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문제 정의
- 본 연구에서는 전단전달 거동을 분석하기 위하여 이러한 Push-off 시험체를 다양한 채택 변수에 따라 제작하고 전단전달 실험을 수행한다. 이러한 실험연구와 함께 트러스 모델을 이용한 해석적 연구의 수행을 위하여 전단면을 따라 초기 균열을 발생시키지 않은 시험체가 채택되었다.
- 본 연구에서는 콘크리트 구조물의 전단거동 해석을 위한 기초 연구로서 전단전달에 대한 실험적인 분석을 수행하였다. 콘크리트의 압축강도와 전단철근비 등이 실험변수로서 채택되었으며 트러스이론의 적용이 가능하도록 Push-off 시험체를 제작하여 전단거동 실험을 수행하였다.
- 과정을 거치게 된다. 이러한 해석방식은 기본적으로 수정압축장이론®어갸의 방법론을 따르고 있지만 균열이 발생한 이후의 거동 예측을 위하여 도입되는 다양한 연화계수를 도입함으로써 파괴거동 해석의 정확성을 확인하고자 하였다.
제안 방법
- 몇 가지 실험변수들을 포함하여 Push-off 시험체를 제작하고 전단실험을 수행하는데 특히 전단 변형률의 측정은 전기 저항식 게이지를 이용한 Strain Rosette을 최종적으로 채택하지는 않는다. 대신에 콘크리트에 사인장응력으로 인한 균열이 발생한 이후의 하중 단계에서도 계속적인 측정이 가능하고 특히 트러스 이론의 평균 변형률 개념에 부합하는 전단 변형률 측정을 위하여 DEMEC Gage 와 콘크리트 표면에 설치된 변위계(EHsplacement Transducer)를 활용하였다. 이와 함께 전단전달 해석모델을 구축하였으며 전단균열로 인한 연화효과는 연화계수를 통하여 반영하였다.
- 또한 전단변형률의 측정을 위하여 Fig. 4와 같이 콘크리트 표면에 전기저항식 변형률 게이지와 변위계, 그리고 DEMEC 게이지를 배치하였다. 그림에서 나타난 바와 같이 3방향으로 배치된 전기저항식 게이지의 스트레인 로젯은 전단 변형률의 측정을 가능하게 한다.
- 먼저 콘크리트 타설전에 전단보강 철근의 변형률 측정을 위하여 전단면과 교차하는 곳에 전기저항식 변형률 게이지를 부착하였다. 전단보강 철근은 Hoop형으로 가공되었으므로 각 시험체별로 2개의 전단철근 변형률 게이지가 부착되었다.
- Table 1은 제작된 Push-off 실험체의 시험체명과 이에 대한 설명을 나타내고 있다. 이러한 동일한 변수에 따라 Push-off 실험체는 각각 2개씩 제작되어 전단전달 실험이 수행되었다.
- 이와 함께 수정압축장이론을 토대로 전단전달해석 모델을 구축하였으며 콘크리트 균열 거동의 핵심적 요소인 연화계수를 주된 해석변수로 수치해석을 수행하였다. 전단전달에 대한 해석 결과는 콘크리트의 강도를 비롯한 연화계수의 적용 범위와 정확성을 분석하는데 유용한 수단이 될 수 있다.
- 대신에 콘크리트에 사인장응력으로 인한 균열이 발생한 이후의 하중 단계에서도 계속적인 측정이 가능하고 특히 트러스 이론의 평균 변형률 개념에 부합하는 전단 변형률 측정을 위하여 DEMEC Gage 와 콘크리트 표면에 설치된 변위계(EHsplacement Transducer)를 활용하였다. 이와 함께 전단전달 해석모델을 구축하였으며 전단균열로 인한 연화효과는 연화계수를 통하여 반영하였다. 최종적으로 실험 및 해석 결과의 비교분석을 통하여 각 강도 범위에 적합한 연화계수 모델을 검증하였다.
- 분석을 수행하였다. 콘크리트의 압축강도와 전단철근비 등이 실험변수로서 채택되었으며 트러스이론의 적용이 가능하도록 Push-off 시험체를 제작하여 전단거동 실험을 수행하였다. 특히 기존의 전기 저항식 게이지는 국부적인 변형률을 측정함으로써 균열 이후에 있어서의 응답이 신뢰성을 갖지못하므로 트러스 이론의 평균 변형률을 실험적으로 측정하였다.
- 연구되어오고 있다. 특히 D而의 WalravenHe사전 균열을 발생시킨 다양한 형태의 Push-off 시험체에 대하여 실험을 수행하였으며 이와 함께 해석적인 접근에서도 큰 성과를 거두어 오고 있다. 이러한 사전 균열이 있는 시험체에 대한 실험은 여러 가지 재료적 특성은 물론 다양한 하중조건에 대하여도 해석적인 연구와 함께 수행되어 오고 콘크리트의 압축강도와 전단철근비 등이 실험변수로서 채택되었으며 트러스이론의 적용이 가능하도록 Push-off 시험체를 제작하여 전단거동 실험을 수행하였다. 특히 기존의 전기 저항식 게이지는 국부적인 변형률을 측정함으로써 균열 이후에 있어서의 응답이 신뢰성을 갖지못하므로 트러스 이론의 평균 변형률을 실험적으로 측정하였다.
대상 데이터
- 또한 모든 시험체에는 전단면에서의 파괴를 유도하기 위하여 KS D16(공칭직경: 15.9mm) 철근을이용하여 L형으로 보강철근을 배치하였으며 전단면을 가로질러 배근되는 철근은 KS D13(공칭직경: 12.7mm)이 사용되었다. 전단보강 철근에 대한 재료물성 실험결과, 항복강도는 360MP& 극한강도는 540MPa로 나타났匸土
- 본 연구에서 다루는 이러한 전단전달 문제는 트러스 이론의 적용이 가능하도록 전단면을 따라 사전 균열을 발생시키지 않은 시험체를 대상으로 하고 있다. 몇 가지 실험변수들을 포함하여 Push-off 시험체를 제작하고 전단실험을 수행하는데 특히 전단 변형률의 측정은 전기 저항식 게이지를 이용한 Strain Rosette을 최종적으로 채택하지는 않는다.
- 이와 함께 전단면을 가로지르는 전단철근의 배치여부, 전단보강 철근비 등이 실험변수로 채택되었다. 사용된 굵은 골재는 쇄석이었으며 최대치수는 19mrn를 기준으로 13mm 와 25nnn의 골재를 사용한 콘크리트도 각각 적용되었다. Table 1은 제작된 Push-off 실험체의 시험체명과 이에 대한 설명을 나타내고 있다.
- 2와 같다. 수직방향 철근은 이형철근 D16이 사용되었고 전단면을 가로지르는 방향으로 배치된 전단보강 철근은 D13이 사용되었다. 이러한 초기 균열이 없는 Pmsh- off 시험체의 전단거동과 트러스 작용의 발생여부에 대한 분석을 위하여 Fig.
- 따라서 변위계에 의한 측정값은 DEMEC Gage 에 의한 전단변형률에 대한 보조 자료로서 활용되었는데 결과적으로는 전체적인 경향은 유사하게 나타났고 전단응답은 DEMEC Gage에 의한 값을 활용하여 분석되었다. 시험체는 M1S의 Loading Frame을 이용하여 l/500(mm/sec)의 비율로 변위 제어 방식으로 재하되었다.
- 실험체 제작에 있어서 채택된 주요 실험변수는 콘크리트의 압축강도이다. 이와 함께 전단면을 가로지르는 전단철근의 배치여부, 전단보강 철근비 등이 실험변수로 채택되었다.
- 이러한 실험연구와 함께 트러스 모델을 이용한 해석적 연구의 수행을 위하여 전단면을 따라 초기 균열을 발생시키지 않은 시험체가 채택되었다.
- 전단전달 실험을 위하여 제작된 Push-off 시험체의 콘크리트 강도는 각각 24MPa, 40MPa, 60MPa 이며 Fig. 7은 이러한 콘크리트 강도에 따른 전단응력■전단 변형률 관계를 나타내고 있다. 그림에서 나타난 바와 같이 전단보강 철근량이 동일한 경우 콘크리트의 강도 증진에 따라서 최대 전단응력은 증가하는 양상을 보이고 있다.
데이터처리
- 이와 함께 전단전달 해석모델을 구축하였으며 전단균열로 인한 연화효과는 연화계수를 통하여 반영하였다. 최종적으로 실험 및 해석 결과의 비교분석을 통하여 각 강도 범위에 적합한 연화계수 모델을 검증하였다.
성능/효과
- 3방향으로 배치된 DEMEC 게이지의 측정점들은 평균 개념의 전단변형률 측정이 균열발생 이후에도 가능하도록 하였으며 그 신뢰성은 표면에 부착된 변위계를 통하여도 검증되었다. 이를 통하여전단실험의 결과는 전체적으로 전단응력과 전단변형률 관계를 통하여 직접적으로 분석되었다.
- 그러나 이는 DEM頂C에 비하여 국부적인 전단변형률 값을 나타내는 것으로서 전체 시험체에 대한 평균 전단 변형률로 보기에는 무리가 있다. 따라서 변위계에 의한 측정값은 DEMEC Gage 에 의한 전단변형률에 대한 보조 자료로서 활용되었는데 결과적으로는 전체적인 경향은 유사하게 나타났고 전단응답은 DEMEC Gage에 의한 값을 활용하여 분석되었다. 시험체는 M1S의 Loading Frame을 이용하여 l/500(mm/sec)의 비율로 변위 제어 방식으로 재하되었다.
- 또한 이러한 전단응력-스터럽 변형률의 관계 곡선에 따르면 고강도 콘크리트를 적용한 C60A19S2시험체의 경우 최종 응력단계에서 전단보강 철근이 이미 항복 변형률에 도달하였으며 이에 따라 시험은 종결되었다. 그러나 상대적으로 낮은 압축강도를 갖는 콘크리트를 적용한 시험체의 경우 최종전단응력 단계에서 스터럽이 완전한 항복을 하지 않고 콘크리트의 압축파괴에 의하여 실험이 종결되었다.
- 29%로 산정된다. 본 연구에서 철근비에 따른 영향을 분석하기 위하여 제작된 시험체 중에서 철근비가 2.47%, 3.29%인 C40A19S3와 C40A19S4 시험체들은 그림에서 나타난 바와 같이 철근이 항복 변형률에 도달하기 전에 최대 하중에 도달하였으며 콘크리트 스트럿의 압축에 의한 파괴 양상을 나타내었다.
- 변위계를 통하여도 검증되었다. 이를 통하여전단실험의 결과는 전체적으로 전단응력과 전단변형률 관계를 통하여 직접적으로 분석되었다.
- 전단면을 따라 보강철근이 배치된 Push-off 시험체의 경우 경사균열의 발생과 함께 콘크리트 압축 스트럿이 형성되고 철근이 인장을 부담하는 트러스 작용이 나타났으며 철근은 경사균열의 발생 이전과 이후에 있어서 전단응력을 부담하는 비율이 크게 변화되었다. 전단 철근비가 동일한 경우에 있어서 고강도 콘크리트를 적용한 시험체의 경우 전단 철근의 항복에 의하여 최종 파괴에 도달하였지만 보통강도 콘크리트를 적용한 경우에는 전단 철근의 항복이 관찰되지 않고 콘크리트 압축 스트럿의 파괴에 의해 최종 웅력단계에 도달하였다.
- 24MPa, 40MPa, 60MPa이다. 전단전달 실험과 함께 수행된 압축강도 측정을 위하여는 10cm X 20cm 의 원형 공시체가 사용되었으며 측정된 콘크리트 압축강도는 목표 강도에 비해 평균적으로 약 5~ 10%가량 높게 나타났다.
- 제작된 Push-off 시험체에 대한 전단시험 결과전단면을 가로질러 보강철근이 배근되지 않은 경우와 보강된 경우에 따라 파괴모드가 크게 차이를 보이고 있다. 수직철근이 없는 C24A19S0, C40A19S0, 그리고 C60A19S0 등의 시험체는 약간의 경사균열이 발생한 직후 최대 하중에 도달하고 급작스럽게파괴되었으며 Fig.
- 특히 연화거동에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 예상되는 콘크리트 강도를 중심으로 해석 결과를 분석한 결과 Hsu and Zhang의 모델이 비교적 정확하게 보통강도와 고강도의 전단거동을 예측하고있는 것으로 판단된다. 연화계수의 도출과 검증은 매우 번거롭고 복잡한 실험과정을 필요로 하지만 본 연구에서 수행한 바와 같이 전단전달 실험과 해석을 통해서 분석이 가능하다.
후속연구
- 65%로서 최대 철근비를 상회하지만 전단 철근이 큰 변형률을 나타내면서 보다 완만한 파괴 양상을 나타내었다. 따라서 전단 철근에 의한 최대 전단 강도의 규정은 파괴 양상의 차원에서는 추가적인 실험 및 해석연구를 통해 분석되어야 할 것이며 특히 고강도 콘크리트 구조물의 경우에는 이러한 측면에서의 연구가 더욱 필요할 것으로 사료된다.
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