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.
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.
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...
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 measured as follows: crack propagation, shear load-relative slip relationship, initial shear cracking strength, ultimate shear friction strength, and shear transfer capacity of transverse reinforcement. The configuration of transverse reinforcement and compressive strength of concrete insignificantly influenced the amount of relative slippage at the shear friction plane. With the increase of applied compressive stress, the shear friction capacity of concrete tended to increase proportionally, whereas the shear transfer capacity of transverse reinforcement decreased, which was insignificantly affected by the configuration type of transverse reinforcement. The empirical equations of AASHTO-LRFD and Mattock underestimate the shear friction strength of concrete, whereas Hwang and Yang model provides better reliability, indicating that the mean and standard deviation of the ratios between measured shear strengths and predictions are 1.02 and 0.23, respectively.
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 measured as follows: crack propagation, shear load-relative slip relationship, initial shear cracking strength, ultimate shear friction strength, and shear transfer capacity of transverse reinforcement. The configuration of transverse reinforcement and compressive strength of concrete insignificantly influenced the amount of relative slippage at the shear friction plane. With the increase of applied compressive stress, the shear friction capacity of concrete tended to increase proportionally, whereas the shear transfer capacity of transverse reinforcement decreased, which was insignificantly affected by the configuration type of transverse reinforcement. The empirical equations of AASHTO-LRFD and Mattock underestimate the shear friction strength of concrete, whereas Hwang and Yang model provides better reliability, indicating that the mean and standard deviation of the ratios between measured shear strengths and predictions are 1.02 and 0.23, respectively.
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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.
제안 방법
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.
4). 균열은 실험구간의 끝에서부터 발생하기 시작하였으며, 최대 전단마찰내력 시까지 육안으로 확인된 균열폭은 무보강 실험체, V형 철근 배근(V-type) 실험체, X형 철근 배근(X-type) 실험체 순으로 작았다. 횡보강근을 X형으로 배근한 실험체에서는 초기 균열 이후 횡보강근을 따라 콘크리트의 박리현상이 나타났다.
잔골재 및 굵은 골재의 최대 골재치수는 각각 5 mm와 25 mm이다. 단위수량과 잔골재율은 콘크리트 단위용적중량 및 설계압축강도에 관계없이 각각 155 kg/m3와 45%로 고정하였다. 콘크리트 압축강도가 H-시리즈인 경우 콘크리트 종류에 관계없이 물-시멘트비(W/C)는 28%로 설정하였다.
단위용적중량, 설계압축강도 및 작용 압축응력을 변수로 한 실험체에 대해서 횡보강근은 무보강(None), 잠재 균열면에 수직으로 배근한 경우(V-type)와 45°로 배근된 X형(X-type)으로 설정하였다(Fig. 1).
전단마찰 파괴면에서의 상대 미끄러짐 변위는 25 mm 용량의 변위계를 이용하여 측정하였다. 예상 파괴면을 기준으로 콘크리트 양쪽 면에 ㄱ자 아크릴판을 부착한 후 한쪽 아크릴판에 변위계 고정용 철물을 이용하여 변위계를 설치하였다. 작용 압축력은 실험 종료 시까지 일정하게 유지되었다.
이 연구에서는 축력과 횡보강근을 고려하여 보통중량 콘크리트(NWC) 및 고중량콘크리트(HWC)의 전단마찰 특성을 평가하였으며, 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
0064이다. 잠재 균열면에서 파괴를 유도하기 위해 실험체 상하부의 비실험구간은 탄소섬유 및 철근(D16, D6)으로 보강하였다. Table 1에 나타낸 실험체명에서 첫 번째 항은 콘크리트 단위용 적중량과 압축강도를, 두 번째 항은 전단마찰 균열면에서 보강근 배근형태를, 세 번째 항은 작용 압축응력을 나타낸다.
전단마찰면에서의 순수 전단에 의한 파괴거동 및 상대 미끄러짐 양을 평가하기 위하여 직접전단실험(push-off test)을 수행하였다. 전단마찰 면에서 보강철근의 전단저항은 횡보강근으로 보강된 시험체의 최대 전단내력에서 동일 조건의 무보강 시험체의 최대 전단내력을 뺀 값으로 평가 하였다.12) 측정된 최대 전단내력은 횡보강근 및 축력을 고려하여 정립된 AASHTO-LRFD,10) Mattock2) 및 Hwang and Yang13)의 전단마찰 평가모델과 비교하였다.
단위용적중량이 3,500 kg/m3급인 중량 콘크리트(heavy-weight concrete, HWC)는 자철석을 이용하여 제작하였다. 전단마찰면에서의 순수 전단에 의한 파괴거동 및 상대 미끄러짐 양을 평가하기 위하여 직접전단실험(push-off test)을 수행하였다. 전단마찰 면에서 보강철근의 전단저항은 횡보강근으로 보강된 시험체의 최대 전단내력에서 동일 조건의 무보강 시험체의 최대 전단내력을 뺀 값으로 평가 하였다.
전단벽과 기초의 경계면에서 작용하는 수직응력을 고려하여 압축응력(σx)을 도입하였다.
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. 단위용적중량이 3,500 kg/m3급인 중량 콘크리트(heavy-weight concrete, HWC)는 자철석을 이용하여 제작하였다.
대상 데이터
콘크리트의 배합상세는 Table 2에 나타내었다. NWC 배합은 화강석 골재 및 해사를 이용하였으며, HWC 배합은 자철석 골재만을 사용하였다. 잔골재 및 굵은 골재의 최대 골재치수는 각각 5 mm와 25 mm이다.
콘크리트의 단위용적중량은 보통중량과 고중량으로 구분하였으며, 압축강도는 설계강도 24 MPa와 60 MPa로 구분하였다. 단위용적중량이 3,500 kg/m3급인 중량 콘크리트(heavy-weight concrete, HWC)는 자철석을 이용하여 제작하였다. 전단마찰면에서의 순수 전단에 의한 파괴거동 및 상대 미끄러짐 양을 평가하기 위하여 직접전단실험(push-off test)을 수행하였다.
콘크리트 압축강도는 직접전단 실험 시 원주형 공시체(φ100×200 mm)를 이용하여 측정하였다.
콘크리트의 전단마찰에 의한 직접전단저항을 평가하기 위하여 직접전단 실험체(push-off specimens) 12개를 제작하였다(Table 1). 콘크리트 단위용적중량(ρc)이 2,400 kg/m3급인 NWC에서는 설계압축강도(fcd) 60 MPa (H-series)와 24 MPa (L-series)로 구분하였다.
데이터처리
전단마찰 면에서 보강철근의 전단저항은 횡보강근으로 보강된 시험체의 최대 전단내력에서 동일 조건의 무보강 시험체의 최대 전단내력을 뺀 값으로 평가 하였다.12) 측정된 최대 전단내력은 횡보강근 및 축력을 고려하여 정립된 AASHTO-LRFD,10) Mattock2) 및 Hwang and Yang13)의 전단마찰 평가모델과 비교하였다.
Mattock 모델로부터 산정된 (Vn)Exp/(Vn)Pre 값들의 γm과 γs는 각각 1.54 및 0.16으로 실험결과를 과소평가하였다.
직접전단실험을 통해 얻은 전단마찰내력은 미국 도로교통협회의 하중계수설계법(AASHTO-LRFD),10) Mattock2) 및 Hwang and Yang13)의 전단마찰설계에 의한 예측값과 비교하였다. 이 모델들은 횡보강근 및 작용 축응력을 고려하고 있으며, AASHTO-LRFD와 Mattock은 경량 및 보통중량 콘크리트에 대해 나타내었고 Hwang and Yang은 중량을 포함하기 위하여 콘크리트 단위용적중량을 고려하여 제안되었다.
성능/효과
1) 전단하중-상대 미끄러짐 곡선의 초기 기울기 및 최대내력 이후 하중감소에 대한 기울기는 횡보강근의 배근형태 및 콘크리트 단위용적중량에 영향을 받지 않았다.
3) 콘크리트 압축강도 루트승으로 무차원한 최대 전단 마찰응력(#)은 작용압축응력(σx)의 크기와 비례하여 증가하였다.
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.
4로 가정하고 있다.9) 이에 따라 마찰저항특성이 다른 경량 및 중량콘크리트에서 전단마찰저항 및 마찰계수의 평가자료는 매우 미흡하다.
즉 무보강 실험체에 비해 V형 및 X형 철근 배근 실험체의 # 값은 각각 1.9배와 2.2배 향상되었다.
89이다. 즉, 전단면에 수직(normal direction)으로 압축응력이 작용하면 Vs는 감소하였으며, 압축강도가 낮을수록 감소량은 더 컸다. 전단면에서 수직(normal direction)으로 작용하는 압축 응력은 전단면을 따른 콘크리트의 상대 미끄러짐을 줄이고 콘크리트 전단마찰 저항을 향상시킬 수 있는 반면, 횡보강근의 전단저항력 증가에는 다소 부정적이다.
8배 증가한 값이다. 즉, 콘크리트 전단마찰저항은 작용 압축응력의 크기에 비례하여 증가하는 경향을 보였다. 압축응력이 작용하는 저강도(L-시리즈) NWC에서 # 값은 무보강, V형 및 X형 철근배근의 실험체에서 각각 2.
85로 실험결과를 다소 과대평가하였다. 하지만 Hwang and Yang의 모델로부터 산정된 (Vn)Exp/(Vn)Pre 값들의 평균과 표준편차는 각각 1.02 및 0.23으로 AASHTO-LRFD 및 Mattock의 모델에 비해 실험결과를 잘 예측하였다.
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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