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문제 정의
- 이러한 모든 변수를 고려하여 모델을 제안하기 위해서는 수많은 실험이 요구되며 이는 현실적이지 않다. 이에 본 연구에서는 일반 강도 콘크리트를 대상으로 횡철근량을 변수로 하여 현행 도로교설계기준의 갈고리 상세에 부합되는 횡 철근을 배치한 원형단면에 대해서 실험을 수행하였다. 다른 연구자의 실험은 하나의 변수에 대해서 소수의 실험체로 실험을 수행하였지만 이 연구에서는 하나의 변수에 대해서 10개의 실험체를 제작하여 실험을 수행하였다.
제안 방법
- 이 실험결과를 토대로 하여Hoshikuma et al.[16]을 기본으로 하여 수정․보완된 응력-변형률 모델을 제안하였다.
- 그리고 축방향 변형률을 측정하기 위하여 실험체 전후좌우의 네 곳에 LVDT 변위계와 실험체 전후 상단에 Wire DT 변위계를 설치하여 총 6곳에서 변위를 측정하였다. 또한, 하중 재하 초기와 재하 중에 발생할 수 있는단부에서의 슬립량(강재 캡과 실험체 사이의 간극)을 측정하기 위하여 강재 캡(Steel cap)과 실험체 사이에 Clip DT를 설치하였다.
- 기존 연구[17, 18]에서 여러 횡구속 콘크리트의 응력-변형률 모델 중에서 Hoshikuma 모델이 가장 부합성이 좋다는 것을 확인하였기 때문에 이번 연구에서도 이를 기본모델로 하였다. Fig.
- 이에 본 연구에서는 일반 강도 콘크리트를 대상으로 횡철근량을 변수로 하여 현행 도로교설계기준의 갈고리 상세에 부합되는 횡 철근을 배치한 원형단면에 대해서 실험을 수행하였다. 다른 연구자의 실험은 하나의 변수에 대해서 소수의 실험체로 실험을 수행하였지만 이 연구에서는 하나의 변수에 대해서 10개의 실험체를 제작하여 실험을 수행하였다. 따라서, 응력-변형률 모델을 구성하는데 필요한 특성값(최대응력, 최대응력 시 변형률, 응력하강부의 기울기)을 정량화하는데 있어서 다른 연구자의 실험결과 보다 상대적으로 신뢰성이 높다.
- )를 변수로 하였다. 도로교설계기준(2012)[2]의 횡방향 철근량에 대비하여 40%, 60%, 79%,98%, 121%, 157%의 6종류로 구분 하였으며, 각각 10개씩 총 60개의 실험체를 제작하였다. 그리고 횡방향 철근비(ρs)는 횡방향철근의 수직방향의 배근간격(s)으로 조정하였다.
- 3에서 최대응력 후 응력 하강부의 하강기울기를 살펴보면 대략 최대응력의 80% 수준으로 떨어지는 시점에서 기울기가 다소 완만해져서 마치 다시 저항력이 증가(응력감소가 둔화)하는 것처럼 보이지만 이는 실험체의 국부적 파괴에 의해 횡철근이 서로 밀착되어 나타나는 현상으로 응력감소가 둔화되는 것은 아니다. 따라서 이 연구에서는 최대응력의 80% 수준으로 떨어지는 시점까지로 하여 응력하강부의 하강기울기를 산정하였다. 참고로 실험결과를 부록표(Appendix)에 나타내었다.
- 그리고 축방향 변형률을 측정하기 위하여 실험체 전후좌우의 네 곳에 LVDT 변위계와 실험체 전후 상단에 Wire DT 변위계를 설치하여 총 6곳에서 변위를 측정하였다. 또한, 하중 재하 초기와 재하 중에 발생할 수 있는단부에서의 슬립량(강재 캡과 실험체 사이의 간극)을 측정하기 위하여 강재 캡(Steel cap)과 실험체 사이에 Clip DT를 설치하였다. Fig.
- 모델 구성에 필요한 특성값, 최대응력(fcc), 최대응력시 변형률(ecc), 그리고 응력 하강부의 기울기(Edes)는 실험결과로 부터 결정하였다. 이때 하강부 기울기는 응력이 최대응력(fcc)의 80% 수준이 될 때(0.
- 실험체 압축실험 시 하중재하는 2000 kN 용량의 만능재료시험기(UTM)를 사용하여 하중을 재하하였고, 가해지는 하중을 측정하기 위하여 실험체와 만능재료시험기의 테이블 사이에 로드셀(Loadcell)을 설치하였다. 실험체 단부에서의 국부파괴를 방지하기 위하여 실험체 양쪽 끝단에는 90mm 위치까지 두께 10 mm의 강재 캡(Steel cap)을 씌웠다.
- 모델을 구성하는데 필요한 특성값 즉, 최대응력, 최대응력 시의 변형률과 최대응력 이후 응력 감소 특성(응력 감소 기울기)은 횡철근비에 따라 크게 영향을 받는다. 이번 연구에서는 횡철근비를 변수로 하여 6개 그룹(도로교 설계기준의 횡철근 대비 40%, 60%, 79%, 98%, 121%, 157%)에 대하여 각각 10개씩 총 60개의 원형단면 실험체를 제작하여 실험을 수행하였다. 실험 결과, 응력변형률 모델 구성에 필요한 특성 값은 동일한 횡철근량을 갖더라도 변동성이 상당히 크다는 것을 확인하였다.
- 횡철근은 도로교설계기준(2012)에 따라 90° 갈고리는 횡철근 지름의 6배 이상의 연장길이를 갖고, 135° 갈고리는 횡철근 지름의 6배와 80 mm 중 큰 값 이상의 연장길이를 갖도록 설계하였으며 축방향 철근을 감싸는 형상으로 배근하였다.
대상 데이터
- 그리고 횡방향 철근비(ρs)는 횡방향철근의 수직방향의 배근간격(s)으로 조정하였다. 순수한 횡구속 효과를 파악하기 위하여 실험체는 Fig. 1과 같이 피복 없이 제작하였다. 실험체의 크기는 지름 200mm, 높이 600 mm이며, 축방향 철근은 D10, 횡철근은 D6으로 배근하였다.
- 실험체의 제원은 Table 1과 같다. 실험체 공시체의 실제 콘크리트 압축강도는 24.2 MPa이며, 인장실험을 통한 철근의 항복강도는 400 MPa이다.
- 1과 같이 피복 없이 제작하였다. 실험체의 크기는 지름 200mm, 높이 600 mm이며, 축방향 철근은 D10, 횡철근은 D6으로 배근하였다. 실험체의 제원은 Table 1과 같다.
데이터처리
- 제안모델은 Hoshikuma et al.[16]식을 기본식으로 하였으며 모델 구성에 필요한 특성값은 실험결과를 회귀분석하여 결정하였다. 횡철근량이 증가할수록 최대응력과 최대응력시의 변형률은 증가하고 최대응력 후 응력 감소는 완만하게 일어난다.
성능/효과
- 이번 연구에서는 횡철근비를 변수로 하여 6개 그룹(도로교 설계기준의 횡철근 대비 40%, 60%, 79%, 98%, 121%, 157%)에 대하여 각각 10개씩 총 60개의 원형단면 실험체를 제작하여 실험을 수행하였다. 실험 결과, 응력변형률 모델 구성에 필요한 특성 값은 동일한 횡철근량을 갖더라도 변동성이 상당히 크다는 것을 확인하였다. 따라서 동일한 횡철근비를 갖는 실험체를 10개씩 제작하여 실험한 것은 모델의 신뢰성을 높일 수 있다는 측면에서 매우 중요한 의미를 갖는다.
후속연구
- [16]식에 비해 완만하게 감소하는 것으로 평가한다. 이번 연구에서 콘크리트의 압축강도는 24.2MPa이기때문에 제안모델은 일반 강도 콘크리트에 한해서 적용 가능할 것으로 생각된다. 향후 고강도 콘크리트에 대해서도 횡구속 콘크리트의 응력-변형률 모델이 요구된다.
- 2MPa이기때문에 제안모델은 일반 강도 콘크리트에 한해서 적용 가능할 것으로 생각된다. 향후 고강도 콘크리트에 대해서도 횡구속 콘크리트의 응력-변형률 모델이 요구된다.
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