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문제 정의
- 반면에, 아연코팅철근을 적용한 콘크리트 부재의 구조적인 거동 특성에 관한 연구는 매우 제한적인 상황이다. 따라서, 이 연구에서는 아연코팅 철근을 적용한 보의 휨 거동 특성을 파악하기 위한 실험연구를 수행하였다. 직사각형 단면을 갖는 보 부재에 대하여 정적하중 재하실험을 수행하여 균열 및 휨 거동 특성을 분석하였다.
- 이 연구에서는 아연코팅철근 보의 적용성을 파악하기 위하여 정적하중재하 실험을 통한 휨 거동 연구를 수행하였다. 아연코팅철근 휨 부재의 휨 거동, 균열 특성 등을 일반철근콘크리트 보의 휨 거동과 비교 분석하였다.
제안 방법
- 대표적으로 부재 BL-AS4-C30와 부재 ZC-AS4-C30의 철근과 콘크리트변형률 특성을 분석하였다. BL-AS4-C30 부재의 경우, 철근이 항복할 때의 두개의 철근게이지의 변형률은 각각 2525 및 2655 μ∊이고, 두개의 콘크리트 게이지의 변형률은 각각 -995, -1583 μ∊이다.
- 실험 변수로써 철근의 아연코팅, 철근비와 피복두께를 고려하였다. 또한, 일반철근(black rebar)을 적용한 콘크리트 보의 휨거동 결과와 아연 코팅 철근을 적용한 콘크리트 보의 휨거동 결과를 비교하였다.
- 부재의 중앙단면과 하중 가력 위치의 하면에 LVDT를 설치하여 처짐량을 측정하였다. 또한, 하중을 재하하는 동안 균열의 진전양상을 조사하고 균열폭을 측정하였다.
- 4에 나타내었으며, 계측센서는 콘크리트 게이지, 철근 게이지 및 변위 측정계 (LVDT)로 구성하였다. 부재 측면에 4개의 콘크리트 게이지를 부착하였으며, 부재의 종방향 철근에 3개 또는 4개의 철근게이지를 콘크리트 타설 전에 매립하였다. 부재의 중앙단면과 하중 가력 위치의 하면에 LVDT를 설치하여 처짐량을 측정하였다.
- 부재 측면에 4개의 콘크리트 게이지를 부착하였으며, 부재의 종방향 철근에 3개 또는 4개의 철근게이지를 콘크리트 타설 전에 매립하였다. 부재의 중앙단면과 하중 가력 위치의 하면에 LVDT를 설치하여 처짐량을 측정하였다. 또한, 하중을 재하하는 동안 균열의 진전양상을 조사하고 균열폭을 측정하였다.
- 직사각형 단면을 갖는 보 부재에 대하여 정적하중 재하실험을 수행하여 균열 및 휨 거동 특성을 분석하였다. 실험 변수로써 철근의 아연코팅, 철근비와 피복두께를 고려하였다. 또한, 일반철근(black rebar)을 적용한 콘크리트 보의 휨거동 결과와 아연 코팅 철근을 적용한 콘크리트 보의 휨거동 결과를 비교하였다.
- 아연코팅철근 콘크리트 보의 휨 거동 특성을 파악하기 위하여 직사각형 단면형상을 갖는 8개의 보 부재를 제작하여 정적 재하실험을 수행하였다. 실험체의 변수는 아연 코팅의 유무, 철근비 및 철근의 피복두께로 하였으며, Table 2에 실험 부재의 특성을 나타내었다.
- 아연코팅철근 콘크리트 보의 휨 거동 특성을 파악하기 위하여 직사각형 단면형상을 갖는 8개의 보 부재를 제작하여 정적 재하실험을 수행하였다. 실험체의 변수는 아연 코팅의 유무, 철근비 및 철근의 피복두께로 하였으며, Table 2에 실험 부재의 특성을 나타내었다.
- 이 연구에서는 아연코팅철근 보의 적용성을 파악하기 위하여 정적하중재하 실험을 통한 휨 거동 연구를 수행하였다. 아연코팅철근 휨 부재의 휨 거동, 균열 특성 등을 일반철근콘크리트 보의 휨 거동과 비교 분석하였다. 아연코팅철근콘크리트 보의 휨강도(ZC-AS4-C30)는 일반 철근 콘크리트 보(BL-AS4-C30)의 휨강도와 유사한 것으로 나타났다.
- 이 연구에서 하중은 변위제어 방식으로 재하되었다. 이 연구에서는 철근의 항복하중 이하의 사용하중 상태에서의 휨 거동 분석에 중점을 두었으며, 하중재하시스템의 변위제어 용량한계에 의해 일부 실험 부재의 극한하중만을 측정하였다. 초기 균열하중은 하중처짐 곡선에서 초기 선형구간 종점에서의 하중값으로 산정하였으며, 항복하중은 철근이 항복할 때의 하중이며, 극한하중은 하중-처짐곡선의 최대하중으로 산정하였다.
- 따라서, 이 연구에서는 아연코팅 철근을 적용한 보의 휨 거동 특성을 파악하기 위한 실험연구를 수행하였다. 직사각형 단면을 갖는 보 부재에 대하여 정적하중 재하실험을 수행하여 균열 및 휨 거동 특성을 분석하였다. 실험 변수로써 철근의 아연코팅, 철근비와 피복두께를 고려하였다.
- 이 연구에서는 철근의 항복하중 이하의 사용하중 상태에서의 휨 거동 분석에 중점을 두었으며, 하중재하시스템의 변위제어 용량한계에 의해 일부 실험 부재의 극한하중만을 측정하였다. 초기 균열하중은 하중처짐 곡선에서 초기 선형구간 종점에서의 하중값으로 산정하였으며, 항복하중은 철근이 항복할 때의 하중이며, 극한하중은 하중-처짐곡선의 최대하중으로 산정하였다. 초기균열 단계까지 처짐량은 하중에 비례하여 선형으로 증가한다.
- 콘크리트 변형률게이지와 철근 변형률게이지에서 측정한 변형률을 바탕으로 하중-변형률 관계를 파악하였다. 대표적으로 BL-AS4-C30 부재와 ZC-AS4-C30 부재의 하중-변형률 곡선을 Fig.
- 하중 단계별로 부재의 중앙 단면위치의 LVDT에서 측정한 처짐값을 이용하여 하중-처짐 곡선을 획득하였으며, Fig. 7과 8에 씨리즈 별로 하중-처짐 곡선을 비교하여 나타내었다. Table 3에 초기균열하중, 항복하중 및 극한하중을 나타내었다.
- 부재는 단순지점조건을 갖도록 하였으며, 부재 중앙에서 좌우 300 mm 떨어진 위치에 하중을 재하하였다. 하중은 일정한 속도의 변위제어 방식으로 재하하였으며, 가력하중은 액츄에이터에 부착된 로드셀에 의해 측정하였다.
- 해양 환경에서의 철근콘크리트 부재의 균열은 철근부식을 촉진시킬 수 있어 구조물의 성능에 중요한 변수가 되므로 아연코팅 철근콘크리트 부재의 균열폭 특성을 파악하였다. Fig.
- 중앙부분 600 mm 구간은 순수 휨 구간으로 설정하였다. 휨 거동 관찰 구간은 부재의 중앙부분 600 mm 구간으로 하였으며, 중앙부분을 제외한 부재 양단 1350 mm 구간은 일괄적으로 D10 스터럽을 150 mm 간격으로 배근하여 전단 구간에서의 전단 파괴를 방지하였다. Table 2의 실험부재의 표기는 실험변수를 반영하여 나타내었다.
대상 데이터
- 31이다. 보 부재를 제작할 때 타설한 콘크리트를 이용하여 매회 배치마다 압축강도 실험용 원주형 공시체를 제작하였으며, 재령 28일에서의 콘크리트 압축 강도는 46 MPa이다.
- 보의 높이는 300 mm이며, 폭은 200 mm이다. 부재의 길이는 3.3 m, 지점거리는 3.0 m이다. 중앙부분 600 mm 구간은 순수 휨 구간으로 설정하였다.
- 이 연구에 사용된 콘크리트의 배합표를 Table 1에 나타내었다. 휨 부재를 제작하기 위하여 사용된 시멘트는 1종 보통 포틀랜드시멘트이며, 굵은골재는 최대 크기 20 mm의 쇄석골재이다. 단위 시멘트양은 500 kg/m3이고, 물-시멘트 비는 0.
성능/효과
- 이때 촬영 배율은 300배를 적용하였다. SEM 분석 결과는 아연 코팅이 거의 균등하게 철근의 표면에 분포하고, 아연 성분이 코팅 재료의 주성분으로 차지하는 것을 나타낸다.
- 극한상태에서의 콘크리트의 변형률은 -3111 μ∊로써 콘크리트의 극한 변형률에 근접한다. 따라서, 극한변형률 측정 결과는 부재의 휨 파괴시에 콘크리트가 압축파괴에 도달했음을 의미하며, 이러한 측정 결과는 부재의 중앙단면 상연의 콘크리트 압축파괴 관찰 결과와도 일치한다.
- 10(c)에서 BL-AS4-C30과 ZC-AS4-C30의 하중-균열폭 곡선도 거의 유사한 거동 특성을 나타낸다. 따라서, 아연코팅철근을 사용한 콘크리트 부재의 균열폭은 일반 철근을 사용한 콘크리트 부재의 균열폭과 거의 유사하므로 아연코팅 철근콘크리트 부재의 균열폭 측면에서의 사용성은 일반철근콘크리트 부재의 사용성과 대등하다고 판단된다.
- 아연코팅철근의 경우 이온화 경향이 크고 아연이 희생양극 작용을 하여 부식 발생이 상대적으로 기타 코팅기법을 적용한 철근보다 적다. 또한, 동등한 조건과 변수 조건에서 아연코팅철근의 부착성능은 기타 코팅철근에 비해 우수한 것으로 나타난다. 이는 아연코팅철근 표면의 조도가 기타 코팅기법을 적용한 철근에 비해 커서 부착성능에 유리하게 작용하였기 때문이다.
- 부재 BL-AS3-C30와 ZC-AS3-C30의 비교 결과 및 부재 BL-AS4-C30와 ZC-AS4-C30의 비교 결과는 초기균열상태, 사용하중상태 및 철근항복상태에서의 균열폭, 균열개수와 평균 균열간격이 서로 유사한 것을 나타낸다. 따라서, 아연 코팅 철근콘크리트 보의 휨균열 저항성능이 일반 철근콘크리트 보의 휨균열 저항성능과 거의 유사하다고 판단된다.
- 이때 두 부재의 평균균열간격은 각각 96, 115 mm이다. 사용하중상태에서 철근항복상태까지 순수 휨구간의 추가적인 균열 발생은 없었으며, 균열이 진전하고 균열폭만 증가하였다. 이에 따라 사용하중상태와 철근항복상태에서 두 부재의 균열갯수와 평균균열폭은 서로 동일하다.
- 아연코팅철근 휨 부재의 휨 거동, 균열 특성 등을 일반철근콘크리트 보의 휨 거동과 비교 분석하였다. 아연코팅철근콘크리트 보의 휨강도(ZC-AS4-C30)는 일반 철근 콘크리트 보(BL-AS4-C30)의 휨강도와 유사한 것으로 나타났다. 아연코팅은 휨을 받는 콘크리트 보의 균열 폭, 평균균열간격 및 처짐에도 불리한 영향을 미치지 않는다.
후속연구
- 또한, 아연코팅철근의 휨 거동에 미치는 영향에 대한 연구는 거의 없는 실정에서 이 연구의 실험 결과는 추후의 아연코팅철근콘크리트 보의 휨 거동 모델링 및 검증에 유용한 자료가 된다고 판단된다.
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