[논문]지지부재로 이형철근을 설치하는 띠형 강보강재의 인발성능 평가

정성규; 김주형; 조삼덕; 이광우

doi:10.12814/jkgss.2013.12.4.077

지지부재로 이형철근을 설치하는 띠형 강보강재의 인발성능 평가
The Evaluation for Pullout Performance of Steel Strip Reinforcements with Deformed-Bars as Transverse Members 원문보기

한국토목섬유학회 논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, v.12 no.4, 2013년, pp.77 - 86

정성규 (School of Geo-Space Engineering, Univ. of Science & Technology) , 김주형 (Geotechnical Engineering Division, Korea Institute of Construction Technology) , 조삼덕 (Geotechnical Engineering Division, Korea Institute of Construction Technology) , 이광우 (Geotechnical Engineering Division, Korea Institute of Construction Technology)

초록
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본 연구에서는 지지부재가 설치된 띠형 강보강재에 대한 실내인발시험을 수행하였다. 주문진 표준사를 사용하여 상대밀도 80%인 모형지반을 조성하였고, 지지부재의 개수를 0~2개로 구분하여 실내인발시험을 수행하였다. 상재압은 $50kN/m^2{\sim}200kN/m^2$까지 4단계로 구분하여 적용하였고, 1mm/min 속도로 강보강재를 인발하였다. 표면이 매끄러운 띠형 강보강재의 인발저항력은 보강재 표면과 지반 사이에서 마찰저항만 발현되기 때문에 인발 초기에 급격히 증가하다가 지속적으로 감소하는 경향을 나타낸다. 반면, 지지부재를 설치한 강보강재의 인발저항력은 마찰저항뿐만 아니라 수동저항도 함께 발현되므로 계속적으로 증가하는 것으로 나타났다. 보강재의 형태에 관계없이 최대인발저항은 상재압이 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 지지부재를 1개 설치한 경우에 비해 지지부재를 2개 설치했을 때의 최대수동저항은 작게 나타났다. 이는 지지부재의 설치 간격 및 위치에 따라 지지부재에서 발현되는 수동저항의 크기가 다르기 때문에 나타나는 현상으로 판단되며, 지지부재 설치 위치 및 간격에 따른 추가 인발시험을 통해 확인할 필요가 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Laboratory pullout tests were conducted to evaluate pullout performance of steel strip reinforcements with deformed steel bars as transverse members. The steel strip reinforcement has an installation hole to assemble a deformed steel bar. Jumunjin standard sand is used to form a relative density of ground model to 80%. Frictional resistance of steel strip reinforcement without transverse member increases sharply at the initial displacement and quickly decreases with displacement. Maximum frictional resistance increases linearly as normal pressure increasing, and soil-reinforcement interaction friction angle(${\rho}_{peak}$) of a steel strip reinforcement is estimated to $14.64^{\circ}$. Passive resistance increases with displacement and converge into maximum passive resistance in most cases. Maximum passive resistance increases linearly as normal pressure increasing irrespective of shape of the steel reinforcement. Pullout force of steel strip reinforcements with installation holes or transverse members largely increases about 4 to 7 times compared to frictional resistance force of steel strip reinforcements when embedment length($L_e$) of steel strip reinforcements is 500 mm. In the case of using 2 transverse members, interference effect is observed due to the spacing of 2 transverse members and location of assembly holes and transverse members.

주제어

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문제 정의

본 연구에서는 지지부재로 이형철근을 설치할 수 있는 띠형 강보강재에 대한 실내인발시험을 수행하였고, 시험 결과를 바탕으로 보강재의 형태에 따른 마찰저항 및 수동 저항을 평가하였다.
본 연구에서는 후단에 이형철근을 지지부재로 설치할 수 있는 띠형 강보강재를 사용하여 실내인발시험을 수행하였고, 사용한 강보강재의 인발거동을 평가하였다. 시험 결과를 바탕으로 수동저항이 발현되는 띠형 강보강재의 인발성능을 평가하였다.
본 연구에서는 후단에 이형철근을 지지부재로 설치할 수 있는 띠형 강보강재를 사용하여 실내인발시험을 수행하였고, 사용한 강보강재의 인발거동을 평가하였다. 시험 결과를 바탕으로 수동저항이 발현되는 띠형 강보강재의 인발성능을 평가하였다.

제안 방법

상대밀도 80%인 주문진 표준사의 내부마찰각을 산정하기 위해 압밀 비배수 삼축압축시험(CD test)을 수행하였다. 공시체의 크기는 지름 50mm, 높이 100mm, 구속응력은 각각 50kPa, 100kPa, 200kPa로 설정하였고, 0.2mm/min의 속도로 전단응력을 가하였다. 그 결과, 상대밀도 약 80%인 주문진 표준사의 내부마찰각은 40.
7mm인 이형철근을 각각 1개, 2개 설치하여 인발시험을 수행하였다(Type 3). 구속응력은 50kN/m²에서 200kN/m²까지 4단계로 구분하였고, 보강재의 인발 속도는 1mm/min으로 설정하여 인발 변위가 100mm를 초과할 때까지 인발시험을 수행하였다(ASTM, 2007).
지지부재간의 간섭이 없이 독립적으로 인발메커니즘이 발생한다면, 지지부재를 2개 사용한 경우의 인발력은 지지부재를 1개 사용한 경우의 인발력의 2배가 되어야 한다. 따라서 지지부재 삽입부 및 지지부재 1개의 평균 최대수동저항을 산정하기 위해 보강재에서 발현된 최대수동저항을 지지부재 삽입부 및 지지부재의 개수(1개, 2개)로 나누어 평균 최대수동저항을 평가하였고, 그 결과를 Fig. 14에 나타내었다. Fig 14(a)는 지지부재 삽입부가 1개, 2개 설치된 띠형 강보강재(Type 2)의 구속응력에 따른 평균 최대수동저항을 나타낸 결과이다.
7과 Table 3에 요약하였다. 띠형 강보강재의 마찰저항을 평가하기 위해 지지부재를 설치하지 않은 띠형 강보강재(Type 1)의 인발성능을 평가하였다. 수동저항을 평가하기 위해 지지부재 삽입부가 1개, 2개 형성되어 있는 띠형 강보강재(Type 2)를 사용하였고, 지지부재를 설치한 경우에는 공칭지름이 12.
23m에서 모래를 강사하여 상대밀도가 약 80%인 모형지반을 조성하였다. 상대밀도 80%인 주문진 표준사의 내부마찰각을 산정하기 위해 압밀 비배수 삼축압축시험(CD test)을 수행하였다. 공시체의 크기는 지름 50mm, 높이 100mm, 구속응력은 각각 50kPa, 100kPa, 200kPa로 설정하였고, 0.
실내인발시험 결과, 표면이 매끄러운 띠형 강보강재를 제외하고 모든 경우(Test No.2∼5)에 대해 수동저항이 발현되었으므로, 이를 평가하기 위해 Fig. 9와 같이 인발 변 위마다 측정된 총 인발저항과 마찰저항의 차이를 수동저항으로 산정했다.
시험에 따라 띠형 강보강재의 지지부재로 사용하는 이형철근을 1개 혹은 2개 설치한다. 토조 상부 벽면에 부직포와 비닐 랩(plastic wrap)을 사용하여 지반과 토조 벽면 사이의 마찰을 최소화하였다. 이는 토조 상부로부터 상재하중이 작용할 때, 지반과 토조 벽면 사이의 마찰로 인해 보강재에 작용하는 상재압이 감소하는 것을 최소화하기 위함이다.

대상 데이터

수동저항을 평가하기 위해 지지부재 삽입부가 1개, 2개 형성되어 있는 띠형 강보강재(Type 2)를 사용하였고, 지지부재를 설치한 경우에는 공칭지름이 12.7mm인 이형철근을 각각 1개, 2개 설치하여 인발시험을 수행하였다(Type 3).
3과 같이 보강재 끝부분에 지지부재로 이형철근을 삽입할 수 있는 지지부재 삽입부가 형성되어 있다. 실내인발시험 수행 시에는 길이 900mm, 폭 50mm, 두께 4.5mm인 띠형 강보강재를 사용하였고, 지지부재로 공칭 지름 12.7mm, 항복강도가 약 500MPa인 이형철근을 사용하였다. 지지부재를 2개 설치하여 인발시험을 수행하는 경우, 지지부재 설치간격은 200mm이고, 띠형 강보강재 설치 간격은 200mm로 하여 인발시험을 수행하였다.

성능/효과

(1) 유효정착길이가 500mm일 때, 마찰저항만 발현되는 띠형 강보강재의 최대마찰저항각(ρpeak)은 14.64°로 평가되었다.
(2) 유효정착길이가 500mm일 때, 지지부재 삽입부 및 지지부재가 1개인 경우의 인발력은 마찰저항만 발현되는 띠형 강보강재의 인발력에 비해 약 4∼7배 정도 크게 나타났다.
(3) 지지부재 삽입부 및 지지부재의 단위 개수 당 수동저항을 평가한 결과, 지지부재 삽입부 및 지지부재의 형성 위치에 따라 발현되는 수동저항의 크기는 다를 것으로 판단된다. 특히, 지지부재로 이형철근을 설치한 경우, 토조 벽면에 가깝게 위치한 이형철근에서 더 큰 수동저항이 발현되는 것을 확인하였다.
Table 4는 유효정착길이가 500mm인 경우, 마찰저항만 발현되는 띠형 강보강재(Type 1)와 비교하여 각 보강재의 형태에 따른 최대인발력 증가량을 나타낸 결과이다. 구속 응력에 따라 최대인발력 증가율에 차이가 발생하지만, 최소 4배에서 최대 10배까지 증가하는 것을 확인할 수 있다. 실제 보강토 옹벽에 설치하는 띠형 강보강재의 경우, 저항영역에 포설되는 유효정착길이가 본 연구에서 적용한 500mm 보다 길어진다.
지지부재를 설치하지 않은 경우와 마찬가지로, 수동저항이 함께 발현되는 강보강재의 최대인발저항력은 구속응력이 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 경향을 나타내었다. 구속응력에 따른 최대인발저항력 증가율은 지지부재 삽입부 및 지지부재의 개수가 1개인 경우보다 2개인 경우에 더 크게 나타났다.
그 결과, 상대밀도 약 80%인 주문진 표준사의 내부마찰각은 40.9°로 평가되었다.
Fig 14(a)는 지지부재 삽입부가 1개, 2개 설치된 띠형 강보강재(Type 2)의 구속응력에 따른 평균 최대수동저항을 나타낸 결과이다. 그 결과, 지지부재 삽입부가 2개 형성된 띠형 강보강재의 평균 최대수동저항이 지지부재 삽입부가 1개 형성된 띠형 강보강재의 평균 최대수동 저항보다 낮게 평가되었다. Fig 14(b)는 지지부재로 이형철근을 1개, 2개 설치한 경우(Type 3)의 평균 최대수동저항을 나타낸 결과이다.
2m) 당 인발저항력을 나타내었다. 그 결과, 초기에 인발저항력이 급격히 증가하다가 변위가 발생하면서 인발저항력은 계속적으로 증가하여 수렴하는 경향을 나타낸다. 지지부재 삽입부가 형성된 띠형 강보강재의 거동과 유사하게 마찰저항뿐만 아니라 지지형태의 저항인 수동저항이 함께 발현되기 때문에 나타나는 현상이다.
이는 이형철근을 삽입하기 위해 형성한 지지부재 삽입부에서 수동저항이 함께 발현되어 나타나는 현상으로써 흙과 보강재 사이에서 마찰저항만 발현되는 경우보다 인발력이 증가하였다. 또한, 구속응력이 증가할수록 보강재에서 발현 되는 인발력 또한 증가하였다.
또한, 지지부재 삽입부 및 지지부재가 2개인 경우의 인발력은 약 4∼10배 정도 증가하였다.
15는 높은 상재압을 가했을 때, 인발시험 완료 후 이형철근의 변형 모습을 나타낸 그림이다. 전면벽체에 가까운 위치에 설치된 이형철근이 보강재 끝에 설치된 이형철근보다 변형이 크게 나타난 것을 확인할 수 있다. 이는 지지부재의 설치 위치가 다를 경우, 각 지지부재에서 동일한 수동저항이 발현되는 것이 아니라 전면벽체에 가까운 지지부재에서 더 큰 수동저항이 발현된다는 의미이다.
64°로 평가되었다. 지지부재 삽입부가 형성되어 있는 띠형 강보강재의 수동저항은 인발변위가 발생함에 따라 계속적으로 증가하다가 약 50mm 인 지점에서 점점 감소하는 경향을 나타내었다. 지지부재로 이형철근을 설치한 경우의 수동저항은 인발변위가 약 50mm인 지점까지 계속적으로 증가하다가 일정한 크기로 수렴하는 경향을 나타내었다.
지지부재 삽입부가 형성되어 있는 띠형 강보강재의 수동저항은 인발변위가 발생함에 따라 계속적으로 증가하다가 약 50mm 인 지점에서 점점 감소하는 경향을 나타내었다. 지지부재로 이형철근을 설치한 경우의 수동저항은 인발변위가 약 50mm인 지점까지 계속적으로 증가하다가 일정한 크기로 수렴하는 경향을 나타내었다.

후속연구

, 2009). 그러나 지지부재의 형태와 크기에 따라 간섭효과를 발생시키는 지지부재 간격이 다를 수 있으므로, 지지부재의 간격을 다양하게 설정한 추가 실내인발시험을 통해 확인할 필요가 있다.
띠형 강보강재의 간격이 넓으면 이형철근에 더 큰 힘이 작용하면서 변형이 심해져 지지저항의 메커니즘이 달라질 수 있는 가능성이 있기 때문이다. 따라서 지지부재의 형태 및 설치 위치에 따른 영향을 파악하기 위해 띠형 강보강재 설치 간격에 따른 지지 부재의 휨 저항성을 평가하는 추가 인발시험이 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	보강재에서 발현되는 인발저항의 구분은?	보강재에서 발현되는 인발저항은 크게 마찰저항(friction resistance)과 수동저항(passive resistance)으로 구분할 수 있다. 마찰저항은 보강재의 변위가 발생함에 따라 보강재 표면과 흙 사이에서 발생하는 전단응력으로, 띠형 강보강재, 그리드형 보강재의 인발방향 부재, 지오텍스타일(geotextile)의 표면 등에서 발현된다.
	보강재 재질에 따른 보강토 옹벽의 종류는?	보강토 옹벽에 사용되는 보강재는 재질에 따라 크게 금속성(metal) 보강재, 토목섬유(geosynthetic) 보강재로 구분할 수 있다. 보강재의 형태에 따라서는 띠(strip)형 보강재, 그리드(grid)형 보강재, 시트(sheet)형 보강재, 셀(cell)형 보강재 등으로 구분할 수 있다(Berg et al.
	보강재의 형태에 따른 보강토 옹벽의 종류는?	보강토 옹벽에 사용되는 보강재는 재질에 따라 크게 금속성(metal) 보강재, 토목섬유(geosynthetic) 보강재로 구분할 수 있다. 보강재의 형태에 따라서는 띠(strip)형 보강재, 그리드(grid)형 보강재, 시트(sheet)형 보강재, 셀(cell)형 보강재 등으로 구분할 수 있다(Berg et al., 2009).

참고문헌 (9)

Alfaro, M. C. (1996), Reinforced soil wall - embankment system on soft foundation using inextensible and extensible grid reinforcements, Ph.D Thesis, Saga University, pp.1-86.
ASTM D 6706-01 (2007), Standard test method for measuring geosynthetic pullout resistance in soil, ASTM International, United States.
Berg, R. R., Christopher, B. R. and Samtani, N. C. (2009), Design and construction of mechanically stabilized earth walls and reinforced soil slopes - Volume I, Publication No. FHWA-NHI-10-024, Federal Highway Administration, Washington, D.C., USA, pp.1-1 - 3-50.
Han, J. G., Yoon, W. I., Hong, K. K., Hong, W. P., Lee, K. W., Cho, S. D. (2010), "Evaluation on bearing resistance of transverse members in steel strip reinforcement using pullout tests and theoretical equations," Journal of Korean Geosynthetics Society, Vol.9, No.2, pp.33-40 (In Korean).
Jung, S. G., Lee, K. W., Kim, J. H., Cho, S. D. (2013), "Laboratory pullout tests of steel strip reinforcements with transverse members," Proc. of the Korean Geotechnical Society Conference, pp.1129-1134 (In Korean).
Kim, H. T., Bang, Y. K., Park, S. S., Kim, H. J. (2003), "An experimental study on pullout behavior characteristics of the steel strip reinforcement bolted with braced angles," Journal of Korean Geotechnical Environmental Society, Vol.4, No.1, pp.67-75 (In Korean).
Lee, K. W., Cho, S. D., Han, J. G., Hong, K. K. (2009), "Pullout resistance of steel strip reinforcement with transverse members using large-scale pullout tests," Journal of Korean Geosynthetics Society, Vol.8, No.4, pp.1-8 (In Korean).
Sankey, J. and Soliman, A. (2004), 'Tall Wall Mechanically Stabilized Earth Applications,' Proc. of the Conference on Geotechnical Engineering for Transportation Projects, ASCE, pp.2149-2158.
Horpibulsuk, S. and Niramitkornburee, A. (2010), "Pullout Resistance of bearing reinforcement embedded in sand, Soils and Foundations," Japanese Geotechnical Society, Vol.50, No.2, pp.215-226.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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