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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 작은 보의 댑단부와 큰 보의 레져에 대한 전단성능을 평가하기 위한 전단 구조성능 실험을 실시하여 작은 보의 연속단 구조설계의 가능성을 검토하고자 한다.
- 실험체의 크기는 실제 크기로 하였고, 큰 보-작은 보 접합부는 큰 보의 레져부분에 작은 보의 댑단부가 걸쳐지면서 덧침 콘크리트에 의하여 작은 보와 큰 보가 일체로 구성되는데, 이 때 댑 · 레져 · PC 보 부분에서의 전단성능이 확보되는지를 평가하는 것이 본 연구에서의 실험이다.
제안 방법
- 또한 Fig. 7(a)는 단순보 설계하중을 적용하여 레져를 설계하였으며, 행거철근을 덧침 콘크리트에 정착한 BS-S2 실험체와 행거철근을 PC보 내에 정착한 BS-P2 실험체의 하중-변위 곡선 비교이다. 그림에서 알 수 있듯이 BS-S2 실험체가 초기에 슬립이 발생한 것을 제외하면 두 곡선의 이력거동의 상태는 동일한 상태라고 판단된다.
- Fig. 6(a)는 연속성이 확보된 합성보 설계하중을 적용하여 레져를 설계하였으며, 행거철근을 덧침 콘크리트에 정착한 BS-S1 실험체와 행거철근을 PC보 내에 정착한 BS-P1 실험체의 하중-변위 곡선 비교이다. 그림에서 알 수 있듯이 BS-S1 실험체가 초기에 슬립이 발생한 것을 제외하면 두 곡선의 이력거동의 상태는 동일한 상태라고 판단된다.
- 4.1절부터 4.3절까지는 지지점으로부터 유효높이(d)만큼 떨어진 위치에서의 단면, 댑단부, 레져 등의 전단성능에 대하여 각각 평가한 결과를 기술하였다.
- 11에 나타내었다. BS-P3 실험체는 연속성이 확보된 합성보 하중(DL+CL)으로 댑단부와 레져가 설계되었으며, 보에 대한 위험단면에서의 전단설계는 사용하중(DL+LL) 으로 하였다. BS-P4 실험체는 단순보 하중(DL+LL)으로 댑단부와 레져가 설계되었으며, 보에 대한 위험단면에서의 전단설계도 사용하중(DL+LL)으로 하였다.
- PC 연속단 접합부에 대한 기존 연구는 Fig. 2와 Fig. 3에 나타난 기둥-큰 보 연속단 접합부와 Multi-ribbed moment Resisting Slab(이하 MRS로 함) 연속단 접합부를 대상으로 연속단 접합부의 휨성능을 평가하였다. 특히 MRS 연속단 접합부는 시공과정에 따른 하중전달 메카니즘을 고려하여 댑단부의 전단설계를 수행하였다.
- 레져부분에서의 전단력에 대한 전단 성능과 댑단부의 전단 성능을 평가하기 위하여 단순보로 설계할 경우의 설계하중(DL+LL)과 연속보로 설계할 경우에 대한 설계하중(DL+CL)을 변수로 실험체를 설계하였으며, 또한 레져 철근의 역할을 확인하기 위하여 레져철근의 보강유무를 변수로 하였다. 그리고 레져 부분에 배근되는 행거철근의 정착방법에 따른 구조성능을 확인하기 위하여 행거철근의 정착방법을 변수로 실험체를 설계하였다. 모든 실험체의 휨철근은 전단파괴가 발생하도록 충분히 보강하였고, BS-S1,2 및 BS-P0,1,2 실험체는 PC 작은 보가 전단에 안전하도록 충분히 보강(임계단면 및 댑단부의 전단설계)하였다.
- 따라서 본 장에서는 하프PC 합성 골조구조의 작은 보의 연속단 및 큰 보-작은 보 접합부의 설계와 구조성능 평가에 관련된 설계기준 및 기존 연구에 대하여 정리·분석하고, 연구의 진행방향을 결정하였다.
- 실험체에 사용된 철근의 인장강도시험을 실시하여 그 결과를 Table 3에 나타내었다. 또한 실험체에 사용된 콘크리트의 압축강도를 알아보기 위하여 공시체를 제작하였고, 양생과정부터 실험이 실시되는 시점까지 실험체와 동일한 조건으로 양생하였다. 실험이 실시되는 시점에서 콘크리트의 압축강도를 확인하였으며, 그 결과를 Table 4에 나타내었다.
- 레져부분에서의 전단력에 대한 전단 성능과 댑단부의 전단 성능을 평가하기 위하여 단순보로 설계할 경우의 설계하중(DL+LL)과 연속보로 설계할 경우에 대한 설계하중(DL+CL)을 변수로 실험체를 설계하였으며, 또한 레져 철근의 역할을 확인하기 위하여 레져철근의 보강유무를 변수로 하였다. 그리고 레져 부분에 배근되는 행거철근의 정착방법에 따른 구조성능을 확인하기 위하여 행거철근의 정착방법을 변수로 실험체를 설계하였다.
- 레져에서 행거철근의 정착방법에 대한 구조성능 평가는 BS-S1, P1 및 BS-S2,P2 실험체의 실험결과로 분석하며, 설계하중에 따른 레져의 전단성능에 대한 평가는 BS-S1,2 및 BS-P1,2 실험체의 실험결과로 분석하였다. 레져에 보강되는 철근의 보강 효과에 대한 평가는 BS-P0,1 실험체의 실험결과로 분석하며, PC 작은 보를 연속성이 확보된 합성보로 설계할 경우에 대한 전단성능의 평가 및 전단에 의한 임계단면의 위치 분석은 BS-P3,4 실험체의 실험결과로 분석하였다. 하중-변위 곡선 내에는 공칭전단내력도 표시하였다.
- 실험결과의 분석은 하중-변위 곡선으로 비교하며, 하중-변위 곡선에는 설계내력을 표시하여 설계내력에의 도달여부도 확인하는 것으로 하였다. 레져에서 행거철근의 정착방법에 대한 구조성능 평가는 BS-S1, P1 및 BS-S2,P2 실험체의 실험결과로 분석하며, 설계하중에 따른 레져의 전단성능에 대한 평가는 BS-S1,2 및 BS-P1,2 실험체의 실험결과로 분석하였다. 레져에 보강되는 철근의 보강 효과에 대한 평가는 BS-P0,1 실험체의 실험결과로 분석하며, PC 작은 보를 연속성이 확보된 합성보로 설계할 경우에 대한 전단성능의 평가 및 전단에 의한 임계단면의 위치 분석은 BS-P3,4 실험체의 실험결과로 분석하였다.
- 실험에 사용되는 변수는 현장실무자들과의 협의에 의하여 가장 시급하게 구조성능을 평가하여야 할 내용을 고려하여 결정되었다. 모든 실험체는 PC 콘크리트와 현장 타설 콘크리트가 일체로 완전 합성이 이루어질 수 있도록 콘크리트구조설계기준1)에 따라 마찰전단에 안전하도록 설계되었다.
- 상기에서와 같이 설계하중에 따른 레져 성능의 차이가 매우 미미하게 나타나고 있기 때문에 레져 철근의 역할을 보다 명확하게 확인하기 위하여 레져 철근의 유무를 변수로 구조성능을 평가하였고, 그 결과를 Fig. 10에 나타내었다. 그림에서 알 수 있듯이 레져 철근이 없는 BS-P0 실험체는 레져 철근이 있는 BS-P1 실험체와 거동의 특성 및 최종파괴 상태가 동일하게 나타났다.
- 시공단계를 고려하기 위하여 댑단부에 고정하중 및 고정하중+활하중 등 하중을 다르게 작용하여 설계한 실험체를 대상으로 이론적 검증을 수행하고 그 결과를 반영한 실험체를 대상으로 실험을 수행하였다. 그 결과 댑단부의 전단설계를 위한 설계하중으로서 고정하중을 적용한 실험체도 경간 길이의 1%에 해당하는 변형상태까지 연성적인 휨거동을 보여주었으며, MRS의 댑단부를 경사진 형상으로 설계한 실험체는 전통적인 댑단부 형상을 갖는 실험체와 비교할 때, 내력과 변형능력 면에서 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 실험결과의 분석은 하중-변위 곡선으로 비교하며, 하중-변위 곡선에는 설계내력을 표시하여 설계내력에의 도달여부도 확인하는 것으로 하였다. 레져에서 행거철근의 정착방법에 대한 구조성능 평가는 BS-S1, P1 및 BS-S2,P2 실험체의 실험결과로 분석하며, 설계하중에 따른 레져의 전단성능에 대한 평가는 BS-S1,2 및 BS-P1,2 실험체의 실험결과로 분석하였다.
- 0이상이 되도록 하기 위함이었다. 실험은 가력보의 지지점 위치에서 측정한 실험체의 변위를 기준으로 변위제어방식에 의하여 진행하며, 실험체의 파괴시까지 수행하는 것으로 하였다. 실험체의 설치상태를 Fig.
- 실험은 내민보 형태로 구성하고 2점 집중하중을 가하는 방법으로 수행하였다. 내민보 형태로 구성한 이유는 실제 상황에서 보에 작용하는 하중이 댑단부를 통하여 큰 보의 레져로 전달되기 때문에 실제 현상과 동일하게 재연하기 위함이다.
- 하중 가력은 변위제어방식에 의한 단조가력방식을 채택하였다. 실험은 실험체가 완전 파괴되거나, 최대하중에 도달된 이후 하중이 감소하여 최대내력의 75%에 도달될 경우까지 연속적으로 진행하였다.
- 실험을 진행하면서 실험체의 구조적 거동, 즉 변위를 파악하기 위하여 LVDT(Linear Variable Displacement Transducer)를 설치하였는데, 본 실험은 전단력이 댑단부에서 시작하여 레져를 통하여 큰 보로 전달하는 실험이므로 단조하중 가력개념에 따라 하중이 작용하는 점과 작은 보와 큰 보가 만나는 곳에서 작은 보와 큰 보의 변위를 측정하였다. 하중 가력은 변위제어방식에 의한 단조가력방식을 채택하였다.
- 실험체 계획은 실제 시공될 아파트 지하주차장 건물을 대상으로 큰 보와 작은 보가 만나는 접합부로 하였다. 큰 보-작은 보 접합부는 건물전체를 구성하는 모듈 중에서 대표성을 나타낼 수 있는 모듈 부분으로 하였다.
- 실험체는 PC 공장에서 공장제작 방식에 의하여 PC 부재를 제작한 후 조립하고, 덧침 콘크리트부분은 철근을 배근한 후 콘크리트를 현장 타설하여 제작하였다. 양생은 현장에서와 동일한 방법으로 상온에서 실시하고, 양생이 완료된 후에는 구조실험실로 운반하여 실험을 실시하는 것으로 하였다.
- 실험을 진행하면서 실험체의 구조적 거동, 즉 변위를 파악하기 위하여 LVDT(Linear Variable Displacement Transducer)를 설치하였는데, 본 실험은 전단력이 댑단부에서 시작하여 레져를 통하여 큰 보로 전달하는 실험이므로 단조하중 가력개념에 따라 하중이 작용하는 점과 작은 보와 큰 보가 만나는 곳에서 작은 보와 큰 보의 변위를 측정하였다. 하중 가력은 변위제어방식에 의한 단조가력방식을 채택하였다. 실험은 실험체가 완전 파괴되거나, 최대하중에 도달된 이후 하중이 감소하여 최대내력의 75%에 도달될 경우까지 연속적으로 진행하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 적용된 PC 공법은 슬래브 밑면까지 PC 보이고, 그 위에 하프 PC 슬래브를 설치한 후 설계바닥면까지 덧침 콘크리트를 타설하여 일체화하는 구조이다.
- 실험은 Table 2에 나타낸 바와 같은 변수로 지하주차장을 PC 공법으로 적용할 경우에 대하여 작은 보를 연속보로 설계한 후, 전단성능을 평가하는 실험체 7개를 제작하여 수행되었다. 또한 실험체 상세를 Fig.
성능/효과
- (1) PC 작은 보의 댑단부 및 PC 큰 보의 레져에 대한 전단성능은 으로 설계하여도 작은 보의 연속성은 확보될 수 있는 것으로 나타났다.
- (2) PC 작은 보의 전단 임계단면은 지지점으로부터 유효높이(d)만큼 떨어진 위치에서 형성된 후 댑단부로 진전되었다.
- (3) 본 연구에서의 레져는 3변고정 슬래브와 같은 구조이므로 3변고정 슬래브의 거동에 따른 설계를 하는 것이 바람직하다.
- (4) PC 큰 보-PC 작은 보 접합부에서 큰 보에는 레져의 행거철근이 배근되는데, 행거철근이 덧침 콘크리트에 정착되지 않고 PC 보 내에 정착되어도 구조적인 차이가 발생하지 않았다.
- 시공단계를 고려하기 위하여 댑단부에 고정하중 및 고정하중+활하중 등 하중을 다르게 작용하여 설계한 실험체를 대상으로 이론적 검증을 수행하고 그 결과를 반영한 실험체를 대상으로 실험을 수행하였다. 그 결과 댑단부의 전단설계를 위한 설계하중으로서 고정하중을 적용한 실험체도 경간 길이의 1%에 해당하는 변형상태까지 연성적인 휨거동을 보여주었으며, MRS의 댑단부를 경사진 형상으로 설계한 실험체는 전통적인 댑단부 형상을 갖는 실험체와 비교할 때, 내력과 변형능력 면에서 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 따라서 Table 1에 나타낸 바와 같이 MRS의 댑단부 설계는 시공상태의 하중(CL)을 대상으로 수행하며, 완성단계에서는 활하중을 포함한 사용하중(FL)이 작용하는 상태에 대하여 연속단설계를 수행할 수 있음을 알 수 있었다.
- 그림에서 알 수 있듯이 레져의 성능은 작은 보가 연속성이 확보된 합성보일 때인 로 설계한 BS-S1 실험체와 작은 보가 단순보일 때인 로 설계한BS-S2 실험체의 하중-변위 곡선 및 최종파괴 상태는 매우 비슷하게 나타나고 있으며, 행거철근이 PC 보 내에 정착된 BS-P1,2 실험체에서도 그 결과는 BS-S1,2 실험체와 동일하게 나타났다.
- 그림에서 알 수 있듯이 레져 철근이 없는 BS-P0 실험체는 레져 철근이 있는 BS-P1 실험체와 거동의 특성 및 최종파괴 상태가 동일하게 나타났다. 따라서 레져 철근의 역할은 건축물에서와 같이 활하중이 작은 경우에는 매우 미미한 것으로 판단되며, 본 연구에서 사용되고 있는 레져는 PCI 핸드북에서와 같이 캔틸레버형 레져가 아니고 3변 지지형 레져이기 때문에 레져 철근의 역할이 미미하게 나타나고 있는 것으로 사료된다.
- 그리고 레져 부분에 배근되는 행거철근의 정착방법에 따른 구조성능을 확인하기 위하여 행거철근의 정착방법을 변수로 실험체를 설계하였다. 모든 실험체의 휨철근은 전단파괴가 발생하도록 충분히 보강하였고, BS-S1,2 및 BS-P0,1,2 실험체는 PC 작은 보가 전단에 안전하도록 충분히 보강(임계단면 및 댑단부의 전단설계)하였다.
- 실험에 사용되는 변수는 현장실무자들과의 협의에 의하여 가장 시급하게 구조성능을 평가하여야 할 내용을 고려하여 결정되었다. 모든 실험체는 PC 콘크리트와 현장 타설 콘크리트가 일체로 완전 합성이 이루어질 수 있도록 콘크리트구조설계기준1)에 따라 마찰전단에 안전하도록 설계되었다.
- 그러나 작은 보의 단부가 연속단으로 설계된다면, 큰 보의 레져나 작은 보의 댑단부는 고정하중 및 시공하중에만 안전하도록 설계하면 된다. 이상과 같이 작은 보를 연속보로 설계하면 단순보로 설계할 때 보다 댑단부의 보강철근량을 감소시킬 수 있으며, 작은 보의 부재크기와 인장철근량도 감소시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
- 평가 결과에 의하면 덧침 콘크리트의 타설에 의해 PC 보와 덧침 콘크리트가 합성된 보에서 댑단부 및 레져는 의 하중으로 설계하여도 전단성능은 확보될 수 있는 것으로 나타났으며, 임계단면은 지지점으로부터 유효높이(d)만큼 떨어진 위치에서 형성된 후, 댑단부로 확산되고 있음을 알 수 있었다.
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