강합성 절곡 바닥판 중에서 I형강으로 보강된 강합성 절곡 바닥판은 절곡바닥판내에 I형강을 매입시켜 기존의 현장타설 RC바닥판보다 경량화되고 시공성을 향상시킨 바닥판이다. 현재 일반적인 철근콘크리트 구조물의 유효휨강성에 대한 계산은 도로교설계기준 및 ACI에서 제안하고 있는 방법을 사용하고 있다. 본 연구에서는 도로교설계기준 및 ACI에서 제안된 유효휨강성에 대한 산정 방법을 Ι형강으로 보강된 강합성 절곡 바닥판에 적용하여 그에 대한 적용성을 평가하고 철근콘크리트 바닥판과 비교를 하였다. 또한 실험변수로써 스터드의 유무, 지간의 변화, 단면의 형태, 부재연결방법에 걸쳐 4가지 변수를 두고 총 15개의 실험체를 제작하여 실제의 휨강성과 ACI에서 제안된 식에 의해 계산된 유효휨강성을 비교, 분석하였다.
강합성 절곡 바닥판 중에서 I형강으로 보강된 강합성 절곡 바닥판은 절곡바닥판내에 I형강을 매입시켜 기존의 현장타설 RC바닥판보다 경량화되고 시공성을 향상시킨 바닥판이다. 현재 일반적인 철근콘크리트 구조물의 유효휨강성에 대한 계산은 도로교설계기준 및 ACI에서 제안하고 있는 방법을 사용하고 있다. 본 연구에서는 도로교설계기준 및 ACI에서 제안된 유효휨강성에 대한 산정 방법을 Ι형강으로 보강된 강합성 절곡 바닥판에 적용하여 그에 대한 적용성을 평가하고 철근콘크리트 바닥판과 비교를 하였다. 또한 실험변수로써 스터드의 유무, 지간의 변화, 단면의 형태, 부재연결방법에 걸쳐 4가지 변수를 두고 총 15개의 실험체를 제작하여 실제의 휨강성과 ACI에서 제안된 식에 의해 계산된 유효휨강성을 비교, 분석하였다.
Steel-Concrete Composite Deck with I-beam welded is lighter and easier to construct than conventional in situ reinforced concrete slabs due to the I-beam embedded in the corrugated slab. For the calculation of effective flexural rigidity of conventional reinforced concrete structures, methods sugges...
Steel-Concrete Composite Deck with I-beam welded is lighter and easier to construct than conventional in situ reinforced concrete slabs due to the I-beam embedded in the corrugated slab. For the calculation of effective flexural rigidity of conventional reinforced concrete structures, methods suggested in Design Standard for Roads and Bridges and ACI have been used. In this paper, the calculation methods were applied to steel-concrete composite deck with I-beam welded and then results of the steel-concrete composite deck were compared with those of reinforced concrete slabs. In addition, applicability of the methods to steel-concrete composite deck with I-beam welded was estimated. In order to compare the effective flexural rigidity, flexural experiments were conducted. Fifteen slabs were built and the variables considered in the experiments were studs, length of the slab, shape of the section and connecting methods.
Steel-Concrete Composite Deck with I-beam welded is lighter and easier to construct than conventional in situ reinforced concrete slabs due to the I-beam embedded in the corrugated slab. For the calculation of effective flexural rigidity of conventional reinforced concrete structures, methods suggested in Design Standard for Roads and Bridges and ACI have been used. In this paper, the calculation methods were applied to steel-concrete composite deck with I-beam welded and then results of the steel-concrete composite deck were compared with those of reinforced concrete slabs. In addition, applicability of the methods to steel-concrete composite deck with I-beam welded was estimated. In order to compare the effective flexural rigidity, flexural experiments were conducted. Fifteen slabs were built and the variables considered in the experiments were studs, length of the slab, shape of the section and connecting methods.
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제안 방법
EcIe을 기준으로 EcIe과 EcIexp의 차이를 보기 위해 처짐에 따른 5:의 변화를 분석하였다.
강합성바닥판과 비교를 위해 각 실험체와 같은 지간을 갖는 철근콘크리트바닥판실험체를 제작하였다. 실험체 제작에 사용된 콘크리트의 압축강도는 27MPa이다.
설치하였다. 그리고 연결부위의 벌어짐 변위를 관찰하기 위해 실험체 지간 중앙(L/2)위치의 측면 하부에 벌어짐 변위 게이지를 설치하였다.
증가하는 경우도 있었다. 따라서 동일하중에서 처짐을 비교하였다. 연결을 한 모든 실험체가 동일 하중에서 처짐값이 3~8% 감소했고 연결방법 2가 연결 방법 1보다 동일하중에서 처짐이 더 작게 일어났다.
설치된다. 따라서 본 실험에서는 다음 Fig. 5 에서와 같이 전단연결재를 일정한 간격으로 엇갈리게 배치하여 전단연결재의 불연속으로 인한 오차를 최소화 하였다.
위해서는 바닥판과 바닥판의 연결방법에 대한고려가 필수적이다. 따라서 연결방법의 거동특성을 분석하고 연결방법이 유효 휨강성의 변화에 미치는 영향을 고려하였다. 연결은 실험체 지간중앙에 실시하고 연결 방법을 연결방법 없음, 연결방법 1, 연결방법 2와 같이 3가지 방법으로 실시하였다.
Isabel Valente(2004)⑼는 Perfobond Rib 전단연결재와 경량콘크리트사이에서 나타는 역학적 거동을 연구하였다. 또한 이준구(2004)⑸는 교량용 I형강접합절곡강합성 바닥판의 휨실험을 통해 실험체의 역학적 거동을 분석하였다. 김태협(2006)②(3) 은 전단지간의 변화에 따른 절곡 강합성바닥판의 수평 전단 강도에 대해 연구하였다.
또한 합성능력 및 부재연결방법의 변화가 휨 강성에 미치는 영향을 알아보기 위해 4가지 변수(전 단연 결재의 유무, 단면의 형태, 지간, 연결방법의 변화)를 통해서 15개의 실험체를 제작하였다. 정적 휨실험의 방법으로 제작된 실험체들을 실험하고 하중의 증가에 따른처짐의 변화를 분석하였다.
바닥판 연결방법이 휨강성에 미치는 영향을 고려하기 위하여 LAD-2과 LAD-3, LBD-3과 LBD-4을각각 비교 분석하였다. 연결방법 2로 연결된 실험체 LAD-3과 LBD-4가 연결방법 1로 연결된 LAD-2와 LBD-3보다 각 처짐에 따른 휨강성이 13~19% 높은것으로 나타났다.
바닥판Type이 휨강성에 미치는 영향을 고려하기 위하여 SAD-1과 SBD-1, LAD-1과 LBD-1 을 각각비교 분석하였다. SAD-1과 SBD-1은 각각의 처짐에대한 휨강성이 약 2~5% 정도의 차이로 SAD-1이 높게 나타났다.
1의 Mcr < Ma인 구간에서 일반 철근콘크리트 구조물의 유효휨강성을 평가할 때 적용된다. 본 연구에서는 기존에 제시된 유효휨강성의 평가방법을 철근콘크리트 바닥판과 I형강으로보강된 강합성 절곡 바닥판에 각각 도입해 제시된 식의 적용성 및 적합성을 분석하였다.
따라서 연결방법의 거동특성을 분석하고 연결방법이 유효 휨강성의 변화에 미치는 영향을 고려하였다. 연결은 실험체 지간중앙에 실시하고 연결 방법을 연결방법 없음, 연결방법 1, 연결방법 2와 같이 3가지 방법으로 실시하였다.
유효휨강성의 적용성을 평가하기 위해서, 측정된 하중처짐 관계로부터 휨강성(EcIexp)을 계산하고, ACI 에서 제안된 식(1)을 사용하여 유효휨강성(EcIe)을 구하였다. EcIe을 기준으로 EcIe과 EcIexp의 차이를 보기 위해 처짐에 따른 5:의 변화를 분석하였다.
15개의 실험체를 제작하였다. 정적 휨실험의 방법으로 제작된 실험체들을 실험하고 하중의 증가에 따른처짐의 변화를 분석하였다. 측정된 하중 처짐 관계로부터 단면2차모멘트를 계산하고 실험변수에 따른 휨 강성의 영향을 분석하였다.
정적 휨실험의 방법으로 제작된 실험체들을 실험하고 하중의 증가에 따른처짐의 변화를 분석하였다. 측정된 하중 처짐 관계로부터 단면2차모멘트를 계산하고 실험변수에 따른 휨 강성의 영향을 분석하였다.
또한《와 S노 항복강도와 항복처짐을 나타낸다. 하중처짐 그래프에서 Pmax 의 75%인 P점과원점을 직선으로 연결하고, 이 직선과 최대하중의 접선이 만나는 교점에서의 처짐값을 항복처짐으로 결정하였다. 그리고 항복처짐과 만나는 하중값을 항복강도로 결정했다.
대상 데이터
3 에 나타내었다. Fig. 2와 Fig. 3에 나타나 있는 수치들은 단면의 높이가 180mm인 실험체이며, 괄호 안의 수치들은 단면의 높이가 200mm인 실험체를 나타낸다.
바닥강판은 SM400(t = 6mm, fy = 240MPa) 을 사용 하였고, 콘크리트의 강도는 30MPa, 이형철근은 H16과 H19, 전단연결재는 013 x80mm, 016 x80mm, 고장력 볼트는 M Type을 사용하였다. 바닥판의 형상과 제원은 길이 별로 Table 1과 같다.
실험체 제작에 사용된 콘크리트의 압축강도는 27MPa이다.
9 에서와 같이 중앙을 기준으로 양쪽으로 L/4 거리의 지점에서 2점 재하를 실시했다. 실험체의 거치시에는 힌지부에서 실험체 끝단까지 거리를 125mm로 하였다.
앞에서 언급한 변수에 따라 총 13개의 실험체를 제작하였다. 바닥강판은 SM400(t = 6mm, fy = 240MPa) 을 사용 하였고, 콘크리트의 강도는 30MPa, 이형철근은 H16과 H19, 전단연결재는 013 x80mm, 016 x80mm, 고장력 볼트는 M Type을 사용하였다.
이형철근은 각각 지간에 따라 지간이 2.5m인 실험체는 H16를 사용하였고, 지간이 3.5m인 실험체는 H19을 사용하였다. 철근의 강도는 모두 fy = 400 MPa이다.
지간길이 2.5m의 실험체는 Fig. 8과 같이 중앙 1 점 재하를 하였다. 지간길이 3.
8과 같이 중앙 1 점 재하를 하였다. 지간길이 3.5m의 실험체는 Fig. 9 에서와 같이 중앙을 기준으로 양쪽으로 L/4 거리의 지점에서 2점 재하를 실시했다. 실험체의 거치시에는 힌지부에서 실험체 끝단까지 거리를 125mm로 하였다.
성능/효과
1) 기존에 사용되고 있는 유효휨강성에 대한 계산 방법을 I형강으로 보강된 강합성 절곡 바닥판에 적용했을 경우에 초기균열 이후 처짐이 증가함에 따라 Leg 값이 일정한 비 율로 감소하였고 모든 실험체가 선형적으로 비슷한 양상을 보이며 감소했다.
2) 전단연결재가 없는 경우 콘크리트와 바닥판의 합성능력 저하로 인한 계면파괴가 발생하였다. 또한 콘크리트와 바닥판의 분리가 시작되고 계면파괴가발생되면서 실험체의 처짐이 크게 증가하며, 휨강성 또한 전단연결재가 있는 실험체보다 작게 나타났다.
3) 바닥판 형상이 Type A인 경우에서 Type B인 경우보다 동일 처짐에서 하중저항과 휨강성이 높게 나타났다. 바닥판과 콘크리트의 접촉면적이 높은 경우에 하중저항성능과 실험체의 휨강성이 높게 나타났다.
LAD-2과 LAD-3의 경우를 예로써 살펴보면 두 실험체의 최대하중이 비슷함에도 불구하고 연결방법 2로 연결된 LAD-3 실험체의 처짐이 LAD-2의 실험체와 비교하였을 때 약 8% 적게 나타냄을 알 수 있다. 차이의 원인은 연결방법 2로 실험체 중앙부분을 연결할 때, 수직벽과【형강을 볼트로 체결하여 연결하기 때문에 연결방법 1보다 단면 하부에서 연결에 의한 강성의 증가 더 높기 때문으로 고려되어 진다.
결과적으로 사용성 검토측면을 고려해볼 때, 사용성평가구간인 5ML/800에서는 ACI 및 도로교설계기준에서 제시하고 있는 방법이 비교적 잘 맞는 것으로 나타났다. 하지만 ACI와 도로교설계기준에서 제안하고있는 유효휨강성의 계산방법은 처짐이 5ZL/800인구간에서 적용하기에는 적당하지 않았다.
또한 바닥판의 연결방법을 2가지로 실험한 결과, 연결 방법 1로 연결한 실험체보다 연결방법2로 연결한 실험체의 처짐이 평균 8% 정도 작게 나타났다.
또한 연결부위에서의 벌어짐 변위를 측정한 결과, LAD-2의 경우에 강판항복발생시 0.24mm 발생하였고 최대하중작용시에 0.42mm 발생하였다. LAD-3의경우에 연결부위에서의 벌어짐 변위는 강판항복발생시 0mm로 측정되었고, 최대하중작용시에는 0.
저하로 인한 계면파괴가 발생하였다. 또한 콘크리트와 바닥판의 분리가 시작되고 계면파괴가발생되면서 실험체의 처짐이 크게 증가하며, 휨강성 또한 전단연결재가 있는 실험체보다 작게 나타났다.
바닥판과 콘크리트의 접촉면적이 높은 경우에 하중저항성능과 실험체의 휨강성이 높게 나타났다.
비교 분석하였다. 연결방법 2로 연결된 실험체 LAD-3과 LBD-4가 연결방법 1로 연결된 LAD-2와 LBD-3보다 각 처짐에 따른 휨강성이 13~19% 높은것으로 나타났다.
02로 평균오차율 2%로 나타났다. 이 범위 내에서는 콘크리트와 바닥판의 합성작용이 충분하고 따라서 실험체가 일체거동을 함으로 약간의 편차는 발생하지만 비교적 잘 맞는 것으로 나타났다.
참고문헌 (11)
김동규, "합성용 데크플레이트를 이용한 합성바닥판의 구조적 거동에 관한 연구"한양대학교, 석사 학위 논문, 1996
김태협 "전단지간의 변화에 따른 절곡 강합성바닥판의수평전단강도"성균관대학교, 석사학위논문, 2006
김태협, 박준명, 홍성남, 박선규, 김형렬, "전단지간의 변화에 따른 PSC거더용 강-콘크리트 합성 바닥판의 역학적 거동" 한국콘크리트학회, Vol. 19, No.3, 2007, pp.275-281
ACI Committee 318, Building Code Requirements for structural Concrete(ACI 318R-02), American Concrete Institute, Farmington Hills, Michigan, 2002
Branson, D. E., "Instantaneous and Time- Dependent Deflections of Simple and Continuous Reinforced Concrete Beams"HPR Rep. No. 7, Part 1, Alabama Highway Department, Bureau of Public Roads, Montgomery, Ala
Isabel Valente, Paulo J.S. Cruz "Experimental analysis of Perfobond shear connection between steel and lightweight concrete" Journal of Constructional Steel Research, Vol 60, Issues3-5, March-May 2004, pp. 465-479
Lamport, W. B "Deflection predictions for slabs reinforced with steel decking" ACI Structural Journal, Vol. 87, No. 5, Sep-Oct 1990
Porter, M. L, Carl E. Ekberg, Jr., "Design recommendations for steel deck floor slabs",Journal of Structural Division Proceedings of the ASCE, Vol. 102, No. ST11, November 1976
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