선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 만약 이 입체 트러스를 콘크리트로 충진 한다면 등방성과 균질성이 확보된 다른 형태의 보강콘크리트가 될 수 있을 것이며, 강섬유보강콘크리트의 실제적 한계를 극복하는 좋은 대체 방법일 것이 될 것이다. 따라서 이 연구는 다공질 금속으로 제작된 카고메 트러스를 콘크리트 구조물의 보강재로서 적용 가능성을 조사하기 위하여 기초적인 부재 실험을 수행한 것이다. 실험체는 콘크리트 배합 전에 소요 보강량에 해당하는 카고메 트러스를 미리 제작하여 거푸집 안에 배치한 후 콘크리트를 타설하였다.
제안 방법
- 이 카고메 트러스의 하단에 일반 이형철근을 주철근으로 배치한 후 콘크리트를 타설하여 그림 4에 보인 것과 같은 실험체를 제작하였다. 3개 형식의 카고메 트러스와 각기 동일한 질량의 스터럽으로 전단보강한 보 및 전단보강철근이 없는 기준보를 동시에 제작하여 전단 보강효과 분석에 사용하였다.
- 기계 분야에서 많이 사용되는 규칙적 다공질 금속으로 제작된 카고메 트러스를 콘크리트 부재의 복부 전단보강재로 사용하여 소축적 모형 보를 제작하고 실험을 실시한 결과, 다음과 같은 현상을 확인할 수 있었다.
- 따라서 이 연구는 다공질 금속으로 제작된 카고메 트러스를 콘크리트 구조물의 보강재로서 적용 가능성을 조사하기 위하여 기초적인 부재 실험을 수행한 것이다. 실험체는 콘크리트 배합 전에 소요 보강량에 해당하는 카고메 트러스를 미리 제작하여 거푸집 안에 배치한 후 콘크리트를 타설하였다. 이러한 공정은 높은 혼입비를 갖는 강섬유보강 콘크리트 구조의 실제적 제작의 어려움을 극복할 수 있으며, 보강콘크리트의 균질성을 확보할 수 있을 것이다.
- 이 연구의 주요 목적인 보통의 철근으로 구성된 전단보강 철근의 대체재로써 카고메 트러스의 적용 가능성을 조사하기 위해 총 7개의 소축척 모형보를 제작하여 3점 하중 휨실험을 수행하였다. 현 단계에서는 카고메 트러스 제작의 어려움 때문에 그림 3에 보인 것과 같이 연철선(ductile wire)으로 된 카고메 트러스를 3개 제작하였으며, 그 제원은 표 1에 정리하였다.
- 이 카고메 트러스의 하단에 일반 이형철근을 주철근으로 배치한 후 콘크리트를 타설하여 그림 4에 보인 것과 같은 실험체를 제작하였다. 3개 형식의 카고메 트러스와 각기 동일한 질량의 스터럽으로 전단보강한 보 및 전단보강철근이 없는 기준보를 동시에 제작하여 전단 보강효과 분석에 사용하였다.
- 그림 5에 보인 것과 같이 실험은 3점 하중 재하로 유압잭을 사용하였다. 하중 재하에 따른 작용하중의 크기와 경간중앙의 처짐은 500 kN 용량의 로드셀과 50 mm 용량의 전기식변위계를 통하여 자동신호처리장치에 의해 자동 판독과 기록이 되도록 하였으며, 균열 발생과 진행 과정은 실험체 표면에 직접 표시하여 기록하였다.
대상 데이터
- 52%이다. A-계열과 B-계열 시험결과를 비교하기 위해 복부 보강이 없고 휨철근량이 같은 기준보 CNB2를 동일한 제원으로 제작하였다. C-계열은 전단경간 대 유효깊이 비가 1.
- 표 2에 정리한 것과 같이, A-계열 실험체는 2개의 보(KRB2A, SRB2A)로 구성되어 있으며, 전단경간 대 유효깊이의 비 a/d가 3인 보이며, 동일한 질량 661 g의 강재가 서로 다른 형태 즉, 수직스터럽 및 카고메 트러스로 복부가 보강되어 있으며, 동시에 일반 이형철근을 휨인장철근으로 보 하단에 배치하였다. A-계열과 B-계열에 사용한 카고메 트러스는 그림 3과 같으며, 단면은 35 mm 크기의 단위셀 6개로 구성되어 있으며 길이는 1,000 mm이다. A-계열에 사용한 카고메 트러스의 철선은 직경이 1.
- B-계열 실험체는 체적비 Vf가 1.52%인 카고메 트러스로 복부 보강한 보 KRB2B와 전단철근비가 1.5%인 수직스터럽으로 보강한 보 SRB2B로 구성되어 있다. 이 B-계열 실험체와 기준보 CNB2의 하중-처짐곡선을 그림 8에 나타냈다.
- B-계열은 A-계열 실험체와 제원과 보강 방법이 동일한 2개의 보로 구성되었으며, B-계열에 사용한 카고메 트러스는 직경이 1.98 mm이고, 항복강도는 340 MPa인 철선으로 제작하였으며, 그 체적비는 1.52%이다. A-계열과 B-계열 시험결과를 비교하기 위해 복부 보강이 없고 휨철근량이 같은 기준보 CNB2를 동일한 제원으로 제작하였다.
- C-계열 실험체는 전단경간 대 깊이 비 a/d가 1.5이며, 체적비 Vf가 1.1%인 카고메 트러스로 복부 보강한 보 KRB2C와 전단철근비가 1.0%인 수직스터럽으로 보강한 보 SRB2C로 구성되어 있다. 이 C-계열 실험체의 하중-처짐 곡선과 균열 형상을 그림 10과 그림 11에 각각 나타냈다.
- 콘크리트 배합설계 및 강도시험 결과를 표 3에 정리하였다. 각 실험체에 배치한 주철근은 420 MPa의 항복 강도를 갖는 일반 이형철근을 사용하였다. 카고메 트러스 보강 보와 동일한 복부 보강량이 되도록 직경이 4 mm인 철선을 폐합스터럽으로 제작하여 사용하였으며, 이 철선의 항복강도는 320 MPa이다(표 4.
- 실험체 제작에 사용된 콘크리트의 압축강도는 23.2 MPa이고, 슬럼프는 150 mm이며, 최대치수 19 mm의 굵은골재를 사용하였다. 콘크리트 배합설계 및 강도시험 결과를 표 3에 정리하였다.
- 각 실험체에 배치한 주철근은 420 MPa의 항복 강도를 갖는 일반 이형철근을 사용하였다. 카고메 트러스 보강 보와 동일한 복부 보강량이 되도록 직경이 4 mm인 철선을 폐합스터럽으로 제작하여 사용하였으며, 이 철선의 항복강도는 320 MPa이다(표 4. 참조).
- 이 연구의 주요 목적인 보통의 철근으로 구성된 전단보강 철근의 대체재로써 카고메 트러스의 적용 가능성을 조사하기 위해 총 7개의 소축척 모형보를 제작하여 3점 하중 휨실험을 수행하였다. 현 단계에서는 카고메 트러스 제작의 어려움 때문에 그림 3에 보인 것과 같이 연철선(ductile wire)으로 된 카고메 트러스를 3개 제작하였으며, 그 제원은 표 1에 정리하였다. 이렇게 미리 제작한 트러스의 각 단위는 정 4면체와 8면체 조합 형상으로 단위 깊이 hc가 35 mm로 되어 있어서, 타설시 콘크리트의 침투가 용이하도록 제작된 것이다(그림 2(c) 참조).
성능/효과
- 1. 카고메 트러스는 작은 크기의 단위셀로 구성된 우수한 균질 등방성을 갖고 있으며, 각 절점에서 정착 효과가 있는 구조로써, 균열간격은 단위셀의 깊이에 영향을 받는 것으로 나타났으며, 응력과 변형률 재분배 효과가 있었다. 이로 인해 카고메 트러스 보강 보의 전단균열 하중이 스터럽 보강 보에 비하여 더 크게 나타났다.
- 2. 카고메 트러스는 복부 보강재 기능과 동시에 휨 보강재의 역할을 한다. 복부에 카고메 트러스를 배치하면 휨인장 철근이 추가되는 효과가 있으며, 또한 압축영역에서는 압축력의 일부를 저항함과 동시에 압축 콘크리트를 구속하여 유효압축강도를 증가시키는 효과를 갖고 있어서 휨강도 또한 증가된다.
- 3. 카고메 트러스로 복부 보강한 보는 스터럽 보강 보와 동일한 연성 거동이 나타나고 있음을 확인하였다.
- 4. 반면에, 작은 크기의 단위셀과 절점의 정착 효과에 의해 보강재의 인장 길이가 짧아서 균열을 가로 지르는 철선 변형 능력이 작아지는 단점이 있다. 이러한 이유로 카고메 트러스로 보강된 보에서 최대강도에 도달한 후 복부 보강재가 빠르게 파단되었다.
- 특히, 이 A-계열 두 보의 하중-처짐 곡선을 비교해 보면 차이를 발견할 수 없을 정도로 동일하다는 것을 관찰할 수있다. 다만, 마지막 파괴 순간인 극한 상태에서 카고메 트러스 보강 보가 더 큰 연성능력을 갖고 있는 것으로 나타났다. 두 보 모두에서 중앙 경간 처짐이 15 mm에 도달할 때 위험 전단균열을 지나는 복부 보강재의 파단이 시작하였다.
- 이 때문에 건조 수축과 수화열에 의한 균열 발생을 제어할 수 있어서 메트기초 등과 같은 메스콘크리트의 시공성과 내구성이 향상되는 것으로 나타났다. 더욱이 미리 제작되어 운반하는 프리캐스트 제품의 국부적 파손을 방지할 수 있으며, 반복 피로 하중에 대한 저항성능이 크게 향상되는 것으로 알려졌다.
- 보통 콘크리트에 강섬유를 배합하면 직접적으로 인장강도가 증가할 뿐만 아니라 균열 발생 후에도 균열 열림을 효과적으로 억제한다(양인환 등, 2010; 원종필 등, 2007). 이 때문에 건조 수축과 수화열에 의한 균열 발생을 제어할 수 있어서 메트기초 등과 같은 메스콘크리트의 시공성과 내구성이 향상되는 것으로 나타났다. 더욱이 미리 제작되어 운반하는 프리캐스트 제품의 국부적 파손을 방지할 수 있으며, 반복 피로 하중에 대한 저항성능이 크게 향상되는 것으로 알려졌다.
- 반면에, 작은 크기의 단위셀과 절점의 정착 효과에 의해 보강재의 인장 길이가 짧아서 균열을 가로 지르는 철선의 변형 능력이 작아지는 단점이 있다. 이러한 이유로 카고메 트러스로 보강된 보에서 최대강도에 도달한 후 복부 보강재가 빠르게 파단을 시작하였으며 그 후에는 하중 저항 능력이 파단 강재량에 해당하는 만큼의 강도가 감소한 상태로나머지 보강재가 기능을 발휘하면서 연성을 유지하였다. 그리고, 종국에는 위험 전단균열이 휨압축 영역까지 발달하여 전단-압축파괴 형태로 극한상태에 도달하였다.
- 작용하중이 증가함에 따라 카고메 트러스 보강 보에서는 최대강도에 도달한 후 카고메 트러스를 구성하는 철선이 파단을 시작하였으며, 이후 하중 저항 능력이 파단 철선량에 해당하는 만큼의 강도가 감소한 상태로 카고메 트러스가 계속적으로 기능을 발휘하면서 연성을 유지하였다. 종국에는 위험 전단균열이 휨압축 영역까지 발달하여 전단-압축 파괴형태로 극한상태에 도달하였으며, 이러한 현상은 스터럽 보강 보에서도 동일하였다.
후속연구
- 이 입체 트러스는 자체만으로도 우수한 구조재 성능을 갖고 있지만, 기계 분야에서는 이들 트러스 양면에 강판을 접착하여 샌드위치 판재로 사용하고 있다. 만약 이 입체 트러스를 콘크리트로 충진 한다면 등방성과 균질성이 확보된 다른 형태의 보강콘크리트가 될 수 있을 것이며, 강섬유보강콘크리트의 실제적 한계를 극복하는 좋은 대체 방법일 것이 될 것이다. 따라서 이 연구는 다공질 금속으로 제작된 카고메 트러스를 콘크리트 구조물의 보강재로서 적용 가능성을 조사하기 위하여 기초적인 부재 실험을 수행한 것이다.
- 실험체는 콘크리트 배합 전에 소요 보강량에 해당하는 카고메 트러스를 미리 제작하여 거푸집 안에 배치한 후 콘크리트를 타설하였다. 이러한 공정은 높은 혼입비를 갖는 강섬유보강 콘크리트 구조의 실제적 제작의 어려움을 극복할 수 있으며, 보강콘크리트의 균질성을 확보할 수 있을 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.