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문제 정의
- 이에 부착파괴를 방지함과 동시에 시공능률을 향상시키기 위하여 선행 연구에서는 내측 주철근을 비폐쇄형 U자 보강근으로 구속하는 방법을 제시하였다.2,5) 따라서 이 연구에서는 RC 보의 부착성능에 대한 제안된 비폐쇄형 U자 보강근의 기여 정도를 실험적으로 평가하고자 하였다.
- SP2 실험체는 SP1 실험체와 전단보강근비가 동일하지만 전단보강근의 항복강도(fwy)를 1,239 MPa로 하여 전단보강근의 양(ρwfwy)을 높여 부착강도에 대한 전단보강근 항복강도의 영향을 알아보고자 하였다.
- 이 연구에서는 고강도 전단보강근을 사용한 철근콘크리트 부재의 부착성능을 향상시키기 위하여 비폐쇄형 U 자 보강근을 적용한 실험을 수행하였으며, 그 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
- SP3 실험체는 전단보강근의 항복강도가 451.8 MPa인 폐쇄형 전단보강근으로 내·외측 주철근을 모두 구속하였으며 SP2 실험체와 전단보강근량(ρwfwy = 5.73 MPa)이 유사하도록 전단보강근의 간격을 75 mm로 계획하였다.
- 기본 실험체인 SP1 실험체에서는 전단보강근이 외측 주철근만을 구속하도록 계획하였다. 전단보강근으로는 항복강도가 451.
- 또한 내 · 외측 및 U자 보강근에는 변형상태와 항복유무를 계측하기 위하여 변형률게이지를 부착하였다.
- 4와 같이 실험 구간에 일정한 전단력이 작용하도록 역대칭 휨모멘트를 가력하였다. 실험 구간의 전단 력-변형 관계를 측정하기 위하여 양쪽 스터브에 볼트를 매립하여 Fig. 3과 같이 2개의 LVDT를 설치하였으며 이들 LVDT의 평균값을 이용하여 부재의 변형을 측정하였다.
- 3에 나타내었다. 실험체의 가력 방법은 Fig. 4와 같이 실험 구간에 일정한 전단력이 작용하도록 역대칭 휨모멘트를 가력하였다. 실험 구간의 전단 력-변형 관계를 측정하기 위하여 양쪽 스터브에 볼트를 매립하여 Fig.
- 이 연구에서는 RC 부재의 부착 및 전단내력에 지배적인 영향을 미치는 요인인 전단보강근비(ρw)와 전단보강근의 항복강도(fwy)를 실험 변수로 실험체를 계획하였다.
- 3MPa 이었다. 주철근의 배근상세는 모든 실험체가 동일하며 부재의 휨파괴가 선행하는 것을 방지하기 위하여 항복강도가 863.6MPa인 철근(D22)을 상한단에 각각 4대씩 배근하였다.
- )를 실험 변수로 실험체를 계획하였다. 특히 Fig. 1의 A영역과 같이 트러스 기구만으로 전단내력을 부담하도록 전단보강근의 양을 결정하였다.
대상 데이터
- 73 MPa)이 유사하도록 전단보강근의 간격을 75 mm로 계획하였다. SP4 실험체는 SP2 실험체와 동일한 배근에서 내측 주철근을 비페쇄형 U자 보강근으로 구속하였다.
- 실험체 제작에 사용된 콘크리트는 압축강도가 17.3MPa 이었다. 주철근의 배근상세는 모든 실험체가 동일하며 부재의 휨파괴가 선행하는 것을 방지하기 위하여 항복강도가 863.
- 실험체는 단면이 300 × 300 mm이며 중앙부의 실험영역(1,200 mm)과 양단의 스터브(800 mm) 부분으로 구성 되어있다.
- 기본 실험체인 SP1 실험체에서는 전단보강근이 외측 주철근만을 구속하도록 계획하였다. 전단보강근으로는 항복강도가 451.8 MPa인 D10 철근을 실험구간인 중앙부 1,200 mm 구간에 120 mm 간격으로 배근하였다. SP2 실험체는 SP1 실험체와 전단보강근비가 동일하지만 전단보강근의 항복강도(fwy)를 1,239 MPa로 하여 전단보강근의 양(ρwfwy)을 높여 부착강도에 대한 전단보강근 항복강도의 영향을 알아보고자 하였다.
성능/효과
- (b)의 내 · 외측 주철근의 변형률 분포도를 보면, 모든 주철근에서 인장력 이동(tension shift, D영역) 현상이 발생하였으며 C~A영역의 응력구배로 인한 부착력에 의하여 전단력에 저항하였음을 확인할 수 있다.
- 1) 철근콘크리트 보의 전단성능은 전단보강근량(ρwfwy)에 지배적인 영향을 받지만 부착성능은 전단보강근의 항복강도보다는 보강근비에 지배적인 영향을 받는 것을 확인하였다.
- 2) 주철근의 효과적인 구속 없이 고강도 전단보강근을 사용할 경우 부착파괴가 선행할 수 있음을 확인할 수 있었다.
- 3) 철근콘크리트 보의 부착성능은 이 실험결과 주철근의 구속유무에는 영향을 받지만 구속형태(폐쇄형과 비폐쇄형)에는 거의 영향을 받지 않는 것으로 확인할 수 있었다.
- 4) 고강도 전단보강근과 U자 비폐쇄형 보강근을 혼용한 SP4 실험체가 고강도 보강근으로 외측 주근만 구속한 SP2 실험체보다 높은 내력을 나타내었다. 이는 고강도 횡보강근이 전단력을 부담하고 비폐쇄형 U자 보강근이 주철근을 효과적으로 구속하여 부착력을 증대시켰기 때문으로 판단된다.
- 내 · 외측 주철근을 모두 구속한 SP3와 SP4 실험체가 외측 주철근만 구속한 SP1과 SP2 실험체보다 높은 부착 응력을 나타내어 전단보강근에 의한 주철근의 구속 정도가 부착강도 발현에 많은 영향을 미친다는 것을 실험 결과로부터 확인 할 수 있었다.
- 13(b)의 SP3와 SP4 실험체와 같이 내측 주철근을 구속함으로써 부착성능이 향상되어 부재의 내력증진을 가져왔다. 따라서 비폐쇄형 U자 보강근은 폐쇄형 보조근과 같이 내측 주철근에 대한 구속효과가 높아 부재의 부착강도 향상에 효율적인 것으로 판단된다.
- 반면에 내 · 외측 주철근을 모두 구속하고 전단 보강근량을 SP2와 유사하게 한 SP3 실험체의 경우, 주철근의 부착성능이 크게 개선되었음을 확인할 수 있었다. 또한 SP2와 배근형태가 동일하되 비폐쇄형 U자 보강근으로 내측 주철근을 구속한 SP4 실험체는 SP2 실험체에 비하여 약 30% 내력이 향상되었다. 이것은 비폐쇄형 U자 보강근이 내측 주철근을 구속하여 실험체의 부착성능을 향상시켰기 때문으로 판단된다.
- 내 · 외측 주철근을 모두 구속한 SP3와 SP4 실험체가 외측 주철근만 구속한 SP1과 SP2 실험체보다 높은 부착 응력을 나타내어 전단보강근에 의한 주철근의 구속 정도가 부착강도 발현에 많은 영향을 미친다는 것을 실험 결과로부터 확인 할 수 있었다. 또한, 고강도 전단보강근과 비폐쇄형 U자 보강근을 혼용한 SP4 실험체가 고강도 전단보강근으로 외측 주철근만 구속한 SP2 실험체보다 높은 부착성능을 보였다. 이것은 비폐쇄형 U자 보강근이 내측 주철근을 구속하여 부재의 부착성능이 향상되었기 때문으로 판단된다.
- 12는 식 (1)로부터 구한 내측 및 외측 주근의 부착응력-부재 변형각 관계에 대한 실험 결과를 나타낸다. 모든 실험체는 공통적으로 외측 주철근의 부착강도가 내측 주철근의 부착강도보다 크게 발현된 것을 알 수 있다. 또한 인장영역인 C영역에서 부착 열화가 선행하여 B영역으로 전이된 후 실험체의 부착할렬파괴가 발생한 것을 Fig.
- 5와 Table 1에 나타내었다. 모든 실험체는 양단부의 인장영역에서 휨균열이 발생한 후 경사균열로 진전되었으며, 이후 Fig. 6과 같이 실험구간의 압축영역에 있는 주철근을 따라 부착할렬 균열이 발생하면서 최대내력에 도달하였다.
- 또한 모든 실험체에서 최대변형률 구배는 C영역에서 선행하여 발생하였으며 이것이 B영역으로 전이되어 최대내력에 이르렀음을 알 수 있다. 모든 실험체에서 내측 주철근의 변형률 구배가 외측 주철근의 변형률 구배보다 작게 나타났는데, 이는 주철근의 부착 열화가 내측 주철근에서 선행하여 외측 주철근으로 전이되었음을 의미한다. 특히 내측 주철근을 구속한 SP3와 SP4 실험체의 경우 내 · 외측 주철근 모두 큰 변형률 분포를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
- 7~10의 (c)와 (d)는 실험체의 전단보강근 변형률 분포를 나타낸다. 모든 실험체에서 전단보강근의 항복 이전에 부착할렬 균열이 크게 진전되어 파괴에 이르렀다. 또한 SP3 실험체의 폐쇄형 보조근과 SP4 실험체의 비폐쇄형 U자 보강근의 변형률은 낮은 상태를 유지하였다.
- 반면에 내 · 외측 주철근을 모두 구속하고 전단 보강근량을 SP2와 유사하게 한 SP3 실험체의 경우, 주철근의 부착성능이 크게 개선되었음을 확인할 수 있었다.
- 이것은 비폐쇄형 U자 보강근이 내측 주철근을 구속하여 실험체의 부착성능을 향상시켰기 때문으로 판단된다. 특히 Fig. 6에서 보는 바와 같이 SP3와 SP4 실험체의 경우 폐쇄형 보조근과 U자형 보강근에 의한 주철근의 구속효과로 부착내력이 증진됨으로써 휨 균열 또한 현저히 증가한 것을 확인할 수 있다.
후속연구
- RC 부재의 전단내력은 전단보강근의 비와 전단보강근의 항복강도에 지배적인 영향을 받는다. 따라서 전단보강근으로 고강도 강재를 사용한다면 전단보강근의 양을 절감할 뿐만 아니라 배근 간격을 넓힐 수 있어 시공 능률 또한 향상될 것으로 판단된다. 그러나 부착 내력은 횡보강근의 양에는 영향을 받지만 강재의 항복강도에는 비교적 영향이 적은 것으로 알려져 있다.
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