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문제 정의
- HVFA 철근콘크리트 휨부재의 비선형 휨거동을 평가하기 위하여 본 논문에서는 “변형률 적합조건방법”을 이용하여 비선형 휨거동을 해석할 수 있는 기법을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 2. 본 연구진의 결과 및 기존 연구 결과 등을 이용하여 다량 첨가된 플라이애시 콘크리트의 탄성계수 등을 규명하고, 이를 바탕으로 해석모델을 제시한 후, 해석적인 연구를 수행하여 하이볼륨 플라이애시 콘크리트의 휨거동을 좀 더 정량적으로 분석하였다.
- 본 논문에서는 0, 35 및 50% 까지 다량 첨가된 플라이애시 시멘트 철근콘크리트 보 18개를 제작한 후, 이들의 휨거동을 실험적으로 평가하고, 비선형 HVFA 철근콘크리트 보의 해석모델을 제시하여 실험결과와 해석결과를 비교한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 본 연구에서 제안한 해석기법은 “변형률적합조건방법”에 근거하여 제시되었으며, 콘크리트 압축연단의 변형률을 초기단계에서 파괴단계가 증가시키면서, 각 단계별로, 콘크리트 및 철근 응력, 휨강도, 곡률 및 처짐을 계산하였다.
- 실험변수로는 플라이애시 치환율 0, 35 및 50% 3수준, 콘크리트 압축강도 20, 40 및 60MPa 3수준과 철근비 2수준(설계기준에서 요구하는 (최소+최대)철근비/3, 2(최소+최대)철근비/3)이다. 이러한 실험변수를 가진 실험부재는 총 18개이며, 실험 변수들은 Table 1에 나타내었으며, 실험 부재들의 철근 배근 형상 및 시험 전경은 Fig.
- 이를 위하여 본 논문에서는 0, 35 및 50% 다량 첨가된 플라이애시 시멘트 철근콘크리트 보 18개를 제작한 후, 휨거동을 실험적으로 평가한 후, 변형률적합조건을 이용한 해석모델을 제시한 후, 해석적인 연구를 수행하여 하이볼륨 플라이애시 콘크리트의 휨거동을 좀 더 정량적으로 분석하였다.
- 제작된 실험 부재에 대해 재령 28일에 휨 파괴 실험을 수행하였다. 이 실험 결과에서 균열 하중, 인장 철근의 항복하중 및 극한하중을 구하여 다음 Table 4에 나타냈으며, 실험 부재 모두에서 휨파괴가 발생했으며, 철근 항복하중과 극한하중의 비는 1.
대상 데이터
- 실험변수로는 플라이애시 치환율 0, 35 및 50% 3수준, 콘크리트 압축강도 20, 40 및 60MPa 3수준과 철근비 2수준(설계기준에서 요구하는 (최소+최대)철근비/3, 2(최소+최대)철근비/3)이다. 이러한 실험변수를 가진 실험부재는 총 18개이며, 실험 변수들은 Table 1에 나타내었으며, 실험 부재들의 철근 배근 형상 및 시험 전경은 Fig. 1 및 2에 나타내었다.
이론/모형
- 본 연구에서 제안한 해석기법에 사용되는 콘크리트 모델은 “Hognestad”가 제안한 비선형 모델을 사용하였으며 다음 식(1)과 같다.
- 해석기법에 사용되는 철근 모델은 "Bilinear Model"을 사용하여 철근 항복 후에는 탄성계수를 가지지 않도록 하였다.
성능/효과
- 1. 균열하중, 철근 항복하중, 극한하중, 처짐 및 변형률 등의 발생 양상 및 크기가 플라이애시 첨가량에 거의 영향을 받지 않는 것으로 나타나서 플라이애시를 첨가하지 않은 일반 콘크리트(FA=0%)와 35, 50% 플라이애시 시멘트 콘크리트 부재의 휨거동은 크게 차이나지 않음을 알 수 있었다.
- 3. 해석결과와 실험결과는 비교적 잘 일치하여 제안된 해석 모델은 적절한 것으로 평가된다.
- 발생된 균열들은 모두 휨균열이며, 14 ~ 26개 정도이며, 간격은 115 ~ 214mm 정도로 나타났다. 균열 개수 및 간격은 콘크리트 압축강도에 영향을 거의 받지 않는 것으로 나타났으며, 철근비 영향은 거의 크지는 않으나 철근비가 작을수록 미세하게 균열의 개수가 증가하며 간격은 감소하는 것으로 나타났다.
- 22 ~ 24에 나타내었다. 그림들에서 알 수 있듯이 해석결과와 실험결과는 비교적 잘 일치하여 제안된 해석 모델은 적절한 것으로 평가된다.
- 46 정도로 나타났다. 또한 균열하중은 콘크리트 압축강도에 거의 비례하여 발생하는 것으로 나타났고, 인장 철근비가 클수록 하중저항 능력이 더 우수하게 나타나는 등 일반적인 콘크리트의 거동과 유사하게 나타났다.
- 모든 실험 부재는 하중-처짐 관계에 있어서 초기 균열 단계까지 선형으로 증가하며, 초기균열 이후 처짐량은 비선형으로 증가하며, 이후 하중은 극한하중까지 증가한다. 또한 전반적인 거동은 콘크리트 압축강도에도 영향을 받지만 그 크기차이는 상대적으로 작게 나타났으며, 철근량(비)의 영향이 구조 거동에 절대적으로 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이러한 현상들은 플라이애시 첨가량에 관계없이 동일하게 나타나므로 35, 50% 플라이애시 시멘트 콘크리트의 부재거동 경향 자체는 일반 콘크리트 부재와 크게 차이나지 않음을 추정할 수 있다.
- 3 ~ 8에 나타내었다. 모든 실험 부재는 하중-처짐 관계에 있어서 초기 균열 단계까지 선형으로 증가하며, 초기균열 이후 처짐량은 비선형으로 증가하며, 이후 하중은 극한하중까지 증가한다. 또한 전반적인 거동은 콘크리트 압축강도에도 영향을 받지만 그 크기차이는 상대적으로 작게 나타났으며, 철근량(비)의 영향이 구조 거동에 절대적으로 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 실험 부재들에 발생된 휨균열을 조사 분석한 결과를 Table 5에 나타내었다. 발생된 균열들은 모두 휨균열이며, 14 ~ 26개 정도이며, 간격은 115 ~ 214mm 정도로 나타났다. 균열 개수 및 간격은 콘크리트 압축강도에 영향을 거의 받지 않는 것으로 나타났으며, 철근비 영향은 거의 크지는 않으나 철근비가 작을수록 미세하게 균열의 개수가 증가하며 간격은 감소하는 것으로 나타났다.
- 16 ~ 18에 나타내었다. 실험결과는 해석결과와 비교적 잘 일치하여 제안된 해석 모델은 적절한 것으로 평가된다.
- 한편, 제작된 실험 부재들은 휨파괴를 유도하기 위하여 설계기준에서 제시하는 전단철근을 100% 이상 배근하여 전단파괴를 방지하였다.
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