콘크리트구조설계기준(2007)에서 제한하는 전단보강철근의 최대 항복강도와 ACI 318-08 기준식, EC2-02 기준식, CSA-04 기준식, JSCE-04 기준식에서 요구하는 전단보강철근의 최대 항복강도에는 많은 차이가 있다. 이 연구에서는 18개의 철근콘크리트 보 실험을 통하여 전단보강철근의 항복강도와 콘크리트의 압축강도가 부재의 전단거동에 미치는 영향을 파악하였다. 실험에 의하면 콘크리트구조설계기준(2007)에서 요구하는 전단보강철근의 최대 항복강도보다 최대 약 1.88배까지의 고강도 전단보강철근을 배근하였음에도 불구하고 실험결과는 전단보강철근이 항복한 이후에 부재가 최대 내력에 도달하였다. 또한 모든 실험체의 전단 내력은 전단보강철근의 양이 증가함에 따라서 거의 선형적으로 증가하였다. 사인장균열에 대해서는 전단보강철근의 항복강도가 증가함에 따라서 균열의 수가 증가하였고, 동일한 하중비에 대하여 보통강도 전단보강철근을 사용한 보의 사인장균열 폭과 고강도 전단보강철근을 사용한 보의 사인장균열 폭은 거의 유사하였다.
콘크리트구조설계기준(2007)에서 제한하는 전단보강철근의 최대 항복강도와 ACI 318-08 기준식, EC2-02 기준식, CSA-04 기준식, JSCE-04 기준식에서 요구하는 전단보강철근의 최대 항복강도에는 많은 차이가 있다. 이 연구에서는 18개의 철근콘크리트 보 실험을 통하여 전단보강철근의 항복강도와 콘크리트의 압축강도가 부재의 전단거동에 미치는 영향을 파악하였다. 실험에 의하면 콘크리트구조설계기준(2007)에서 요구하는 전단보강철근의 최대 항복강도보다 최대 약 1.88배까지의 고강도 전단보강철근을 배근하였음에도 불구하고 실험결과는 전단보강철근이 항복한 이후에 부재가 최대 내력에 도달하였다. 또한 모든 실험체의 전단 내력은 전단보강철근의 양이 증가함에 따라서 거의 선형적으로 증가하였다. 사인장균열에 대해서는 전단보강철근의 항복강도가 증가함에 따라서 균열의 수가 증가하였고, 동일한 하중비에 대하여 보통강도 전단보강철근을 사용한 보의 사인장균열 폭과 고강도 전단보강철근을 사용한 보의 사인장균열 폭은 거의 유사하였다.
The requirement of the maximum yield strength of shear reinforcement in the KCI-07 code is quite different to those in the ACI-08 code, EC2-02, CSA-04, and JSCE-04 codes. Eighteen RC beams having high strength shear reinforcement were tested. Test results indicated that even if the yield strength of...
The requirement of the maximum yield strength of shear reinforcement in the KCI-07 code is quite different to those in the ACI-08 code, EC2-02, CSA-04, and JSCE-04 codes. Eighteen RC beams having high strength shear reinforcement were tested. Test results indicated that even if the yield strength of shear reinforcement in beams was much greater than the maximum yield strength required by the KCI-07 design code, the shear reinforcement of these beams reached their yield strains. Furthermore, the shear strengths of tested beams increased almost linearly with the increase of the amount of shear reinforcement. In addition, larger numbers of diagonal cracks developed in the web of the beam having greater yield strength than the beams having lower yield strength of shear reinforcement. The maximum crack width of the beam having high strength shear reinforcement was approximately the same to the crack with of the beam having normal strength shear reinforcement.
The requirement of the maximum yield strength of shear reinforcement in the KCI-07 code is quite different to those in the ACI-08 code, EC2-02, CSA-04, and JSCE-04 codes. Eighteen RC beams having high strength shear reinforcement were tested. Test results indicated that even if the yield strength of shear reinforcement in beams was much greater than the maximum yield strength required by the KCI-07 design code, the shear reinforcement of these beams reached their yield strains. Furthermore, the shear strengths of tested beams increased almost linearly with the increase of the amount of shear reinforcement. In addition, larger numbers of diagonal cracks developed in the web of the beam having greater yield strength than the beams having lower yield strength of shear reinforcement. The maximum crack width of the beam having high strength shear reinforcement was approximately the same to the crack with of the beam having normal strength shear reinforcement.
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문제 정의
이 연구에서는 실험적인 결과에 근거하여 전단보강철근의 최대 항복강도를 평가하였다. 비록 실험에서는 콘크리트의 압축강도와 철근의 항복강도에 대한 변수를 중심으로 전단보강철근의 최대 항복강도를 평가하였지만, 전단에 영향을 주는 보다 다양한 변수에 대한 해석 및 실험적 평가가 필요한 것으로 판단된다.
이 연구에서는 콘크리트구조설계기준(2007)에서 제한하는 항복강도에 비하여 높은 강도를 갖고 있는 전단보강철근을 사용할 경우에 변화할 수 있는 철근콘크리트 보의 전단거동을 평가하고, 고강도 전단보강철근의 사용 가능성을 검토하고자 한다.
이와 같이 최소 및 최대 전단보강철근비에 대한 연구에 비하여 전단보강철근의 최대 항복강도에 대한 연구는 비교적 미비하다. 이 연구에서는 콘크리트의 압축강도와 전단보강철근의 항복강도를 변수로 하는 18개의 실험체를 제작하여 전단보강철근의 최대 항복강도를 검토하였다.
제안 방법
실험체의 중앙 하부에 LVDT를 설치하여 중앙부 처짐을 측정하였다. 수직 전단보강철근과 주인장철근 및 주 압축철근에 철근 변형률게이지를 부착하여 철근의 변형률을 측정하였다.
전단보강철근의 항복강도가 높아 질 경우에 사인장균열의 수 및 폭이 증가할 가능성이 높다. 실험에서는 0.02 mm까지 측정이 가능한 균열측정기를 이용하여 보의 복부 부분의 사인장균열의 폭과 수를 측정하였다. Fig.
4 (9))의 제한조건을 만족하도록 실험체를 제작하였고, 콘크리트 구조설계기준(2007)에서 제한하는 전단보강철근의 항복 강도(400 MPa)보다 고강도 전단보강철근을 배근하였을 경우의 부재의 전단파괴모드를 측정하였다. 실험에서는 Fig. 1에 표시한 것과 같이 전단보강철근에 접착된 변형률게이지를 이용하여 전단보강철근의 변형률을 측정하였다.
실험에서는 전단보강철근 만에 의한 전단 저항을 계산한 후에 Fig. 5와 같이 전단보강철근의 양(ρt fyt)의 변화와 전단 내력의 변화를 평가하였다.
가력은 실험체 중앙 상부에서 3~5 kN/min의 재하속도로 2점 가력하였다. 실험체의 가력면 상부에 시멘트 모르타르를 바르고, 폭 50 mm인 가력판과 지점판을 설치하여 지압파괴를 방지하였으며, 지점과 지점판 사이에 얇은 고무판을 설치하여 재하시의 편심을 최소화시켰다.
실험체의 중앙 하부에 LVDT를 설치하여 중앙부 처짐을 측정하였다. 수직 전단보강철근과 주인장철근 및 주 압축철근에 철근 변형률게이지를 부착하여 철근의 변형률을 측정하였다.
이는 Group-30의 휨내력과 전단내력의 차이가 Group-50과 Group-80의 내력 차이에 비하여 다소 작기 때문에 발생한 것으로 판단된다. 실험체의 파괴모드는 철근에 부착한 변형률게이지 값에 근거하여 결정하였다(4.1 전단파괴모드에서 상세하게 설명). 최대 하중에 상응하는 S50-5의 변위는 Fig.
이 연구에서는 고강도 전단보강철근의 항복 여부를 판단하는 것을 목적으로 하고 있기 때문에 제작한 실험체의 전단보강철근의 양(ρt fyt)은 콘크리트구조설계 기준(2007)에서 요구하는 2/3# 이하(기준 7.4.4 (9))의 제한조건을 만족하도록 실험체를 제작하였고, 콘크리트 구조설계기준(2007)에서 제한하는 전단보강철근의 항복 강도(400 MPa)보다 고강도 전단보강철근을 배근하였을 경우의 부재의 전단파괴모드를 측정하였다.
이 연구에서는 콘크리트의 압축강도와 전단보강철근의 항복강도를 변수로 하며 ρt fyt/fck ≤ 0.098 이하인 18개의 철근콘크리트 보 실험을 통하여 다섯 가지 기준에서 규정하고 있는 최대 전단보강철근의 항복강도를 검토하였다.
전단보강철근이 배근된 모든 실험체는 콘크리트구조설계기준(2007)에서 요구하는 최소 전단보강철근비의 조건(7.4.3의 식 (7.4.1)), 전단철근의 간격에 대한 제한(7.4.2항), 최대 전단철근의 양에 대한 제한(7.4.4의 (9)항)에 만족하도록 제작하였다. Table 1에서 ρt / ρt − max는 전단보강 철근비를 최대 전단철근의 양에 대한 제한 값(7.
대상 데이터
각 시리즈의 실험체는 동일한 형상을 갖고 있지만 전단보강철근의 항복강도가 Table 1에 정리된 것과 같이 서로 다르다. 각 시리즈에 사용된 전단보강철근의 항복강도는 5가지 종류(378.8, 484.4, 555.3, 634.1, 750.1 MPa, 국내의 H-사 제품)이다. 모든 실험체는 휨파괴에 앞서 전단파괴 할 수 있도록 보에 주철근을 배근하였다.
실험체 S30-2, S30-6, S80-6 을 제외한 총 15개의 철근콘크리트 보 실험체는 주인장철근이 항복하기 이전에 전단파괴 하였다. S30-2실험체는 실험체 설치의 잘못으로 국부파괴하였으며, S30-6실험체는 주인장철근이 항복한 이후에 전단파괴하였다.
철근콘크리트 보의 최대 전단보강철근 항복강도를 검토하기 위하여, 총 18개의 철근콘크리트 보 실험체를 제작하였다. 실험체는 콘크리트의 압축강도에 따라서 3가지 그룹으로 세분화 된다.
성능/효과
1) 전단보강철근의 항복 유도 : 전단보강철근의 강도가 증가하면 전단보강철근의 항복변형률이 증가하여 전단보강 철근이 항복하기 이전에 복부 콘크리트가 압축파괴 할 수 있다. 이 경우에는 전단보강철근이 항복하지 않으므로 소성설계에 기본을 둔 현행 전단보강철근 내력평가식에서 전단보강철근의 항복응력을 사용할 수 없다.
1) 콘크리트구조설계기준(2007)에서 요구하는 최대 전단보강철근의 항복강도보다 최대 약 1.88배 큰 고강도 전단보강철근을 사용하였음에도 불구하고 실험결과는 전단보강철근이 항복한 이후에 부재가 최대 내력에 도달하였다.
2) 균열의 폭 : 고강도 전단보강철근을 사용할 경우에 항복변형률이 증가하여 사인장균열의 폭이 증가할 수 있다. 또한 전단내력은 콘크리트에 의한 저항력과 전단보강철근에 의한 저항력으로 구분할 수 있다.
2) 모든 실험체의 전단 내력은 전단보강철근의 양(ρt fyt)이 증가함에 따라서 거의 선형적으로 증가하였다.
3) 사인장균열에 대해서는 전단보강철근의 항복강도가 증가함에 따라서 균열의 수가 증가하였고, 동일한 하중비에 대하여 보통강도 전단보강철근을 사용한 보의 사인장균열 폭과 고강도 전단보강철근을 사용한 보의 사인장균열 폭은 거의 유사하였다. 균열의 억제는 전단보강철근의 항복강도 제한에 밀접한 관계가 있으며 실험 결과에 의하면 전단보강철근의 간격이 일정한 상태에서 전단보강철근의 항복강도가 약 750 MPa까지 증가하여도 사용성에 큰 문제가 없는 것으로 판단된다.
Fig. 4에서 콘크리트구조설계기준(2007)이나 ACI 318-08 기준식에서 요구하는 전단보강철근의 항복강도보다 최대 약 1.88배까지 높은 항복강도를 갖고 있는 전단보강철근을 배근하였음에도 불구하고 실험 결과는 전단보강철근이 항복한 이후에 부재가 최대 내력에 도달함을 보여 주었다. ρt − max실험에서는 최대전단보강철근비의 제한 값을 콘크리트구조설계기준(2007)의 7.
74 mm이었다. 각 그룹의 거동을 비교해 보면 Group-50과 Group-80은 최대 하중에 도달한 이후에 급격하게 강도가 저감하지만 Group-30은 최대 하중에 도달한 이후에 강도는 비교적 완만하게 감소하였다. 이는 Group-30의 휨내력과 전단내력의 차이가 Group-50과 Group-80의 내력 차이에 비하여 다소 작기 때문에 발생한 것으로 판단된다.
또한 약간의 차이는 있지만 하중의 관점에서 보면 균열의 폭이 달라지지만, 하중비의 관점에서 보았을 때에 모든 실험체는 전단보강철근의 항복강도와 무관하게 거의 일정한 균열의 최대 폭을 나타내었다. 균열의 수 및 균열의 최대 폭은 전단보강철근의 항복강도(또는 양)와 함께 전단보강철근의 간격, 주인장 철근비 등과 밀접한 관련이 있으므로 이 실험 만에 의하여 사인장균열의 수와 폭의 관계를 명확하게 구명할 수 없지만 이 연구에서 실시한 18개의 실험체에 의한 실험 결과에 의하면 전단보강철근의 항복강도가 증대함에 따라서 균열의 수는 증가하였지만 최대 균열폭은 거의 일정하였다.
3) 사인장균열에 대해서는 전단보강철근의 항복강도가 증가함에 따라서 균열의 수가 증가하였고, 동일한 하중비에 대하여 보통강도 전단보강철근을 사용한 보의 사인장균열 폭과 고강도 전단보강철근을 사용한 보의 사인장균열 폭은 거의 유사하였다. 균열의 억제는 전단보강철근의 항복강도 제한에 밀접한 관계가 있으며 실험 결과에 의하면 전단보강철근의 간격이 일정한 상태에서 전단보강철근의 항복강도가 약 750 MPa까지 증가하여도 사용성에 큰 문제가 없는 것으로 판단된다.
그림에서 사인장균열의 폭은 하중비가 증가함에 따라서 증가함을 알 수 있다. 또한 약간의 차이는 있지만 하중의 관점에서 보면 균열의 폭이 달라지지만, 하중비의 관점에서 보았을 때에 모든 실험체는 전단보강철근의 항복강도와 무관하게 거의 일정한 균열의 최대 폭을 나타내었다. 균열의 수 및 균열의 최대 폭은 전단보강철근의 항복강도(또는 양)와 함께 전단보강철근의 간격, 주인장 철근비 등과 밀접한 관련이 있으므로 이 실험 만에 의하여 사인장균열의 수와 폭의 관계를 명확하게 구명할 수 없지만 이 연구에서 실시한 18개의 실험체에 의한 실험 결과에 의하면 전단보강철근의 항복강도가 증대함에 따라서 균열의 수는 증가하였지만 최대 균열폭은 거의 일정하였다.
4의 (9)항)으로 나눈 값이다. 모든 실험체는 최대 전단철근의 양에 대한 제한을 만족함을 알 수 있다.
즉, 전단보강철근의 양(ρt fyt)이 증가함에 따라서 최대 하중은 거의 선형적으로 증가하였다.
후속연구
다만, 이 연구에서 실시된 전단보강철근의 양과 콘크리트 압축강도의 비율(ρt fyt / fck)은 약 0.1이하이며 이 값 이상의 전단보강철근의 양이 배근될 경우의 각도의 변화에 대해서는 추후의 연구가 필요할 것으로 판단된다.
이 연구에서는 실험적인 결과에 근거하여 전단보강철근의 최대 항복강도를 평가하였다. 비록 실험에서는 콘크리트의 압축강도와 철근의 항복강도에 대한 변수를 중심으로 전단보강철근의 최대 항복강도를 평가하였지만, 전단에 영향을 주는 보다 다양한 변수에 대한 해석 및 실험적 평가가 필요한 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고강도철근을 사용하기 위해 검토해야 하는 것은?
고강도철근을 사용하기 위해서는 휨, 전단, 부착, 횡구속, 연성능력 등 다양한 검토가 필요하다. 현재 우리나라의 콘크리트구조설계기준(2007)3)에서는 휨철근의 항복 강도를 550 MPa로 제한하고 있으며 전단보강철근에 대해서는 이보다 낮은 값인 400 MPa로 제한하고 있다.
우리나라의 콘크리트구조설계기준에서 휨 철근과 전단보강철근의 항복강도는 어떻게 제한하고 있는가?
고강도철근을 사용하기 위해서는 휨, 전단, 부착, 횡구속, 연성능력 등 다양한 검토가 필요하다. 현재 우리나라의 콘크리트구조설계기준(2007)3)에서는 휨철근의 항복 강도를 550 MPa로 제한하고 있으며 전단보강철근에 대해서는 이보다 낮은 값인 400 MPa로 제한하고 있다. 전단보강철근의 항복강도를 이와 같이 400 MPa로 제한하는 이유는 크게 다음과 같은 두 가지 이유를 생각할 수 있다.
참고문헌 (12)
한국콘크리트학회, 콘크리트 구조물에 대한 고장력 철근의 적용성 연구, KCI-R-10-001, 2010, 390 pp.
한국콘크리트학회, 대한주택공사, 고강도 철근 설계.시공 지침, 2009, 268 pp.
국토해양부, 콘크리트구조설계기준, 한국콘크리트학회, 2007, 327 pp.
ACI Committee 318-08, Building Code Requirements for Reinforced Concrete and Commentary (ACT 318-08/ACI 318R-08 ), American Concrete Institute, Detroit, 2008, 465 pp.
Comete European de Normalisation(CEN), Eurocode 2: Design of Concrete Structures. Part 1-General Rules and Rules for Buildings, prEN 1992-1, 2002, 211 pp.
CSA Committee A23.3-04, Design of Concrete Structures for Buildings CAV3-A23.3-04, Canadian Standards Association, Canada, 2004, 232 pp.
Japan Society of Civil Engineering, Standard Specifications for Concrete Structures, Japan Society of Civil Engineering, Japan, 2002, 257 pp.
Yoon, Y. S., Cook, W. D., and Mitchell, D., “Minimum Shear Reinforcement in Nominal, Medium, and High-Strength Concrete Beams,” ACI Structural Journal, Vol. 93, No. 5, 1996, pp. 576-584.
Johnson, M. K. and Ramirez, J. A., “Minimum Shear Reinforcement in Beams with High Strength Concrete,” ACI Structural Journal, Vol. 86, No. 4, 1989, pp. 376-382.
Roller, J. J. and Russell, H. G., “Shear Strength of High-Strength Concrete Beams with Web Reinforcement,” ACI Structural Journal, Vol. 87, No. 2, 1990, pp. 191-198.
Lee, J. Y. and Kim, U. Y., “Effect of Longitudinal Tensile Reinforcement Ratio and Shear Span-to-Depth Ratio on Minimum Shear Reinforcement in Beams,” ACI Structural Journal, Vol. 105, No. 2, 2008, pp. 134-144.
Lee, J. Y. and Hwang, H. B., “Maximum Shear Reinforcement of Reinforced Concrete Beams,” ACI Structural Journal, Vol. 107, No. 5, 2010, pp. 580-588.
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