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열교차단장치가 적용된 철근 콘크리트 슬래브의 휨거동 예측을 위한 해석모델
Analytical Models for the Prediction of the Flexural Behavior for Thermal Bridge Breaker Systems embedded in Reinforced Concrete Slabs 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.28 no.3, 2015년, pp.325 - 333  

신동현 (서울시립대학교 건축공학과) ,  김형준 (서울시립대학교 건축공학과)

초록
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최근들어 철근콘크리트 슬래브와 벽의 연결부에 적용 가능한 열교차단장치에 대한 연구가 다수 수행되고 있다. 이에 본 연구에서는 열교차단장치가 적용된 슬래브의 균열 전 탄성거동, 균열 후 항복거동 및 극한강도까지 적용이 가능한 해석모델을 제안하고, 실험결과와의 비교를 통하여 제안 모델의 정확도를 검증하고자 하였다. 해석모델은 변형률 적합조건과 힘의 평형개념을 적용하였으며, 이 때 구성 재료의 응력-변형률 관계는 재료실험 결과를 적용하였다. 해석모델의 신뢰성 검증을 위해 모멘트-곡률 관계, 하중단계에 따른 중립축을 실험결과와 비교하였으며, 제안된 해석모델은 실험결과로 획득한 전체적인 휨거동 양상과 거의 일치함을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, thermal bridge breaker systems(TBBSs) applicable to RC slab-wall connections have been increasingly studied and proposed. This study also aims at proposing an analytic model which is applicable to predicting the flexural behavior of TBBS embedded in slabs from the initial elastic stages, y...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 열교 차단장치가 삽입된 철근 콘크리트 슬래브의 휨 거동을 예측할 수 있는 해석모델을 제안하기 위해 벽-슬래브 접합부를 모사한 실험체에 열교 차단장치를 적용하여 구조 성능실험을 실시하였다. 실험결과에 근거하여 열교 차단장치 구성 재료의 비선형성을 고려한 구성방정식(Constitutive relationship)을 형성하고 이를 바탕으로 한 해석모델을 제시하였다.
  • TB-M유형의 열교차단장치는 인장측에 ECC를 제외한 인장 SUS만이 존재하므로 ECC의 인장응력을 계산할 필요가 없는데 반해, TB-B유형의 열교차단 장치는 인장측 ECC의 인장응력을 포함하여 내력을 계산하게 된다. 본 장에서는 TB-M유형 열교차단장치의 해석모델을 포괄하는 TB-B유형의 열교차단장치에 대한 해석모델을 중심으로 설명하고자 한다.
  • 이 장에서는 열교차단장치의 유형에 따른 단면특징과 사용재료의 구성방정식(Constitutive relationship)에 따른 해석모델을 작성하는 방법에 대해 제시하고자 한다.
  • 실험결과에 근거하여 열교 차단장치 구성 재료의 비선형성을 고려한 구성방정식(Constitutive relationship)을 형성하고 이를 바탕으로 한 해석모델을 제시하였다. 해석모델의 신뢰성을 검증하기 위해 모멘트-곡률 관계, 하중 증가에 따른 중립축의 위치 등의 해석결과를 실제 실험결과와 비교 평가하여 열교 차단장치의 설계 및 성능평가에 참고할 수 있는 해석모델의 기초자료를 제시하고자 하였다.

가설 설정

  • 확대머리형 철근(Fig. 1에서 Headed steel bar로 표현됨)에 대한 응력-변형률 곡선은 계산의 단순화를 위하여 철근의 항복을 전후로 다른 기울기를 가지는 일반적인 탄소성 모델(Elasto-plastic model)로 가정하였으며, 스테인레스스틸(stainless steel)로 구성된 인장 SUS의 응력-변형률 관계는 Fig. 3과 같이 비선형 거동을 효율적으로 표현할 수 있는 Ramberg-Osgood식을 사용하였다(Mattok, 1979).
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
열교 차단장치란 어떤 역할을 하는가? 열교 차단장치(Thermal bridge breaker system, TBBS)는 열교현상이 발생할 수 있는 열관류율이 높은 기존 구조부재의 면적을 최소화하고, 그 부분을 대신하여 단열소재인 차단재(폴리스티롤, 스티로폼, 미네랄울 등)를 추가하여 열교현상을 최소화시키기 위해서 사용된다(Shin et al., 2014).
TBBS를 사용하는 것의 장점은? , 2014). 열교 차단장치를 적용하면 열교부위에 단열재가 연속하게 되므로 열교를 근원적으로 차단할 수 있어 외피에서의 전열량이 감소하며, 콘크리트 등과 같이 열용량이 큰 축열재가 열교 차단장치로부터 실내측에 위치하여 실내 열용량을 증가시키므로 실내온도조절 효과 또한 추가적으로 기대할 수 있다. 국내외에서는 이러한 열교 차단장치의 효율성에 입각하여 열교 차단장치를 적용한 슬래브의 구조적 및 환경적 거동에 관한 연구결과가 다수 발표되었다(Riebel and Keller, 2009; Wakili et al, 2007).
열교현상이란 무엇인가? 열교현상(Thermal bridge)은 벽-벽 및 벽-슬래브 연결부위에서 단열재가 불연속적으로 설치되어 열저항이 낮아지기 때문에 외기가 실내로 쉽게 유입되는 현상을 의미한다. 국내 공동주택에서 열교부위를 통한 손실열량은 연간 난방에너지 요구량의 10%이상을 차지할 정도로 상당하며, 기존 단열방식으로는 전후면 벽체 및 발코니 구조체의 연결부위에서 발생하는 열교현상을 방지하는데 제한사항이 존재한다.
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참고문헌 (14)

  1. Collins, M.P., Mitchell, D. (1991) Prestressed Concrete Structure, Prentice Hill. 

  2. Dilmac, S, Guner, A., Senkal, F., Kartal, S. (2007) Simple Method for Calculation of Heat Loss through Floor/Beam-Wall Intersections according to ISO 9164, Energy Convers. & Manag., 48, pp.826-835. 

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  11. Park, J.C., Kim, K.H., Song, G.S., Lee, H.W. (2003) A Study on the Energy Performance Renovation for the Sustainable the Residential Houses, J. Korean Solar Energy Soc., 23(4), pp.89-96. 

  12. Riebel, F., Keller, T. (2009) Structural Behavior of Multifunctional GFRP Joints for Concrete Structures, J. Constr. & Building Mater., 23, pp.1620-1627. 

  13. Shin, D.H., Kim, Y.H., Kim, H.J. (2014) An Experimental Stdy on Structural Capacities of Thermal Bridge Breaker Systems Embedded in Cantilever Slabs, J. Archi. Inst. Korea, 30(9), pp.31-40. 

  14. Wakili, K.G., Simmler, H., Frank, T. (2007) Experimental and Numerical Thermal Analysis of a Balcony Board with Integrated Glass Fiber Reinforced Polymer GFRP Elements, J. Energy & Build., 39, pp.76-81. 

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