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불균형모멘트와 펀칭전단의 상관관계를 고려한 철근콘크리트 무량판 슬래브의 파괴모델
The Failure Model of RC Flat Plates Considering Interrelation between Punching Shear and Unbalanced Moment 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.20 no.4, 2008년, pp.523 - 530  

최정욱 (한국콘크리트학회 공학연구소) ,  송진규 (전남대학교 건축학부) ,  송호범 (전남대학교 건축학부)

초록

구조설계기준에서, 슬래브의 최대 펀칭전단응력은 연직하중에 의한 직접전단과 불균형모멘트에 의한 편심전단의 조합응력으로 규정하고 있다. 이것은 슬래브에 작용하는 펀칭전단응력에 불균형모멘트의 영향을 반영한 것이다. 그러나 부재의 저항성능 즉 펀칭전단강도에는 슬래브의 불균형모멘트강도 영향을 전혀 고려하고 있지 않다. 본 논문에서는 불균형모멘트-펀칭전단 상관모델을 제시하였다. 상관모델에서 불균형모멘트와 펀칭전단의 하중영향 및 저항성능 관계는 2차원으로 표현된다. 상관모델을 이용하여, "슬래브의 펀칭전단강도를 결정하는데 있어 불균형모멘트강도를 어떻게 반영할 것인지"에 대한 방안을 제시하였다. 또한, 전단보강재가 불균형모멘트강도에 미치는 영향을 분석하고 이를 구조설계에 반영하기 위한 유효폭확대계수의 적용을 제안하였다. 본 논문에서 제시한 상관모델은 하중과 전단보강재에 따른 펀칭전단과 불균형모멘트 강도를 실제 거동에 가깝게 정의할 수 있고 슬래브의 휨지배파괴 또는 전단지배파괴의 최종적인 파괴모드를 쉽게 예측할 수 있어 슬래브의 구조적 거동을 예측하는데 매우 효과적이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In structural design provision, maximum punching shear stress of slabs is prescribed as combined stress in direct shear occurred by gravity load and eccentric shear occurred by unbalanced moment. This means that the effect of unbalanced moment is considered to decide the punching shear stress. Howev...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 18로 증가됨에 따라 파괴모드가 다시 전단지배모드로 변환됨을 알 수 있다. 본 논문에서는 상관모델을 이용하여 파괴모드를 어떻게 정의할 것인지 대하여 설명하였다. 단, 상관모델을 통한 파괴모드 예측의 정확도는 휨지배와 전단지배 파괴강도의 정확도에 따라 달라지는 것이므로, 접합부의 파괴모드를 정확히 예측하기 위해서는 실제 접합부의 펀칭전단과 불균형모멘트 강도를 정확히 예측할 수 있는 강도모델을 이용하여야 할 것이다.
  • 본 논문에서는 전단과 불균형모멘트에 대한 슬래브-기둥 접합부의 거동을 적절히 설명하기 위하여 새로운 접합부 파괴모델을 제시하였다. 그리고 상기 모델을 이용하여 다음과 같은 연구를 수행하였다.
  • 이와 같은 현상을 구조설계에 반영하기 위하여, 본 논문에서는 전단보강재의 유무에 따른 유효폭확대계수 (λ) 적용을 제시하였다.

가설 설정

  • 계산 방법을 하중 패턴에 따라 구분하여 제시하였다. ACI-ASCE 위원회 352는 하중의 패턴을 균형하중지배 (균형모멘트에 비해 불균형모멘트가 매우 작은 경우)와 불균형하중지배 (균형모멘트에 비해 불균형모멘트가 매우 큰 경우)의 2가지 극한상태로 가정하였다. 먼저, 균형하중이 지배적인 경우는 슬래브 한쪽 단면의 상부철근만을 고려하여 휨 강도를 계산하고 불균형하중이 지배적인 경우는 슬래브 한쪽 단면의 상부 철근과 반대쪽 단면의 하부철근을 모두 고려하여 휨강도를 계산하도록 하였다.
  • 접합부의 최종적인 파괴모드 예측이 가능하다.
  • 구조설계기준에서는 불균형모멘트의 일부 γfMunb가 휨에 의해 기둥으로 전달된다고 가정하고 휨을 전달하는 슬래브 영역을 c2 + 3h로 규정하고 있다.
  • 반면, 인 Elgabry and Ghali 실험과 Choi et al. 실험은 연직하중에 의한 균형모멘트가 지배적인 경우로 가정하고 c2 + 3h 내의 상부 철근만을 고려하여 불균형모멘트강도를 계산하였다. 실제 불균형모멘트강도에 대한 상하부 철근의 기여도는 연직하중의 크기에 따라 연속적으로 변화할 것이나 이를 정량화하기에는 관련 데이터가 매우 부족하여 ACI-ASCE 위원회 352에 의한 2개의 극한상태만을 고려하였다.
  • 4인 Islam and Park 실험과 Robertson et al. 실험은 횡하중에 의한 불균형모멘트가 지배적인 경우로 가정하고 C2 + 3h내의 상하부 철근이 모두 불균형모멘트에 저항하는 것으로 가정하였다. 반면, 인 Elgabry and Ghali 실험과 Choi et al.
  • 우리나라와 미국의 구조설계기준1)과 ACI2)는 불균형모멘트의 일부 (γf Munb)가 휨에 의해 전달되고 나머지 (γV Munb)는 전단에 의해 전달된다고 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
철근콘크리트 무량판 구조의 특징은? 철근콘크리트 무량판 구조 (flat plate structures)는 보가 없기 때문에 슬래브에 작용하는 모든 하중을 기둥으로 직접 전달한다. 이때, 전달하중으로 인한 부재력 즉 펀칭전단력과 불균형모멘트는 물론 이에 저항하기 위한 위험단면 또한 모두 기둥 근처 슬래브에 집중한다 (Fig.
불균형모멘트-펀칭전단 상관모델은 무엇을 기초하여 작성한 것인가? Fig. 2는 불균형모멘트-펀칭전단 상관모델로서, 부재력과 부재의 저항강도는 모두 구조설계기준에 기초하여 작성한 것이다. 여기서, 수평 및 수직 축에 평행한 점선은 각각 펀칭전단과 불균형모멘트에 대한 저항 강도이고 실선은 슬래브의 작용 하중에 의한 부재력을 나타낸 것이다.
본 논문에서 전단과 불균형모멘트에 대한 슬래브-기둥 접합부의 거동을 적절히 설명하기 위하여 어떤 연구를 수행하였는가? 1) 슬래브의 최종적인 펀칭전단강도를 결정하는데 있어 불균형모멘트강도를 어떻게 반영할 것인지에 대한 방안을 제시하였다. 2) 전단보강재가 펀칭전단강도와 불균형모멘트강도에 미치는 영향을 분석하고 전단보강으로 인한 강도증진효과를 적절히 반영하기 위하여 유효 펀칭전단강도와 유효폭확대계수 개념을 제안하였다. 3) 제시한 불균형모멘트-펀칭전단 상관모델을 이용하여 전단지배파괴와 휨지배파괴와 같은 접합부의 파괴모드 예측 방법을 제시하였다.
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참고문헌 (12)

  1. 한국콘크리트학회, 2007년도 개정 콘크리트구조설계기준 해설, 한국콘크리트학회, 2007, pp. 163, 192, 198, 200, 269 

  2. ACI Committee 318, Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary, ACI 318-05 and ACI-318R- 05, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 2005. pp. 159, 183, 189, 190, 225 

  3. ACI-ASCE Committee 352, "Recommendations for Design of Slab-Column Connections in Monolithic Reinforced Concrete Structures," ACI Structural Journal, American Concrete Institute, 1988, pp. 675-696 

  4. ACI-ASCE Committee 421, "Shear Reinforcement for Slabs," ACI Structural Journal, American Concrete Institute, 1999, pp. 421.1R-6 

  5. 최정욱, 송진규, 박홍근, 김준희, "전단 보강된 무량판-기둥 접합부의 횡저항 성능," 대한건축학회논문집 구조계, 23권, 9호, 2007, pp. 47-54 

  6. 최정욱, 송진규, 김준희, "슬래브-기둥 접합부의 펀칭강도 및 횡변위 성능에 관한 반복 횡하중 실험", 한국구조물진단학회지, 11권, 4호, 2007, pp. 99-108 

  7. ATENA MANUAL, Cervenka Consulting, 2001 

  8. Islam, S. and Park, R., "Tests on Slab-Column Connections with Shear and Unbalanced Flexure," Journal of Structure Division, ASCE, Vol. 102, No. 3, pp. 549-568 

  9. Robertson, I. N., Kawai, T., Lee, J., and Enomoto, B., "Cyclic Testing of Slab-Column Connections with Shear Reinforcement," ACI Structural Journal, Vol. 99, No. 5, 2002, pp. 605-613 

  10. Elgabry, A. A. and Ghali, A., "Tests on Concrete Slab-Column Connections with Stud-Shear Reinfor cement Subjected to Shear-Moment Transfer," ACI Structural Journal, Vol. 84, No. 5, 1987, pp. 433-442 

  11. Pan, A. D. and Moehle, J. P., "An Experimental Study of Slab-Column Connections," ACI Structural Journal, Vol. 89, No. 6, 1992, pp. 626-638 

  12. Robertson, L. N. and Durrani, A. J., "Gravity Load Effect on Seismic Behavior of Interior Slab-Column Connections," ACI Structural Journal, Vol. 89, No. 1, 1992, pp. 37-45 

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