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문제 정의
- 일반적으로 강섬유는 철근 보강을 대체하는 효과가 있고 인장강도 ftd의 재료적 특성으로 표현된다. 따라서 본 연구에서는 기존의 철근이 전단마찰에 기여하는 기제를 근거로 강섬유에 의한 UHPFRC의 인장강도를 전단마찰강도의 주요한 변수로 보았다.
- UHPFRC의 균열면에 작용하는 수직 응력(인장력)에 대한 연구는 강섬유의 뽑힘강도 실험 및 재료의 휨인장, 직접인장 실험 등을 통해 수행되어 왔으나 균열면에 작용하는 수평 응력(전단력)에 대한 연구는 많지 않다. 본 연구에서는 푸시 오프 실험을 통해 압축, 인장응력에 동시에 작용하는 양방향 응력상태에 의한 UHPFRC의 전단강도를 알아보고, 이를 소성이론으로 분석하여 재료의 전단 마찰 주요 변수 특성값을 정의하여 강도식을 제안하고자 한다.
- 소성이론에 의한 UHPFRC 전단 성능을 유도하면서 일반 콘크리트와 달리 균열면에서 균열 후 재료인장강도가 수직으로 배근된 철근과 마찬가지로 구속력으로 작용한다는 가정을 하였다. 이에 상기 가정의 유효성을 고강도 콘크리트의 직접 전단 실험결과와 비교하여 검증하고자 한다. 강섬유 보강 콘크리트의 전단 마찰 강도에 대한 기존 연구는 대부분 일반 콘크리트에 강섬유 보강 콘크리트를 새로 타설하면서 생긴 이음부에서의 전단 마찰 강도에 대한 것으로 일체식 구조체에 대한 연구가 거의 없고, UHPC가 아닌 골재가 있는 보통강도 콘크리트에 강섬유가 혼입된 실험체가 대부분이다.
가설 설정
- 기본개념은 일반콘크리트의 전단마찰강도와 동일하나 강섬유에 의한 균열 후 인장강도가 균열면에 평균 수직 구속력으로 작용하는 것으로 가정하여 μfctdAcc/K 항을 추가하였으며, 전단마찰강도의 상한값은 UHPFRC의 스트럿 압괴에 의한 강도로 보고, 한국콘크리트학회에서 발간한 K-UHPC 구조설계지침10)의 전단강도 상한값으로 정의하였다.
- 식(6)은 본 연구와 유사하게 계획된 고강도 콘크리트의 직접 전단 실험 결과에 대해 보수적으로 제안된 선형 근사이다. 기존 실험값은 균열면에서의 구속력을 철근인장력으로만 보았지만, UHPFRC는 균열 후 재료인장강도 가 동시에 균열면에 수직인 구속력으로 작용한다고 가정하였다. 그 결과 Fig.
- UHPFRC는 반응성 분체 콘크리트로써 압축강도가 매우 크고 강섬유가 균열 후 강도를 발현하게 하는 특징을 가지고 있다. 보통콘크리트의 경우 Walraven(1980)3)이 푸시 오프 실험을 통해 균열 후 전단력이 균열면에서 골재의 맞물림 작용에 의해 발현된다는 가정을 실험, 이론적으로 입증하였다. 그러나 Fig.
- 본 실험에 수행된 직접 전단에 의한 푸시 오프 실험은 일체식 구조체의 형태로써, Jensen은 전단 각도φ는 변하지 않으며 전단응력이 유효계수(effectiveness factor) v에 의해 줄어든다고 가정하였다.
- 본 연구에서는 전단면에서 균열 발생 후 강섬유에 의해 발생하는 구속력에 의해 전단마찰강도가 증가한다고 가정하였으므로, UHPFRC의 균열 후 강도를 ft - fcr로 정의하였다. 여기서 ft는 최대인장강도, fcr은 균열발생강도로써 강섬유 부피비 0.
- 소성이론에 의한 UHPFRC 전단 성능을 유도하면서 일반 콘크리트와 달리 균열면에서 균열 후 재료인장강도가 수직으로 배근된 철근과 마찬가지로 구속력으로 작용한다는 가정을 하였다. 이에 상기 가정의 유효성을 고강도 콘크리트의 직접 전단 실험결과와 비교하여 검증하고자 한다.
- 이는 Fig. 9의 σ에 해당하는 부분으로 균열발생 후에는 철근이 항복한다고 가정하고 그 크기를 콘크리트 전단면에 대한 철근보강재의 단면적 비를 고려하여 ρfy로 나타낼 수 있으며, 전단력 τ는 전단면에 평균적으로 작용하는 직사각형 블록의 전단응력을 가정한 값이다.
- 전단강도 τ와 수직응력 σy은 외력에 의한 평균응력값으로 가정한다.
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