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문제 정의
- 본 연구에서는 전단 연결재를 강합성 기둥들에 적용하는 방안을 마련하기 위하여 전단 연결재의 거동 특성을 분석하였다. 전단 연결재의 간격, 직경, 그리고 실험체의 크기 등의 변수로 선정하여 분석을 수행하였다.
- 본 연구에서는 전단 연결재를 다양한 부재들에 적용하는 방안을 마련하기 위하여 전단 연결재의 거동 특성을 분석을 통해 추후에 전단 연결재 설계법 제시를 위한 기초 자료를 구축한다. 전단 연결재의 간격, 직경, 그리고 실험체의 크기 등의 변수로 선정하여 분석을 수행하였다.
제안 방법
- 각각의 실험체는 UTM에 설치하였으며, H형강의 상부를 고정시키고 압축 하중을 가하여 직접 콘크리트 블록에 전달되도록 하였다. 각 실험체에서 콘크리트와 H 형강 사이의 슬립을 측정하기 위하여 형강에 작은 플레이트를 설치하였으며, 마그네틱 베이스를 이용하여 1/100mm 다이알 게이지를 형강의 안쪽에 설치하였다. 하중은 중앙 집중재하를 하였으며, 가력판과 형강 사이에 편신제거를 위한 플레이트를 설치하고 양측 대칭을 이루게 실험체를 배치하고 하중을 재하 하였다.
- H형강은 구조용 압연 형강(H-300×300×10×15)를 사용하였다. 각각의 실험체는 UTM에 설치하였으며, H형강의 상부를 고정시키고 압축 하중을 가하여 직접 콘크리트 블록에 전달되도록 하였다. 각 실험체에서 콘크리트와 H 형강 사이의 슬립을 측정하기 위하여 형강에 작은 플레이트를 설치하였으며, 마그네틱 베이스를 이용하여 1/100mm 다이알 게이지를 형강의 안쪽에 설치하였다.
- 4의 실험체의 평면도와 같이 H형강의 플랜지에 전단 연결재를 설치하고 양단에 콘크리트를 타설하여 H형강과 콘크리트를 합성시켜 주는 방법을 이용하였다. 실험의 현실성을 위해서는 원형단면을 적용하여야 하나 원형일 경우에는 전단 연결재와 H형강과의 파괴를 상세하게 관찰할 수 없기 때문에 결과 분석의 용이성을 위해서 H형강을 이용하였으며, 시험결과를 두 재료의 슬립을 주로 분석하기 때문에 원형강관을 이용하거나 혹은 제안된 방법으로 실험을 할 경우나 큰 차이가 발생하지 않을 것으로 판단되어 다음과 같이 실험체를 설계하였다. H형강은 구조용 압연 형강(H-300×300×10×15)를 사용하였다.
- 3은 정적실험 방법 및 실험체의 설치를 보여준다. 실험체는 Fig. 1과 2와 같이 원형이 아닌 Fig. 4의 실험체의 평면도와 같이 H형강의 플랜지에 전단 연결재를 설치하고 양단에 콘크리트를 타설하여 H형강과 콘크리트를 합성시켜 주는 방법을 이용하였다. 실험의 현실성을 위해서는 원형단면을 적용하여야 하나 원형일 경우에는 전단 연결재와 H형강과의 파괴를 상세하게 관찰할 수 없기 때문에 결과 분석의 용이성을 위해서 H형강을 이용하였으며, 시험결과를 두 재료의 슬립을 주로 분석하기 때문에 원형강관을 이용하거나 혹은 제안된 방법으로 실험을 할 경우나 큰 차이가 발생하지 않을 것으로 판단되어 다음과 같이 실험체를 설계하였다.
- 연결재의 직경은 19mm 와 22mm를 적용하였으며, 이 때의 콘크리트의 설계 압축강도는 30MPa을 사용하였다. 연결재 간 간격은 2열 배치를 기준으로 도로교 설계 기준에 의하여 연결재 최소 간격 100mm와 300mm를 적용하였다. 시험체의 크기는 350mm ~ 750mm로 100mm 간격으로 설정하였다.
- 1과 2의 기둥의 내부튜브 혹은 외부튜브에 전단 연결재가 설치되었을 경우 거동 특성을 분석하려고 한다. 이러한 분석을 위하여 정적 시험을 수행하였다. Fig.
- 또한 연결재의 종방향 열의 수는 1열, 2열, 3열로 배치하였다. 이러한 제원을 이용하여 시험체를 제작하였으며, 연결재의 파괴 이전에 콘크리트가 파괴되는 것을 방지하기 위해서 횡철근을 배근하였다. 실험체의 평면도는 Fig.
- 본 연구에서는 전단 연결재를 다양한 부재들에 적용하는 방안을 마련하기 위하여 전단 연결재의 거동 특성을 분석을 통해 추후에 전단 연결재 설계법 제시를 위한 기초 자료를 구축한다. 전단 연결재의 간격, 직경, 그리고 실험체의 크기 등의 변수로 선정하여 분석을 수행하였다.
- 3의 실험 방법을 적용하여 거동을 분석하였다. 전단 연결재의 직경, 간격, 콘크리트 블록의 크기에 대하여 분석을 수행하였다.
- 전단 연결재의 직경에 대한 거동 특성을 분석하기 위하여 직경 19mm와 22mm 실험체에 대한 Fig. 7, 8과 같이 하중-슬립 곡선을 비교하였다. 실험체 블록의 크기는 각각 L550과 L650, 전단 연결재 종방향 배열 개수는 2개와 3개 간격은 100mm로 고정하였다.
- 전단연결재 간격에 따른 거동 특성을 분석하기 위하여 직경은 19mm, 콘크리트 블록의 크기는 750mm, 2열 배열로 동일하며, 전단 연결재 설치 간격이 300mm, 100mm로 다르게 하였다. Fig.
대상 데이터
- H형강은 구조용 압연 형강(H-300×300×10×15)를 사용하였다.
- 연결재 간 간격은 2열 배치를 기준으로 도로교 설계 기준에 의하여 연결재 최소 간격 100mm와 300mm를 적용하였다. 시험체의 크기는 350mm ~ 750mm로 100mm 간격으로 설정하였다. 또한 연결재의 종방향 열의 수는 1열, 2열, 3열로 배치하였다.
- 7, 8과 같이 하중-슬립 곡선을 비교하였다. 실험체 블록의 크기는 각각 L550과 L650, 전단 연결재 종방향 배열 개수는 2개와 3개 간격은 100mm로 고정하였다.
- Table 1은 실험체의 제원을 나타낸 것으로, 사용된 변수는 연결재 직경, 연결재 간격, 콘크리트 블록의 높이, 그리고 연결재 열의 수 등이다. 연결재의 직경은 19mm 와 22mm를 적용하였으며, 이 때의 콘크리트의 설계 압축강도는 30MPa을 사용하였다. 연결재 간 간격은 2열 배치를 기준으로 도로교 설계 기준에 의하여 연결재 최소 간격 100mm와 300mm를 적용하였다.
성능/효과
- 1) 전단 연결재의 직경이 증가할 경우 연결재의 단면적 증가율과 연결재 당 하중 증가율이 대체적으로 유사한 경향으로 나타난다.
- 2) 전단 연결재의 간격이 좁아 질수록 연결재 당 하중은 증가를 나타낸다. 이는 면적당 전단 연결재의 설치 개수가 증가하기 때문에 저항하는 연결재량의 증가를 의미한다.
- 3) 콘크리트 블록이 커질 경우에는 최대 하중 및 연결재 당 하중이 증가하는 것으로 나타났으나, 콘크리트 블록이 무한정으로 커지게 될 경우에는 면적당 연결재의 설치량이 적어지기 때문에 국부적인 응력 집중을 유발할 가능성이 매우 큼으로 콘크리트 면적당 설치량에 제한을 두어야 할 것이다.
- 4) 전단 연결재의 파괴는 주로 연결재의 줄기 부분에서 발생하였으며, 전단 연결재가 전단력과 휨을 동시에 받아 상부로 변형이된 형상을 볼 수 있었으며, 휨에 의하여 연결재와 콘크리트가 맞닿는 부분에 지압파괴가 발생하였다.
- 5) 상부쪽의 연결재가 설치된 부분의 콘크리트 블록 균열은 끝단에 수직으로 발생하는 것으로 나타났으나, 하단 연결재의 경우 강재 주형 표면을 향하여 45도를 이루며 균열이 발생하는 것으로 나타났다.
- 대부분의 시험체들은 콘크리트 블록에 국부적인 균열이 발생하였으며, 극한 하중 도달 이후의 지속적인 하중 재하로 인하여 콘크리트 블록에 균열이 확대된 것을 볼 수 있었다. 상부쪽의 연결재가 설치된 부분은 끝단에 수직으로 발생하는 것으로 나타났으나, 하단 연결재의 경우 강재 주형 표면을 향하여 45도를 이루며 균열이 발생하는 것으로 나타났다.
- 9와 같은 하중-슬립 곡선을 도출할 수 있었다. 전단 연결재 설치 간격 300mm, 100mm의 실험체의 최대 하중과 연결재 개당 하중은 각각 99.33kN, 102.51kN로 간격이 좁은 경우에 더 큰 값을 발휘하지만 균열이 항복하중 및 강성이 거의 유사하게 발휘되는 것으로 나타났다. 실제 단면적당 설치 개수로 비교했다면 더욱 비교가 더 수월했을 것으로 판단된다.
- 전단 연결재 직경, 간격, 열의 수를 일정하게 한 후 블록의 크기를 변화 시켰을 때에 연결재 당 하중 증가 추이를 알 수 있었으며, 블록의 크기가 가장 큰 실험체 7이 최대 하중과 연결재 개당 하중이 가장 큰 것으로 보아 효율이 가장 높은 것으로 볼 수 있다.
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