직선화 가공성을 고려한 코일철근의 실험적 부착강도 평가 Experimental Evaluation on Bond Strengths of Reinforcing Bar in Coils with Improved Machinability during Straightening Process원문보기
코일철근의 직선화 가공성을 향상시키기 위한 마디 형상으로, 철근 축과 마디 사이각 $50^{\circ}$, 마디 윗면 폭(crest width) $0.15d_b$, 마디의 종단면 각도(flank inclination) $55^{\circ}$에 초승달 모양 지압면을 가진 생선뼈 마디(fishbone-shaped transverse rib)를 제안하였다. 이 형상은 직선화 기계의 롤러 홈(groove)과 철근 외부의 접촉면적을 넓혀 마디 손상을 최소화하며 직선도를 향상시키고 가공 생산성을 높일 것으로 기대된다. 제안된 형상을 포함하여 마디 각도가 상이한 3종류의 코일철근(SD500D16 강종)에 대한 부착강도 평가를 위해 겹침이음실험을 실시하였다. 3종의 코일철근은 기존 부착강도 평가식에 따른 예측값보다 평균 10%이상 높은 부착강도를 지닌 것으로 평가되었다. 이것은 코일철근의 상대마디면적비가 기존 평가식 유도에 사용된 실험보다 높기 때문으로 판단된다. 부착강도에 대한 직선철근과 코일철근의 상관계수(correlation coefficient)는 0.94이상 이였으며, 코일철근의 부착성능이 직선철근과 거의 유사함을 알 수 있다. 따라서 실험에 사용된 코일철근의 정착길이와 이음길이 설계에 현행설계기준을 적용하는 것이 타당한 것으로 평가된다.
코일철근의 직선화 가공성을 향상시키기 위한 마디 형상으로, 철근 축과 마디 사이각 $50^{\circ}$, 마디 윗면 폭(crest width) $0.15d_b$, 마디의 종단면 각도(flank inclination) $55^{\circ}$에 초승달 모양 지압면을 가진 생선뼈 마디(fishbone-shaped transverse rib)를 제안하였다. 이 형상은 직선화 기계의 롤러 홈(groove)과 철근 외부의 접촉면적을 넓혀 마디 손상을 최소화하며 직선도를 향상시키고 가공 생산성을 높일 것으로 기대된다. 제안된 형상을 포함하여 마디 각도가 상이한 3종류의 코일철근(SD500D16 강종)에 대한 부착강도 평가를 위해 겹침이음실험을 실시하였다. 3종의 코일철근은 기존 부착강도 평가식에 따른 예측값보다 평균 10%이상 높은 부착강도를 지닌 것으로 평가되었다. 이것은 코일철근의 상대마디면적비가 기존 평가식 유도에 사용된 실험보다 높기 때문으로 판단된다. 부착강도에 대한 직선철근과 코일철근의 상관계수(correlation coefficient)는 0.94이상 이였으며, 코일철근의 부착성능이 직선철근과 거의 유사함을 알 수 있다. 따라서 실험에 사용된 코일철근의 정착길이와 이음길이 설계에 현행설계기준을 적용하는 것이 타당한 것으로 평가된다.
A new deformation of reinforcing bar in coils was proposed to improve a machinability of straightening process, which has crescent-shaped transverse ribs with an inclination angle of 50 degrees, a crest width of $0.15d_b$, and a flank inclination of 55 degrees. The proposed deformation ca...
A new deformation of reinforcing bar in coils was proposed to improve a machinability of straightening process, which has crescent-shaped transverse ribs with an inclination angle of 50 degrees, a crest width of $0.15d_b$, and a flank inclination of 55 degrees. The proposed deformation can increase contact area between a surface of re-bar and a groove of a roller during a straightening process and, therefore, it might reduce a damage of ribs, improve a final straightness, and enhance an efficiency of the straightening process. Splice tests were conducted to evaluate bond strengths of three types of re-bar in coils including the proposed re-bar, of which the inclination angles of transverse ribs were 50, 60, and 90 degrees, respectively. Test results show that the re-bars in coils have higher bond strengths than predicted strengths by equations of Orangun et al., ACI 408, and KCI by at least 10%. Correlation coefficients of bond strengths between a straight bar and re-bars in coils are 0.94 and more. Consequently, equations of the KCI code for determining development and splice lengths can be applied to the tested re-bars in coils.
A new deformation of reinforcing bar in coils was proposed to improve a machinability of straightening process, which has crescent-shaped transverse ribs with an inclination angle of 50 degrees, a crest width of $0.15d_b$, and a flank inclination of 55 degrees. The proposed deformation can increase contact area between a surface of re-bar and a groove of a roller during a straightening process and, therefore, it might reduce a damage of ribs, improve a final straightness, and enhance an efficiency of the straightening process. Splice tests were conducted to evaluate bond strengths of three types of re-bar in coils including the proposed re-bar, of which the inclination angles of transverse ribs were 50, 60, and 90 degrees, respectively. Test results show that the re-bars in coils have higher bond strengths than predicted strengths by equations of Orangun et al., ACI 408, and KCI by at least 10%. Correlation coefficients of bond strengths between a straight bar and re-bars in coils are 0.94 and more. Consequently, equations of the KCI code for determining development and splice lengths can be applied to the tested re-bars in coils.
더불어 가공성 향상을 위한 마디의 형태는 철근과 콘크리트 사이의 부착 성능에도 영향을 주며, 또한 직선화 가공에서 발생되는 마디의 손상 또한 부착 성능에 영향을 준다. 이 연구에서는 코일철근의 국산화를 위해 직선화 가공성이 우수하면서도 부착성능을 만족하는 마디 형상을 제안하고, 이 형상에 따른 코일철근의 부착성능을 실험적으로 검증하였다.
제안 방법
가력은 Fig. 5와 같이 300 tf용량의 만능시험기를 이용 하여 2점 단조 가력 하였다. 가력 속도는 KS B080214)에따라 철근응력 변화율 3 MPa/sec를 표준으로 가력 하였다.
3종류의 코일철근은 마디와 철근 축의 각도가 주된 차이점이며, 마디 종단면 각도와 마디 윗면 폭이 상이하다. 실험 방법은 실제 응력상태를 가장 정확하게 모사할 수 있는 이음실험(Fig. 5)13)을 선택하였다.
코일철근의 직선화 가공성을 향상시키기 위한 마디 형상으로, 철근 축과 마디 사이각 50°, 마디 윗면 폭 0.15db, 마디의 종단면 각도 55°에 초승달 모양 지압면을 갖는 생선뼈 마디를 제안하였다. 이 형상에 따른 코일철근의 부착성능을 실험적으로 검증하였으며, 다음의 결론을 얻었다.
대상 데이터
의 요건이 충족되도록 하였다. 가공 기계의 롤러 홈과 철근의 접촉 면적을 넓히기 위하여, 생선뼈 마디를 선택하였다. 또한 철근 축과 마디 사이의 각도를 가능한 낮게 50°로 선정하고, 마디 윗면폭(crest width)은 넓게 철근 지름의 0.
강종은 콘크리트구조설계기준에서 허용하는 SD500까지 적용이 가능하다. 이 연구에서는 가장 큰 지름과 가장 높은 강종인 16 mm SD500 철근을 실험 대상으로 선정하였다.
D16SD500 철근의 주 용도는, (1) 보/기둥의 횡보강철근, (2) 슬래브/벽체의 주철근, (3) 보/기둥의 주철근 순서일 것으로 판단되었다. 주 용도의 설계 조건과 부착강도의 영향 요인11-13)을 비교하여 실험 변수의 우선 순위를 이음길이(Ls), 피복두께(cb), 콘크리트강도, 횡보강철근으로 선정하였다. 이음길이는 5단계며 가장 긴 이음길이에서 철근 항복이 발생하도록 계획하였고, 피복두께는 주 용도의 피복두께인 40 mm와 20 mm를 선정하였다.
데이터처리
실험체별 예측값과 실험값을 Table 3에 정리하였으며, Fig. 10에 실험체별 [실험값]/[예측값] 비를 나타내었다. 철근이 실제 항복한 실험체들은 철근 강도를 알 수 없기 때문에 분석에서 제외하였다.
직선철근과 코일철근의 유사성을 평가하기 위하여, 동일 조건으로 제작된 실험체에서 산정된 직선철근의 응력과 코일철근의 응력을 Fig. 12에서 비교하였다. 각 비교 군의 상관계수(correlation coefficient)를 산정한 결과, C50은 0.
콘크리트 인장강도에 크게 영향을 받는 부착거동의 특성으로 부착강도는 동일 조건에서도 변동이 크므로, 개별 실험체의 [실험값]/[예측값]의 특성을 평가하기는 어렵다. 철근 종류별로 3가지 이론식으로 평가한 [실험값]/[예측값]비의 평균을 Fig. 11에 나타내었다. 평균적으로 실험에 사용된 4가지 철근은 이론식에 비해 모두 10%이상의 초과강도를 가졌다.
이론/모형
이 연구에서는 ACI 40813)에서 표준으로 사용하는 단면 해석 방법에 의해 철근에 발현된 강도를 산정하였으며, 콘크리트 응력-변형률 관계는 Hognestad15) 모델을 이용하였다. 계산된 철근에 발현된 강도를 Table 3에 정리하였다.
성능/효과
1) 제안된 형상을 포함하여 마디 각도가 상이한 3종류 코일철근(SD500D16 강종)의 부착강도를 겹침 이음 실험으로 평가한 결과, 기존 평가식에 따른 예측값보다 평균 10%이상 높은 강도를 지녔다. 이것은 실험에 사용된 철근의 상대마디면적비가 기존 평가식 유도에 사용된 실험보다 높기 때문으로 판단된다.
2) 부착강도에 대한 직선철근과 코일철근의 상관계수는 0.94이상 이였다. 통계적으로 코일철근의 부착성능은 직선철근과 거의 유사한 것으로 평가된다.
3) 실험에 사용된 3종 코일철근의 부착강도는 기존 이론식에 비해 10% 이상 초과강도를 지니며 직선철근과 상관성이 높기 때문에, 실험에 사용된 3종 코일철근의 정착 길이와 이음길이는 현행설계기준에 따라 산정할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
마디 각도와 구조성능의 관계에 관한 기존 연구에서 마디각도가 높으면 왜 부착강도가 향상되는가?
마디 각도와 구조성능의 관계에 관한 기존 연구를 살펴보면, Clark8)은 다양한 형태의 마디를 갖는 철근에 대한 인발 실험을 통해 마디 각도(angle of transverse rib inclination, β)가 클수록 부착강도가 향상된다고 보고하였다. 마디 각도가 높으면 마디 지압면에 법선 방향으로 형성된 힘의 분력 중 철근 축에 직각방향 힘이 줄어들어, 철근에 동일한 응력이 발현될 때 쪼갬파괴를 유발하는 힘이 적어지기 때문이다. Goto9)는 인발실험을 통해 동일 철근응력에서 마디각도가 클수록 콘크리트에 발생된 균열폭이 크다고 보고하였다.
철근은 어떻게 사용되는가?
철근은 운반 문제로 최대 18 m 주로 12 m 이하 길이의정 치수로 사용된다. 철근 가공공장 또는 건설 현장으로 운반된 정 치수 철근은 배근도에 맞춰 필요한 길이로 절단되고, 이 과정에서 자투리 철근이 필연적으로 발생한다.
코일철근의 장점은 무엇인가?
1과 같이 코일 형태로 생산되고 철근 가공공장에서 직선으로 펴서 사용된다. 코일철근은 자투리 철근의 손실이 거의 없기 때문에 철근 재료비가 절감되며, 공장 가공에서 철근 인입을 위한 운반이 획기적으로 줄기 때문에 생산성이 향상된다. 최근 철근의 공장 가공 비율이 높아지고, 재료비와 인건비 상승으로 코일철근에 대한 관심이 증가하고 있다.
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