철근콘크리트 구조물의 사용성을 검토할 때 처짐은 가장 중요한 사항 중 하나이며, 철근콘크리트 휨 부재의 처짐은 일반적으로 유효 단면2차모멘트의 개념을 적용하여 구해진다. 그러나 이미 사용중인 철근콘크리트 보에서 정확한 사용하중을 알기 어려운 경우에는 기존의 방법으로 처짐을 계산하는 것이 쉽지 않다. 따라서, 이 연구에서는 철근콘크리트 보에서 균열과 처짐은 상호 밀접한 관련이 있다는 사실을 바탕으로 작용하는 하중의 크기에 무관하게 철근 콘크리트 보 부재의 균열 상태로부터 처짐을 쉽게 산정할 수 있는 방법을 제안하고자 하였다. 균열폭의 합, 평균변형률 및 곡률 등의 관계를 이용하여 처짐식을 제안하였으며, 수정계수를 적용하여 보다 정확한 처짐식을 제안하고자 하였다. 이 제안식을 사용할 경우, 철근콘크리트 보에 작용하는 하중 크기에 무관하게 균열을 측정함으로써 처짐 추정치를 얻을 수 있으며, 유효 단면 2차 모멘트 값을 산출하여 처짐을 산정하는 기존의 방법에 비해 비교적 간단하게 처짐을 산출 할 수 있다.
철근콘크리트 구조물의 사용성을 검토할 때 처짐은 가장 중요한 사항 중 하나이며, 철근콘크리트 휨 부재의 처짐은 일반적으로 유효 단면2차모멘트의 개념을 적용하여 구해진다. 그러나 이미 사용중인 철근콘크리트 보에서 정확한 사용하중을 알기 어려운 경우에는 기존의 방법으로 처짐을 계산하는 것이 쉽지 않다. 따라서, 이 연구에서는 철근콘크리트 보에서 균열과 처짐은 상호 밀접한 관련이 있다는 사실을 바탕으로 작용하는 하중의 크기에 무관하게 철근 콘크리트 보 부재의 균열 상태로부터 처짐을 쉽게 산정할 수 있는 방법을 제안하고자 하였다. 균열폭의 합, 평균변형률 및 곡률 등의 관계를 이용하여 처짐식을 제안하였으며, 수정계수를 적용하여 보다 정확한 처짐식을 제안하고자 하였다. 이 제안식을 사용할 경우, 철근콘크리트 보에 작용하는 하중 크기에 무관하게 균열을 측정함으로써 처짐 추정치를 얻을 수 있으며, 유효 단면 2차 모멘트 값을 산출하여 처짐을 산정하는 기존의 방법에 비해 비교적 간단하게 처짐을 산출 할 수 있다.
The member deflection is one of the most important considerations for the serviceability evaluation of reinforced concrete (RC) structures, and the concept of the effective moment of inertia has been generally used for its estimation. However, the actual service load applied on an existing RC beam m...
The member deflection is one of the most important considerations for the serviceability evaluation of reinforced concrete (RC) structures, and the concept of the effective moment of inertia has been generally used for its estimation. However, the actual service load applied on an existing RC beam may not be easily obtained, for which the estimation of beam deflection by existing methods can be difficult to obtain. Therefore, based on the correlation between cracks and deflection in a RC beam, this study proposed a method to estimate the deflection of RC beams directly from the condition of cracks not using the actual loads acting on the member as its input data. The proposed method extensively utilized the relationships among sums of crack widths, average strains, and curvatures, and modification factors obtained from regression analysis were also introduced to improve its accuracy. The deflections of members were successfully estimated by the proposed method independent from applied loads, which was also easy to apply compared to the existing methods based on the effective moment of inertia.
The member deflection is one of the most important considerations for the serviceability evaluation of reinforced concrete (RC) structures, and the concept of the effective moment of inertia has been generally used for its estimation. However, the actual service load applied on an existing RC beam may not be easily obtained, for which the estimation of beam deflection by existing methods can be difficult to obtain. Therefore, based on the correlation between cracks and deflection in a RC beam, this study proposed a method to estimate the deflection of RC beams directly from the condition of cracks not using the actual loads acting on the member as its input data. The proposed method extensively utilized the relationships among sums of crack widths, average strains, and curvatures, and modification factors obtained from regression analysis were also introduced to improve its accuracy. The deflections of members were successfully estimated by the proposed method independent from applied loads, which was also easy to apply compared to the existing methods based on the effective moment of inertia.
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문제 정의
후)균열 폭을">균열폭을 측정할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 측정된 균열폭을 이용하여 부재의 처짐을 역으로 측정할 수 있는 방법을 제안하고자 하는 것이며, 이 방법을 이용하면 하중 산정이 불확실한 경우에 별도의 처짐 측정 없이도 비교적 용이하게 처짐을 유추할 수 있을 것으로 판단된다.
본">1991). 본 연구에서는 기존의 유효단면2차모멘트 개념을 수정 보완하기 보다는 균열폭과 처짐과의 상관관계를 통하여 부재의 처짐을 산정할 수 있는 새로운 방법을 모색하고자 하였다.
후)균열 폭의">균열폭의 합과 처짐은 일정한 상관관계가 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 이와 같이 비교적 명확한 처짐-균열폭 합의 상관관계를 바탕으로 수평부재의 처짐을 산정할 수 있는 방법을 제안하고자 하였다.
즉, 유효단면2차 모멘트를 이용하여 처짐을 산정하는 기존의 방법과 달리 균열폭과 처짐과의 상관관계를 고찰하여 이를 바탕으로 부재의 처짐을 직접적으로 산정할 수 있는 방법을 제안하고자 하였다. 또한, 총 17개의
가설 설정
이러한">1991). 이러한
가정을 바탕으로 본 연구에서는 Fig. 12 및 13에 나타낸 것과 같이 Icr 로 나타낸 균열구간내에서 모든 변형이 집중되는 것으로 가정하고, 이러한 가정을 통하여 Fig. 13의 이상화된 곡률분포를 얻을 수 있다. Fig.
후)현행 기준에">현행기준에 서는 사용성 검토시에 재료의 응력상태를 탄성으로 가정 하여 탄성계수는 일정하다고 가정하고, 균열에 따른 단면 2차모멘트를 작용하중의 크기에 따라서 전단면, 유효단면 및 균열단면으로 구분하여 제시하고 있다. 즉, Fig.
제안 방법
후)유효인장단 면적의">유효인장단면적의 영향을 고려하여 Al-Zaid et al.(1991) 및 Al-Shaikh and Al-Zaid(1993)가 제안한 식을 수정하여 유효 단면2차모멘트를 계산하는 방법을 제시하였다.
후)데이터로 거를">데이터로거를 통해 수집하였으며, 각 하중 단계마다 균열의 발생 및 진전 상황을 실험체에 직접 표기하였다. 각 실험체는 균열폭과 형태를 화상처리 할 수 있는 균열 측정기를 사용하여 실험체의 하단부로부터 0 ~50mm 구간에서 발생하는 모든 균열의 균열폭을 10kN 단위로 측정하여 데이터를 저장하였다.
후)피복 두께">피복두께 및 철근량으로 하였다. 또한, 주인장 철근의 직경과 주근의 비부착 여부도 추가적인 변수로 고려하여 실험체를 제작하였다. 콘크리트
후)균열 폭과">균열폭과 처짐과의 상관관계를 고찰하여 이를 바탕으로 부재의 처짐을 직접적으로 산정할 수 있는 방법을 제안하고자 하였다. 또한, 총 17개의 단순지지된 철근콘크리트 보에 대한 실험을 수행하고 사용하중단계에서 극한상태까지의 균열폭과 처짐을 측정하여 상관관계를 분석하였으며, 실험결과와의 비교를 통하여 제안된 균열폭을 이용한 처짐예측식의 정확성을 검증하였다.
후)매초당">매 초당 하중 및 부재의 변위 등을 데이터로거를 통해 수집하였으며, 각 하중 단계마다 균열의 발생 및 진전 상황을 실험체에 직접 표기하였다. 각 실험체는
본 연구에서는 콘크리트의 압축강도, 주인장 철근의 피복두께 및 철근량을 주요변수로 한 17개의 철근콘크리트 보에 대한 실험을 수행하여 균열폭과 처짐의 상관관계를 분석하였으며, 균열폭의 합을 이용하여 처짐을 산정하는 방법을 제안, 검증하였다. 본
으로 제안하였으며, 여기서, L은 부재의 길이, Lcr 은 균열이 발생한 길이, m′은 인장철근의 영향과 작용하중을 고려한 계수로서 βMcr/ Mα 이고, β는 0.8p로 계산되며, p는 인장철근비이다.
대상 데이터
후)실험체지점간">실험체 지점간 거리는 4400mm이고, 단면의 크기는 폭 250mm, 높이 350mm로 하였다. 각 실험체의 제원 및
후)철근 콘크리트">철근콘크리트 보의 균열폭과 처짐과의 상관관계를 분석하기 위하여 Table 2에 보이는 바와 같이 총 17개의 실험체를 제작하였으며, 주요 변수는 콘크리트의 압축강도, 주인장 철근의 피복두께 및 철근량으로 하였다. 또한, 주인장 철근의 직경과 주근의 비부착 여부도 추가적인 변수로 고려하여 실험체를 제작하였다.
또한, 주인장 철근의 직경과 주근의 비부착 여부도 추가적인 변수로 고려하여 실험체를 제작하였다. 콘크리트 압축강도는 24MPa의 일반강도와 70MPa의 고강도로 하였고, 주인장 철근은 SD400 재질의 4-D13, 5-D16, 3-D19, 2-D25 를 사용하였으며, 압축 철근으로는 SD400 재질의 2-D13 을 사용하였다. 보의 유효깊이는 290mm 및 310mm이고, A3계열의 실험체들은 비부착 구간이
성능/효과
1) 총 17개의 철근콘크리트 보의 실험결과를 바탕으로 균열폭의 합은 처짐과 비례관계에 있음을 알 수 있었으며, 그 관계를 통하여 처짐의 근사적인 예측값을 도출할 수 있었다.
2) 제안된 처짐 예측식은 사용하중 상태에서의 실험에 의한 처짐값과 매우 근접한 결과를 보여주었다.
4) 본 연구에서 제안한 방법은 기존의 유효 단면 2차 모멘트를 이용하여 처짐을 산정하는 방법에 비하여 비교적 간단하게 처짐을 산정할 수 있다.
5) 제안처짐예측식은 정확한 하중을 추정하기 어려운 상황에서 하중에 관계없이 균열폭으로만 처짐을 추정할 수 있는 장점이 있다.
후)휨거동을">휨 거동을 보였다. 균열 발생 후에는 철근비와 압축강도가 높을수록 휨강도가 크게 나타났으며, 피복두께가 커질수록 철근의 유효깊이가 작아져 휨강도가 작아지는 양상을 보였다.
후)보통 강도와">보통강도와 고강도 실험체 모두 균열하중까지는 완전탄성거동을 하다가 균열이후에 강정저하가 발생 하면서 비선형거동을 나타내었으며, 항복강도에 이른 후에는 하중의 증가가 거의 없이 변위만 지속적으로 증가하는 전형적인 휨 거동을 보였다. 균열 발생 후에는 철근비와
후)실험 결과는">실험결과는 동일한 피복두께일 때 콘크리트의 압축강도가 클수록 작은 처짐을 나타내었으며, 선형 추세선을 보면 균열폭의 합과 처짐이 일정한 비례관계가 있음을 알 수 있다.
이상에서 제시한 기존의 유효단면2차모멘트들은 비교적 간략한 방법으로 처짐을 예측할 수 있는 장점이 있지만, 주요 영향인자들이 제한적으로 고려되거나 서로 다른 방법으로 고려되어 차이가 남을 알 수 있다. 또한, Mα 를 이용하여 작용하중의 크기를 반영하고 있기 때문에 처짐의 산정을 위하여 정확한
후)실험체마다">실험체 마다 다르다. 콘크리트의 압축강도시험 결과 일반강도 시험체는 28.0MPa, 고강도 시험체는 76.4MPa의 평균 압축강도를 가진 것으로 나타났다.
후속연구
3) 본 연구에서 제안한 처짐산정방법은 안전진단시에 필연적으로 측정되는 균열폭을 이용하여 처짐까지 추정할 수 있는 방법으로 균열측정장비와 연동하여 사용하면 매우 효율적으로 적용될 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
일반적으로 철근콘크리트 휨 부재의 처짐은 어떻게 구하는가?
철근콘크리트 구조물의 사용성을 검토할 때 처짐은 가장 중요한 사항 중 하나이며, 철근콘크리트 휨 부재의 처짐은 일반적으로 유효 단면2차모멘트의 개념을 적용하여 구해진다. 그러나 이미 사용중인 철근콘크리트 보에서 정확한 사용하중을 알기 어려운 경우에는 기존의 방법으로 처짐을 계산하는 것이 쉽지 않다.
일반적으로 사용성은 어떻게 확보될 수 있는가?
현재 설계기준에서 철근콘크리트 구조부재의 소요강도는 극한 강도 설계법에 의하여 산정되며, 사용하중상태에서 발생 하는 처짐, 균열폭 및 진동 등이 제한된 허용범위 내에 있는지에 대한 여부에 따라 사용성이 검토된다. 일반적으로 사용성은 과도한 균열이나 처짐 등이 발생하지 않도록 제한함으로써 확보될 수 있다(한국콘크리트학회, 2007; ACI Committee 318, 2005; Collins and Mitchell, 1991).
균열폭의 합, 평균 변형률 및 곡률 등의 관계와 수정계수를 적용한 처짐식을 이용할 경우의 장점은 무엇인가?
균열폭의 합, 평균변형률 및 곡률 등의 관계를 이용하여 처짐식을 제안하였으며, 수정계수를 적용하여 보다 정확한 처짐식을 제안하고자 하였다. 이 제안식을 사용할 경우, 철근콘크리트 보에 작용하는 하중 크기에 무관하게 균열을 측정함으로써 처짐 추정치를 얻을 수 있으며, 유효 단면 2차 모멘트 값을 산출하여 처짐을 산정하는 기존의 방법에 비해 비교적 간단하게 처짐을 산출 할 수 있다.
참고문헌 (17)
이승배, 박미영, 장수연, 김강수, 김상식, "사용하중상태에서 철근콘크리트 휨부재의 유효 단면2차모멘트에 대한 고찰", 한국콘크리트학회 논문집, 제20권 3호, 2008, pp.393-404.
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