 강도 비를, 가로축은 보강 시험체의 종류를 나타낸다. 강성의 경우 균열 전과 후를 비교하였고, 강도는 항복강도와 최대 강도를 각각 비교하였다.
- 고장력 인장 강봉 보강 시험체의 구조 성능 실험은 한국건설기술연구원의 구조 실험동에서 실시하였다. 가력 장치는 3, 430kN (350tf) 용량의 액츄에이터를 사용하였고 휨 파괴를 유도하기 위해 지점 간격 1.
- 고장력 인장봉으로 보강한 철근콘크리트 보의 휨 거동을 측정하기 위하여 가력 스팬 6, 000 mm의 실대형 시험체를 각 변수별로 계획하여 단순지지 보의 휨 성능 실험을 수행하였다. 시험체의 변수별 일람은 Table 3과 같고 실험에 사용한 표준 RC보는 Fig.
- 전단 보강 효과에 대한 실험은 전단파괴를 유도하기 위하여 전단 보강근을 최소로 하여 실험을 수행하였다. 또한 실제 구조물에서 기둥 보 접합부의 거동에 가까운 연속보에 대하여 인장 강봉 보강에 의한 부모멘트 부의 휨 거동 및 전단 거동에 대한 보강 효과를 검토하기 위해 양단 내민보 형식의 연속보 시험체를 계획하였다.
- 3(a), 3(b)와 같이 설치하여 측정하였다. 또한 크랙게이지 (crack gage)를 설치하여 시험체 중앙부의 하중에 따른 곡률 및 변위를 측정하였다.
- 1과 같이 폭 400 mm, 춤 600 mm 단면으로 보강철근은 압축 주근으로 D19, 인장 주근으로 D22 철근을 사용하였다. 시험체 별 주요 변수는 지지 방식 (단순지지, 연속지지), 전단 보강량 (D10@100, D10@400) 및 보강재의 단면 크기 (。18, ©22)로써 총 9 개의 시험체에 대하여 휨 및 전단 성능을 검토하였다.
- 압축강도 시험용 공시체는 KSF 2404에 따라 제작하였다. 압축강도는 12개의 공 시체의 평균값으로 구하였고, 콘크리트의 탄성계수는 공 시체의 응력-변형률 곡선에서 최대응력의 1/3에 해당하는 응력에 대한 할선계수 (secant modulus)로 구하였다. 시험 결과는 Table 1과 같다.
- 80 cm2)?l 2종류를 사용하였다. 연속지지 시험체의 경우 연속보의 효과를 주기 위하여 Fig. 3(b)와 같이 연속보의 변곡점 부분을 하부 지지대에 고정시켜 지지점에서 부모멘트가 발생하도록 계획하였다.
- 본 연구에서는 이러한 외부 강봉 보강 시험체의 정착부 및 각 변수별 휨 실험 결과를 토대로 기존에 제안되었던”) 보강 형식 중 시공이 간편한 V-형식의 핀형 시험체에 대해 인장 강봉의 보강에 의한 휨 및 전단 성능의 향상 효과에 대한 휨 실험을 계획하였다. 전단 보강 효과에 대한 실험은 전단파괴를 유도하기 위하여 전단 보강근을 최소로 하여 실험을 수행하였다. 또한 실제 구조물에서 기둥 보 접합부의 거동에 가까운 연속보에 대하여 인장 강봉 보강에 의한 부모멘트 부의 휨 거동 및 전단 거동에 대한 보강 효과를 검토하기 위해 양단 내민보 형식의 연속보 시험체를 계획하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 고장력 인장 강봉과 내 . 외부 보강 철근의 재료적 특성을 알아보기 위하여 KS B 0801 (금속재료 인장시험편 규정)의 규정에 따라 시험편을 제작하였으며, KS B 0802 (금속재료 인장시험 방법)에 따라 시험을 실시하였다.
- 시험체 제작에 사용된 콘크리트는 설계 압축강도 23.5 MPa (240kgfcm2)S. 계획하였다.
- 수행하였다. 시험체의 변수별 일람은 Table 3과 같고 실험에 사용한 표준 RC보는 Fig. 1과 같이 폭 400 mm, 춤 600 mm 단면으로 보강철근은 압축 주근으로 D19, 인장 주근으로 D22 철근을 사용하였다. 시험체 별 주요 변수는 지지 방식 (단순지지, 연속지지), 전단 보강량 (D10@100, D10@400) 및 보강재의 단면 크기 (。18, ©22)로써 총 9 개의 시험체에 대하여 휨 및 전단 성능을 검토하였다.
- 계획하였다. 압축강도 시험용 공시체는 KSF 2404에 따라 제작하였다. 압축강도는 12개의 공 시체의 평균값으로 구하였고, 콘크리트의 탄성계수는 공 시체의 응력-변형률 곡선에서 최대응력의 1/3에 해당하는 응력에 대한 할선계수 (secant modulus)로 구하였다.
이론/모형
- 본 연구에 사용된 고장력 인장 강봉과 내 . 외부 보강 철근의 재료적 특성을 알아보기 위하여 KS B 0801 (금속재료 인장시험편 규정)의 규정에 따라 시험편을 제작하였으며, KS B 0802 (금속재료 인장시험 방법)에 따라 시험을 실시하였다. 시험 결과는 Table 2와 같다.
성능/효과
- 1) 전단 보강근이 과소 보강된 실험체 (-LS 계열)는 전단균열 후에도 강봉 보강에 의한 전단 보강 효과로 비교적 완만하게 최대 하중에 도달하였으며 전단파괴가 발생하지 않고 휨 파괴로 강도가 결정되었다.
- 2) 무보강 실험체 (RC)에 대한 보강 실험체 (T18V, T22V) 의 강도를 비교해보면 항복하중은 평균 30%, 최대하중은 평균 37%의 증가를 보였다.
- 3) 강봉 보강 시험체의 경우 중립축은 무보강 시험체에 비해 낮게 나타나고 있으며, 하부 인장측 콘크리트의 균열 발생 이후에도 강봉의 긴장력 작용으로 인해 중립축의 변화는 크게 나타나지 않았다.
- 4) 연속지지 시험체는 과소 배근된 전단 보강근의 영향으로 비교적 조기에 전단파괴가 발생하였으나 고장력 인장봉의 전단 보강 효과로 인해 약 50% 정도의 추가적 내력 상승을 보였고, 균열 발생 이후에도 충립축의 변화는 거의 나타나지 않았다.
- 5) 단순지지 보강 시험체에서는 강봉의 최대 강도는 재료 시험에서의 항복강도에 근접하고 있으나, 하중과 기하학적인 변수에 따라 강봉 항복강도 이하가 될 수 있으므로 설계 시 이를 고려해야 한다.
- 6) 연속지지 시험체에서는 강봉의 최대 변형률이 재료의 항복변형률에 크게 미치지 못한 상태에서 1차 전단 파괴되었다. 전단 보강에 대한 강봉 보강의 효과는 매우 미미한 것으로 나타났다.
- 와셔는 KS B 1010 의 F35 규격을 사용하여야 하며, 이후의 실험에서는 적절한 와셔를 사용하여 강봉을 설치하였다. T18V-LS 시험체는 가력하중 117.4kN에서 균열이 발생하기 시작하여 하중 498.92 kN을 전후하여 인장철근이 항복하였고, 항복 후에도 강봉의 보강 효과로 점차 하중이 증가하여 최대 하중 602.31 kN에 도달한 후, 최종적으로 상부 콘크리트의 압괴로 가력이 종료되었다.
- 무보강 시험체 CB의 경우와 마찬가지로 지점과 가력점 사이에서 전단파괴가 일어나, 충분한 휨 성능을 발휘하지 못하고 조기에 가력이 중단되었다. 我2 인장 강봉을 사용한 CB-T22V 시험체는 하중 226.97kN에서 초기균열이 발행하였고 595.84kN에서 인장 강봉이 항복하였다. 다른 연속지지 시험체와 마찬가지로 전단파괴로 인해 조기에가력이 중단되었다.
- 65 kN에서 초기균열이 발생하였고, 균열의 진전과 함께 점차 강성이 감소하여 L/250 근방에서 콘크리트 하부 인장철근이 항복하였으며 이후 급격한 강성 감소로 하중의 소폭 증가와 함께 변위가 지속적으로 증가하다가 상부 콘크리트의 압괴로 최종 파괴되었다. 강봉 보강 시험체의 대조군인 무보강 시험체 RC, RC-LS의 최대 하중은 각각 465.30 kN, 447.66 kN으로 측정되었다. 가력 종료 후 RC와 RC-LS의 파괴 상황은 Fig.
- 연속지지 시험체 CB-T18V; CB-T22V의 경우 단순 지지 시험체에 비해 강성 보강 효과가 조금 떨어지는 것으로 나타났다. 그러나 강도에 있어서는 모든 시험체가 무보강 시험체에 비해 최저 1.15배에서 최고 1.43 배 증가하는 등 비교적 균등한 보강 효과를 보였다. 또한 보강재의 직경이 徂8에서。22로 늘어남에 따라 강성과 강도의 증가 비율 역시 커지는 양상을 나타내고 있다.
- 8에 나타내었다. 그림과 같이 강봉으로 보강한 시험체는 보강하지 않은 시험체에 비해 최대 하중이 약 25~27% 증가하였으나 단순지지 시험체와 비교해보면 비교적 취성적인 파괴양상을 보였다. 또한 Fig.
- 그림에서 알 수 있듯이 단순지지 시험체에 사용한 강봉의 경우 평균 변형률이 재료의 항복변형률 위치에 분포한 반면, 연속지지 시험체에 사용한 강봉의 평균 변형률은 이에 훨씬 못 미치는 것으로 나타났다. 본 실험에서 강봉에 도입한 프리스트레스는 강봉 인장강도의 40%로, 본 결과에 따라 강봉의 프리스트레스를 더 높게 도입할 필요성이 있는 것을 알 수 있고, 연속지지의 강봉 프리스트레스를 더 크게 도입하여야 할 것으로 판단된다.
- 6에서 실선은 전단 보강근의 간격이 @400인 -LS 계열의 시험체를 나타내고, 파선은 @100인 시험체의 거동을 나타내는 것이다. 실험 결과, 전단 보강근의 간격에 따른 시험체의 강성 및 강도의 변화는 크지 않다.
- 않는다. 연속지지 시험체 CB-T18V; CB-T22V의 경우 단순 지지 시험체에 비해 강성 보강 효과가 조금 떨어지는 것으로 나타났다. 그러나 강도에 있어서는 모든 시험체가 무보강 시험체에 비해 최저 1.
- 13은 크랙게이지로부터 구한 연속지지 시험체의 변위-중립축 관계를 나타낸 것이다. 연속지지 시험체는 전단 보강근의 과소 배근 (@400)으로 모두 비교적 조기에 가력스팬 내에 전단파괴가 발생하여 가력이 조기에 종료되었다. 따라서 최대 하중 시에도 변형률의 분포가 거의 선형 구간 내에 머물러 있고 중립축의 위치는 하부 인장측 콘크리트의 균열 진전으로 선형적으로 계속 증가하는 추세를 보이고 있다.
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