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콘크리트의 전단마찰 내력에 대한 횡보강근 및 압축응력의 영향
Effect of Shear Reinforcement and Compressive Stress on the Shear Friction Strength of Concrete 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.28 no.4, 2016년, pp.419 - 426  

황용하 (경기대학교 건축공학과) ,  양근혁 (경기대학교 플랜트.건축공학과)

초록
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이 연구에서는 다양한 콘크리트를 갖는 전단계면에서의 전단마찰거동에 대한 횡보강근 및 압축응력의 영향을 평가하였다. 12개 직접전단실험체로부터 균열진전, 전단하중-상대 미끄러짐 관계, 균열발생시 전단응력, 최대전단내력 및 횡보강근의 전단저항력 등이 측정되었다. 실험결과 동일 전단하중에서 상대 미끄러짐 제어에 대한 횡보강근 배근형상 및 콘크리트 압축강도의 영향은 미미하였다. 작용 압축응력의 증가와 함께 콘크리트의 전단전달력을 증가하는 반면, 횡보강근의 전단전달력은 감소하였는데, 횡보강근의 전단저항은 배근형태에 의해 영향을 받지 않았다. AASHTO-LRFD, Mattock 및 Hwang and Yang의 모델은 콘크리트의 전단마찰내력을 과소평가하였다. 반면, Hwang and Yang의 모델은 실험결과와의 비교에 대한 평균과 표준편차 값이 각각 1.02과 0.23으로서 기존 모델에 비해 다양한 변수의 영향을 적절히 고려하면서 콘크리트의 전단마찰내력을 잘 예측하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study examined the effect of transverse reinforcement and compressive stress on the shear friction performance at the shear interface intersecting two structural elements with various concrete types. From the prepared 12 push-off test specimens, various characteristics at the interface were mea...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이 연구에서는 다양한 콘크리트 조건 하에서 두 요소의 경계면에서의 전단마찰거동에 대한 전단보강근 배근 형태 와 압축응력의 영향을 평가하였다. 콘크리트의 단위용적중량은 보통중량과 고중량으로 구분하였으며, 압축강도는 설계강도 24 MPa와 60 MPa로 구분하였다.

가설 설정

  • (Avffy +Nx) ≥K1Ac/1.45일 때 K1Ac +0.8(Avffy +Nx), K3Ac 및 K2fckAc 중 최소값에 의해 전단마찰을 나타내었으며, (Avffy +Nx) ≤K1Ac/1.45인 경우 콘크리트 부담분을 무시하고 횡보강근 및 축력에 의해 지배되는 것으로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
콘크리트의 전단마찰 저항은 무엇에 중요한 영향을 받는가? 전단마찰저항에 의한 하중전달은 경계면을 따라 형성되는 잠재 균열면에서의 콘크리트 마찰계수, 횡보강근, 작용 축응력 등에 의해 영향을 받는다. 특히 콘크리트의 전단마찰 저항은 재료의 마찰계수에 의해 중요한 영향을 받는다. 전단 균열면에서 콘크리트의 마찰계수는 균열면의 상태, 콘크리트 압축강도와 함께 단위용적중량에 의해서도 영향을 받는다.
본 실험에서 축력과 횡보강근을 고려하여 보통중량 콘크리트(NWC) 및 고중량콘크리트(HWC)의 전단마찰 특성을 평가한 결과 어떤 결론이 얻어졌는가? 1) 전단하중-상대 미끄러짐 곡선의 초기 기울기 및 최대내력 이후 하중감소에 대한 기울기는 횡보강근의 배근형태 및 콘크리트 단위용적중량에 영향을 받지 않았다. 2) 콘크리트 압축강도 루트승으로 무차원한 초기 전단 균열응력(τcr/#)은 단위용적중량 및 작용 압축응력 크기와 함께 증가하지만 콘크리트 압축강도 대비 압축응력의 비(σx/fck)가 같다면 τcr/#는 일정한 값을 보였다. 3) 콘크리트 압축강도 루트승으로 무차원한 최대 전단 마찰응력(τn/#)은 작용압축응력(σx)의 크기와 비례하여 증가하였다. 반면 횡보강근의 전단전달력은 압축응력의 크기가 증가할수록 감소하였다. 4) 압축응력이 작용하지 않은 고강도 HWC의 최대 전단마찰내력은 무보강, V형 및 X형 철근 배근의 실험체에서 동일조건의 NWC에 비해 각각 1.6배, 1.4배 및 1.1배 증가하였다. 5) 실험결과에 기반한 AASHTO-LRFD 및 Mattock의 경험식은 콘크리트의 전단마찰내력을 과소평가하였다. 반면, 소성론의 상계치 이론에 기반한 Hwang and Yang의 수치모델은 콘크리트 단위용적중량, 횡보강근의 배근각도 및 압축응력 크기 등을 고려하면서 실험결과와의 비교에 대한 평균과 표준편차 값이 각각 1.02과 0.23로서 실험결과와 잘 일치하였다.
전단마찰저항에 의한 하중전달은 무엇의 영향을 받는가? 형상비 또는 전단경간비가 작은 전단벽과 기초 그리고 기둥에 지지된 코벨 등의 설계는 두 요소의 경계면에서 전단마찰(shear friction)에 의한 하중저항을 고려해야 한다. 전단마찰저항에 의한 하중전달은 경계면을 따라 형성되는 잠재 균열면에서의 콘크리트 마찰계수, 횡보강근, 작용 축응력 등에 의해 영향을 받는다. 특히 콘크리트의 전단마찰 저항은 재료의 마찰계수에 의해 중요한 영향을 받는다.
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참고문헌 (13)

  1. Yang, K. H., Sim, J. I., Kang, J. H., and Ashour, A. F., "Shear Capacity of Monolithic Concrete Joints Without Transverse Reinforcement," Magazine of Concrete Research, Vol.64, No.9, 2012, pp.767-780. 

  2. Mattock, A. H., "Shear Friction and High-Strength Concrete," ACI Structural Journal, Vol.98, No.1, 2001, pp.50-59. 

  3. Walraven, J. C., Frenay, J., and Pruijssers, A., "Influence of Concrete Strength and Load History on the Shear Friction Capacity of Concrete Members," PCI Journal, Vol.32, No.1, 1987, pp.66-84. 

  4. Mattock, A. H., Shear Transfer under Monotonic Loading, Acrossan Interface Between Concretes Cast at Different Times, Report No. SM76-3, University of Washington Department of Civil Engineering, Seattle, Washington, 1976, pp.1-35. 

  5. Loov, R. E., and Patnaik, A. K., "Horizontal Shear Strength of Composite Concrete Beams With a Rough Interface," PCI Journal, Vol.39, No.1, 1994, pp.48-69. 

  6. Mattock, A. H., Johal, L., and Chow, H. C., "Shear Transfer in Reinforced Concrete with Moment or Tension Acting Across the Shear Plane", PCI Journal, Vol.20, No.4, 1975, pp.76-93. 

  7. Mattock, A. H., and Hawkins, N. M., "Shear Transfer in Reinforced Concrete-Recent Research", PCI Journal, Vol.17, No.2, 1972, pp.76-93. 

  8. Hofbeck, J. A., Ibrahim, I. O., and Mattock, A. H., "Shear Transfer in Reinforced Concrete," ACI Structural Journal, Vol.66, No.2, 1969, pp.119-128. 

  9. ACI Committee 318, Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-11) and Commentary, American Concrete Institute, Farmington Hills, Michigan, USA, 2011. 

  10. AASHTO, AAHSTO LRFD Bridge Design Specifications, American Association of State Highway and Transportation Officials, 2012, pp.5.78-5.80. 

  11. European Committee, Eurocode 8 : Design of structures for Earthquake Resistance(BS EN-1998), European Commission, 2004. 

  12. Kim, S.C., and Park, S.Y., "A Study on Shear Steel Effect on RC Deep Beams," Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol.25, No.2, 2005, pp.365-373. 

  13. Hwang, Y.H, and Yang, K.H., "Shear Friction Strength Model of Concrete considering Transverse Reinforcement and Axial Stresses," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol.28, No.2, 2016, pp.167-176. 

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