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문제 정의
- 그러나 현재의 설계규준에는 웨브 매입형 합성보에 대한 설계식이 없고, 부착응력의 정확한 평가가 곤란하기 때문에 이를 평가하기 위한 실험적 . 해석적 연구가 필요하다.
- 따라서, 본 장에서는 춤이 깊은 합성용 데크를 사용한 합성슬래브가 강판성형 합성보의 웨브에 삽입된 형식인 매입형 합성보에 대한 휨 거동 및 전단부착 특성을 평가하기 위해 철골보의 두께, 철근보강 및 전단스터드의 유무를 주요 변수로 하여 총 7개의 실대형 매입형 합성보 실험체를 제작하여 휨 성능 실험을 수행하였다.
가설 설정
- ① 콘크리트는 압축력만을 부담하고 인장에 대해서는 응력을 부담하지 않는다.
제안 방법
- 따라서 이 연구에서는 그림 1의 (b)와 같이 양 측면판의 높이 조절이 자유롭고 롤 성형으로 제작이 가능한 매입형 합성보를 개발하였다. 또한, 기존의 노출형 합성보와 달리 철골보의 웨브 부분을 콘크리트가 감싸고 있기 때문에 별도의 전단연결재를 사용하지 않더라도 소정의 부착강도를 확보할 수 있어 합성보의 단면에 발생하는 수평전단력을 전달할 수 있다.
- 춤이 깊은 데크플레이트를 사용한 강판성형 합성보의 강성, 강도 및 전단부착응력을 평가할 목적으로 스팬 6m의 단순보실험체를 각 변수별로 계획하여 휨 실험을 수행하였다. 실험체의 치수 및 개형은 표 1 및 그림 5와 같이 철골보 두께, 철근보강, 스터드 유무 및 웨브의 개구부 유무를 변수로 하여총 7개의 합성보 휨성능 실험체를 제작하였다.
- 실험체의 치수 및 개형은 표 1 및 그림 5와 같이 철골보 두께, 철근보강, 스터드 유무 및 웨브의 개구부 유무를 변수로 하여총 7개의 합성보 휨성능 실험체를 제작하였다. 슬래브 상부압축측 콘크리트에는 e6-100xl00의 와이어 메쉬를 상부근으로 사용하였으며, 전단스터드는 4)16-90의 기성제품을 300mm 간격으로 2열 배치하였다.
- 가력방법은 변위제어를 하였으며 1초당 0.05mm의 속도로 가력하였다. 가력장치는 그림 8 및 그림 9와 같이 350tf 정적 엑츄에이터 (Actuator)를 사용하였으며 가력보를 사용하여 4L/10의 전단스팬을 이용한 2점 선형가력 하였다.
- 가력지점과 중앙부 처짐을 측정하기 위해 실험체 하부에 3 개의 변위계(LVIQT 200mm: DI, D2, D3)를 설치하고 철골보와 콘크리트 슬래브의 경계면에서 발생하는 엔드슬립 (End-Slip)을 측정하기 위해 양단부에 그림 8 및 11과 같이 2개의 변위계 (LVDT 100mm : D4, D5)를 설치하였다. 또하 변형도를 측정하기 위하여 그림 10과 같이 실험체의 스팬중앙부에 W.
- 또하 변형도를 측정하기 위하여 그림 10과 같이 실험체의 스팬중앙부에 W.S.G(Wire Strain Gauge)를 부착하여 실험시하중에 따른 변형도를 측정하였다.
- 관계를 정리하여 나타낸 것이다. 또한, 비교를 위하여 단부의 엔드슬립 및 이론 강성 및 최대하중을 함께 나타내었다. 최대하중의 이론값 유도과정은 2.
대상 데이터
- 실험체의 치수 및 개형은 표 1 및 그림 5와 같이 철골보 두께, 철근보강, 스터드 유무 및 웨브의 개구부 유무를 변수로 하여총 7개의 합성보 휨성능 실험체를 제작하였다. 슬래브 상부압축측 콘크리트에는 e6-100xl00의 와이어 메쉬를 상부근으로 사용하였으며, 전단스터드는 4)16-90의 기성제품을 300mm 간격으로 2열 배치하였다.
- 본 연구에 사용된 강재의 역학적 성능을 파악하기 위하여 KS B 0801의 금속재료 인장시험편 규정에 따라 제작하였고 사용강종은 강판의 경우 SS400, 철근의 경우 SD400을 사용하였다.
- 실험체에 사용된 콘크리트는 설계기준강도 23.5MPa로 계획하였으며, 사용된 레미콘의 수에 따라 각각 3개씩 총 12개의 공시체를 제작하였다. KS F 2403에 따라 제작한 공시체의 콘크리트 압축강도 시험결과는 표 3과 같다.
이론/모형
- 시험은 200tf 유압식 만능시험기(U.T.M.)를 사용하여 KS B 802의 금속재료 인장시험편 시험방법에 의해 실시하였고, 각 시험편의 항복강도, 인장강도 및 항복비 등에 대한 시험결과는 표 2와 같다.
성능/효과
- 실험결과, 최대하중(Pu)에 대한 항복하중(Py)의 비는 0.57 ~0.77로 나타났으며 초기슬립 발생하중0)은 최대하중의 0.45~0.57로서 최대하중의 약 50% 근방에서 초기슬립 하중이 발생하는 것으로 나타났다. 또한, 슬립후의 강성 값(은균열 발생후의 강성 값(Kc)에 비해서 0.
- 57로서 최대하중의 약 50% 근방에서 초기슬립 하중이 발생하는 것으로 나타났다. 또한, 슬립후의 강성 값(은균열 발생후의 강성 값(Kc)에 비해서 0.31 ~0.77의 분포를 나타내었고 최대하중시의 변위량(δu)은 항복하중시의 변위량 (δy)의 3.3~ 11.59의 범위로 우수한 변형능력을 나타내었다.
- 정리하여 나타낸 것이다. 강판성형 합성보의 실험결과, 전단연결재가 없는 실험체의 경우, 초기균열 발생 전단계, 균열 후 단계 및 슬립발생 단계를 지나 항복에 이르고 항복이후에는 슬립에 의한 응력의 재분배가 비교적 원활하게 이루어지기 때문에 비교적 완만하게 하중이 증가하면서 최대하중에 도달하였고 급격한 내력의 감소 없이 하중이 완만하게 감소하는 연성적 거동을 나타내었다.
- 하중의 증가와 함께철골보 하부 인장플랜지의 항복을 전후로 하여 철골보와 콘크리트의 슬립이 발생하기 시작하였다. 그 후 상부 콘크리트면에 길이방향의 인장균열과 가력점 근방에서의 사인장 균열이 점차확대되면서 최대내력에 도달한 후, 최종적으로 가력점 상부의상부 콘크리트의 압괴로 가력이 종료되었다. 스터드를 설치한실험체의 경우, 초기균열 전단계 및 항복하중 단계를 지나면서 전단연결재의 하중이 집중되면서 최대하중에 도달하였고, 최대하중에 도달 이후 상부 압축측 콘크리트의 압괴로 가력이 비교적 조기에 종료되었다.
- 이후 하중의 증가와 함께 응력이 재분배가 원활하게 이루어지면서 탄성한계 값을 지나 항복에 이르렀다. 항복이후 처짐이급격이 증가하면서 인장플랜지의 항복으로 곡율이 급격히 증가하고 하중 값 600kN을 전후로 하중의 증가가 없이 변형만 지속하다가 중앙부 최대처짐이 스팬의 L/50 근방에서 최대하중에 도달하였으며 좌측 가력점 상부 콘크리트 슬래브의 압축파괴로 하중이 감소하면서 가력이 종료되었다.
- 나타나지 않았다. 슬립발생이 상대적으로 적게 나타난보강 실험체의 경우, 보강효과로 인해서 최대하중 값은 무보강실험체에 비해서 상당히 증가하였지만, 슬립발생이 비교적 경미하고, 이로 인한 슬래브면의 응력 재분배가 원활하지 않아중앙부 처짐이 커질수록 상부 압축측 콘크리트의 응력집중이심화되어 최대하중이후에 비교적 조기에 상부콘크리트이 압괴로 가력이 종료되었다.
- 강판성평 합성보의 두께가 6mm이고 하부 인장측에 철근을 보강한 FI>6R 실험체의 경우, FD-4R 실험체와 같이, 보강효과로 인해서 최대하중 값은 무보강 실험체에 비해서 상당히 증가하였지만, 슬립발생이 비교적 경미하고, 이로 인한 슬래브면의 응력 재분배가 원활하지 않아 중앙부 처짐이 커질수록 상부압축측 콘크리트의 응력집중이 심화되어 최대하중이후에 비교적 조기에 상부콘크리트이 압괴로 가력이 종료되었다. 최대하중시의 변위량은 무보강 실험체 FA6N의 변위량의 50% 정도로 나타났다.
- 최대하중시의 변위량은 무보강 실험체 FA6N의 변위량의 50% 정도로 나타났다.
- 강판성평 합성보의 두께가 9mm이고 무보강인 FIA9N 실험체의 경우, 강성 값이 상대적으로 크기 때문에 슬립발생후의 하중감소 및 추가처짐이 비교적 크게 나타났다. 초기슬립 발생이후 응력의 재분배가 비교적 원활하게 진행되어 철골보의 국부좌굴이나 상부 콘크리트의 응력의 집중이 없이 최대하중에 도달 할 때까지 매우 큰 소성변형능력을 나타내고 있음을 알 수있다고, 최대변위에 280mm에 달하여 본 실험의 측정범위를 벗어나 가력을 중단하였다.
- 및 추가처짐이 비교적 크게 나타났다. 초기슬립 발생이후 응력의 재분배가 비교적 원활하게 진행되어 철골보의 국부좌굴이나 상부 콘크리트의 응력의 집중이 없이 최대하중에 도달 할 때까지 매우 큰 소성변형능력을 나타내고 있음을 알 수있다고, 최대변위에 280mm에 달하여 본 실험의 측정범위를 벗어나 가력을 중단하였다.
- 나타낸 것이다. 강판 두께가 6mm, 9mm로 증가할 경우, 최대하중은 각각 1.3배, 1.7배 정도 증가하였고 균열후의 강성 값은 각각 1.44배 및 1.85배로 선형적인 비례관계를 나타내었다. 최대하중시의 처짐은 4iml두께의 실험체에 비해서 각각 1.
- 이처럼 전단스터드에 의해서 완전합성 거동을 하게 될 경우, 상부 압축측의 전단연결재 부분에서의 응력집중으로 비교적 조기에 최대하중에 도달하고 있음을 알 수 있다. 철근보강 및 전단연결재의 설치로 인해 최대하중은 약 20% 이상 증가하고 최대하중시의 변위량은 오히려 무보강 실험체의 50% 정도로 감소하였다..
- 초기슬립 발생시의 변위량은 L/600(10mm)근방에서 일어났다. 하부 철근의 보강에 따른 최대하중을 비교해 보면, 두께 4mm인 FA4계열 실험체의 경우, 철근단면적(5.07cm2)을 철골보의 약 13%로 보강하면, 최대하중 및 균열후의 강성이 각각 48% 및 36% 증가하였으며, 두께 6mm인 FD~6계열 실험체의 경우, 철근단면적 8.6% 증가로 최대하중 및 균열 후의 강성이 각각 21% 및 49% 증가하는 것으로 나타났다.
- 그림 18은 순수 철골보에 대한 강판성형 합성보의 강성 및 강도를 비교한 것이다. 순수 철골보에 대한합성보의 초기강성 실험값은 3.12~5.26으로 평균 4.17배의 강성 증가를 나타내었고 최대하중은 순수 철골보에 비해서 1.68~4.36의 범위로 평균 2.55배의 강도가 증가하는 것으로 나타났다. 특히, 강판두께 4miii 실험체에 철근보강을 할 경우 4.
- 비교하여 나타낸 것이다. 비교결과, 초기강성의 경우실험값에 대한 이론값의 비가 0.75~0.99의 범위로 평균 0.87로 나타났다. 전단연결재를 설치할 경우, 이론값에 가까운0.
- 강판성형 합성보의 실험결과, 철골보에 별도의 전단연결재를 설치하지 않아도 단면자체 형상에 의한 기계적 부착작용으로 항복하중 이후, 최대히중까지의 하중증가가 비교적 완만하고 최대하중 이후에도 내력이 완만하게 저하하는 연성적인 거동을 나타내었다. 이와 같은 결과는 철골보와 콘크리트 슬래브가 부착력을 상실하면서 슬립이 발생하고, 슬립의 발생으로 인한 에너지 소산작용으로 단면내의 응력 재분배가 원활하게 이루어져 변형능력이 크게 향상된 것으로 사료된다.
- 이상의 결과에 한정하면 철골보와 콘크리트의 부착면적이모든 실험체가 동일함에도 불구하고 초기슬립 발생하중이 서로 다른 결과를 나타낸 것은 강판성형 합성보의 단면내에 발생하는 초기슬립 발생하중은 단순히 부착면적에 관련된 것이아니라 단면의 곡율과 밀접한 관련이 있음을 알 수 있다.
- 또한, 합성보의 전단 합성율(Fsb/Rc)은 실험 최대하중으로부터 구한, Fsb값을 사용한 것이다. 실험으로부터 구한 불완전 합성보의 전단부착응력은 최대 하중을 적용할 경우, 0.40~0.74N/㎟ 범위로 나타났고 평균부착응력은 0.54N/㎟로 나타났다. 슬립에 의한 수평전단파괴 발생시의 하중을 적용할 경우, 부착응력은 0.
- 54N/㎟로 나타났다. 슬립에 의한 수평전단파괴 발생시의 하중을 적용할 경우, 부착응력은 0.16 ~ 0.72N/mrf의 범위를 나타내었고 평균부착응력은 0.44N/㎟로서 최대하중시의 약 81%의 값을 나타내었다.
- (1) 강판성형 합성보의 실험결과, 철골보에 별도의 전단연결재를 설치하지 않아도 단면자체 형상에 의한 기계적부착작용으로 항복하중 이후, 최대하중까지의 하중증가가 비교적 완만하고 최대하중 이후에도 내력이 완만하게 저하하는 연성적인 거동을 나타내었다.
- (2) 순수 철골보에 대한 비교결과, 합성보의 초기강성 실험값은 3.12~5.26으로 평균 4.17배의 강성 증가를 나타내었고 최대하중은 1.68~4.36의 범위로 평균 2.55 배의 강도가 증가하는 것으로 나타났다.
- (3) 실험결과 초기슬립은 단면형상 및 두께에 상관없이 일정한 처짐에 도달했을 때 발생하는 것으로 나타났다. 최대하중에 대한 초기슬립 하중의 비는 50% 정도로 나타났다.
- (4) 매입형 합성보는 콘크리트와 철골보의 화학적 부착력상실 이후에도 철골보의 형상에 의한 기계적 부착력의 작용으로 50% 정도의 추가적인 전단저항 성능을 나타내었다.
- (5) 실험으로부터 구한 불완전 합성보의 전단부착응력은 최대하중을 적용할 경우 0.40~0.74N/W, 슬립에 의한수:평전단파괴시의 하중을 적용할 경우. 0.
- 실험결과, 항복하중에 대한 초기슬립 발생하중의 비는 6 2%~98%의 범위로 평균 76%를 나타내었으며 최대하중에 대한 초기슬립 하중의 비는 45%~57%로 평균 51% 값을 나타내었다. FD-6R 실험체의 경우 1차 및 2차 슬립 발생시의 하중값이 비교적 큰 차이를 나타낸 반면, FD-6S 및 FD-9N 실험체의 경우 1 및 및 2차 슬립이 거의 동시에 일어나고 있다.
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