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[국내논문] 유리섬유복합체를 사용한 전단연결재 형상에 따른 중단열 벽체의 면내전단내력
Effect of Glass Fiber-Reinforced Polymer (GFRP) Shear Connector's Shape on Inplane Shear Strength of Insulated Concrete Sandwich Panels 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.17 no.4, 2013년, pp.9 - 17  

장석준 (충남대학교 건축공학과) ,  유영찬 (한국건설기술연구원) ,  김호룡 (한국건설기술연구원) ,  윤현도 (충남대학교 건축공학과)

초록
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최근, 중단열 벽체의 단열성능 향상을 위해 철과 콘크리트 코어 전단연결재를 열전도율이 낮은 유리섬유복합체 (GFRP)로 전단연결재를 대체하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 단열재의 표면처리에 따른 부착력과, GFRP 전단연결재로 보강된 중단열 벽체의 전단내력을 알아보기 위하여 실시되었으며, 각 변수에 따른 영향을 분석함으로써 구조성능에 대한 검증을 실시하였다. 총 13개의 실험체에 대해 직접전단실험을 실시하였으며, 파괴양상 및 하중-상대슬립 관계에 대한 분석을 실시하였다. 실험결과, 기존의 압출법 보온판 (XPS) 단열재에 거친표면처리와 10 mm의 홈을 낸 경우 단열재와 콘크리트사이에 부착력을 향상시킬 수 있으며, 부착력의 기여는 전단연결재의 파단 상대슬립의 영향을 받는 것으로 나타났다. 파형 전단연결재의 폭이 커짐에 따라 강성이 증가하였으며, 보강단면적이 증가함에 따라 최대내력이 증가하였다. 효과적인 보강을 위해서는 파형 전단연결재의 높이와 피치의 비율을 1:2로 산정해야 할 것으로 판단되며, 안정적인 파괴를 위해서는 매립깊이에 대한 검증이 필요할 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper describes an experimental program to investigate the shear behavior of insulated concrete sandwich panels (CSPs) with different types of GFRP shear connector. The study included testing of 13 insulated CSP specimens with two types of surface conditions for extruded polystyrene (XPS) insul...

Keyword

#중단열 벽체   #유리섬유복합체   #전단연결재   #면내전단  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 최근, 강재와 콘크리트에 비해 낮은 열전달율을 가지는 FRP (Fiber Reinforced Polymer)를 전단연결재로 적용하여 구조성능과 단열성능을 동시에 만족시킬 수 있는 연구가 국내/외적으로 활발히 이루어지고 있다. 본 연구는 현재 한국건설기술연구원에서 수행중인 중단열 콘크리트 벽체 시스템 개발에 관련된 연구로써, 국내에서 독자적으로 개발한 GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer) 소재 전단연결재의 구조 성능을 검증하고 변수에 대한 영향을 분석하기 위하여 실시되었으며, 실험결과 및 분석을 통해 향후 중단열 벽체의 휨 거동 연구를 위한 기초자료 제공을 연구의 목적으로 한다.
  • 기존의 개발된 Grid형 GFRP 전단연결재의 경우 제작과정 중 직진성을 유지하기 어렵고, 단열재와 조립하여 시공할 수 없기 때문에 현장에서 수직타설의 문제점이 발생하였다. 따라서 본 연구에서는 Grid형에 비해 직진성이 우수한 파형 전단연결재를 개발하여 제작과정에서 발생하는 오차를 최소하고, 현장에서 수직 타설이 가능한 중단열 벽체를 제안하였다.
  • 본 연구에서는 피치 200, 300 mm의 파형 GFRP 전단연결재를 제안하며, 기존의 개발된 Grid형 GFRP 전단연결재와 동일한 전단흐름강도를 가지는 전단연결재 개발을 위해서 피치 200 mm의 경우 폭 6 mm 피치 300 mm의 경우 폭 9 mm의 파형 전단연결재를 제안하였다. 각 전단연결재의 보강상세를 FIg.
  • 본 연구는 국내에서 독자적으로 개발된 파형 유리섬유복합체 (GFRP) 전단연결재의 구조성능 검증을 위하여 실시되었으며, 각 변수에 대한 영향을 분석한 결과를 요약하면 다음과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
중단열 벽체는 하중에 저항시 내/외측 콘크리트 합성 거동여부에 따라 어떻게 구분할 수 있는가? 하지만, 단열재와 콘크리트의 부착력 미비로 인해 구조적으로 취약한 특성을 나타내며, 하중을 적게 부담하는 단순 건축 마감재로 쓰이거나 풍압에 저항하는 단순 보 형상의 커튼월 등으로 많이 사용되고 있다. 프리캐스트 및 프리스트레스트 중단열 벽체에 대한 PCI 보고서 (PCI committee, 1997; 2011)에 따르면 중단열 벽체는 하중에 저항시 내/외측 콘크리트 합성 거동여부에 따라 비 합성형 벽체, 부분 합성형 벽체, 완전 합성형 벽체로 구분할 수 있다. 합성거동 수준은 콘크리트와단열재 사이의 부착력과 전단연결재의 전단전달 능력에 의해 결정되며, 합성수준에 따라 다른 설계방법을 제안하고 있다.
단열재의 부착력은 무엇에 따라 결정되는가? 단열재의 부착력은 단열재의 종류, 표면상태, 부착면적 등에 따라 결정된다. 본 연구에서는 선행연구의 결과 미소한 부착력을 나타내었던 XPS 단열재에 Photo 1과 같이 거친 표면처리와, 10 mm 홈을 낸 XPSS 단열재와 격자무늬의 표면처리를 통해 부착력을 향상시킨 XPSM 단열재를 적용하여 실험을 실시하였다.
단열재의 표면처리에 따른 부착력과 GFRP 전단연결재로 보강된 중단열 벽체의 전단내력을 분석한 결과는 어떠한가? 총 13개의 실험체에 대해 직접전단실험을 실시하였으며, 파괴양상 및 하중-상대슬립 관계에 대한 분석을 실시하였다. 실험결과, 기존의 압출법 보온판 (XPS) 단열재에 거친표면처리와 10 mm의 홈을 낸 경우 단열재와 콘크리트사이에 부착력을 향상시킬 수 있으며, 부착력의 기여는 전단연결재의 파단 상대슬립의 영향을 받는 것으로 나타났다. 파형 전단연결재의 폭이 커짐에 따라 강성이 증가하였으며, 보강단면적이 증가함에 따라 최대내력이 증가하였다. 효과적인 보강을 위해서는 파형 전단연결재의 높이와 피치의 비율을 1:2로 산정해야 할 것으로 판단되며, 안정적인 파괴를 위해서는 매립깊이에 대한 검증이 필요할 것으로 사료된다.
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참고문헌 (8)

  1. B. Frankl, G. Lucier, S. Rizalla, G. Blaszak, T. Harmon, "Structural behavior of insulated prestressed concrete sandwich panels reinforced with FRP grid", CICE 2008. 

  2. D. C. salmon, A. Einea, M. K. Tadros, T. D. Culp, "Full-Scale Testing of Precast Concrete Sandwich Panels", ACI structure journal, Vol. 94, No. 32, 1997, pp.354-362. 

  3. PCI committee on precast sandwich wall panels, "stateof- the-art of precast/prestressed sandwich wall panels second edition", PCI journal, Spring, 2011, pp.131-176. 

  4. PCI committee on precast sandwich wall panels, "stateof- the-art of precast/prestressed sandwich wall panels", PCI journal, March-April, 1997, pp.92-134. 

  5. PCI committee on precast sandwich wall panels, "stateof- the-art of precast/prestressed sandwich wall panels", PCI journal, May-June, 1997, pp.32-48. 

  6. S. Pessiki, A. Mlynarczyk, "Experimental evaluation of the composite behavior of precast concrete behavior of precast concrete sandwich wall panes", PCI journal, March-April, 2003, pp.54-71. 

  7. T. D. Bush and G. L. Stine, "Flexural Behavior of Composite Precast Concrete Sandwich Panels with Continuous Truss Connectors", PCI journal, March-April, 1994, pp.112-121. 

  8. You, Y. C., Kim, J. H., Kim, H. R., Choi, K. S., "Flexural Behavior of Insulated Concrete Sandwich Wall Panels Reinforced with Glass Fiber-Reinforced Polymer Shear Grids by Using Different Types of Insulation", AIK structure journal, Vol. 27, No. 11, 2011, pp.61-70 (in Korean). 

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