압축강도 160MPa와 길이 15.4m를 가진 초고강도 섬유보강 분절 박스거더에 대한 휨거동 실험을 수행하였다. 실험 변수로는 PS강재의 면적, 강섬유 혼입률과 복부와 상부 플랜지의 종방향 철근이다. 하부플랜지의 두 개 텐던에 16개, 12개, 7개씩을 배치하고, 강섬유 혼입률은 2.0%, 1.5%, 1%를 사용하였다. 하부에 32개의 강연선을 배근한 박스거더는 과보강 강재 거동을 보였으며, 24개의 강연선을 배근한 거더는 강연선 32개를 설치한 거더와 비슷한 최대하중을 보이면서 처짐이 많은 저보강 강재 거동을 보였다. 강연선을 14개 설치한 박스거더는 24개 설치한 거더 내하력의 1/2정도 최대하중을 보이며, 연성거동을 보이고 있다. 설계기준의 강재지수에 따른 보 파괴거동의 분류에 대한 식의 유효성을 검토한 결과 지수 판별식은 초고강도 박스거더의 거동을 정확하게 반영하지 못하고 있으며, 박스거더의 기하학적 형태를 세부적으로 고려하고, 강재의 변형률 0.005에 해당하는 기준값을 새로 산정해야할 것으로 판단된다.
압축강도 160MPa와 길이 15.4m를 가진 초고강도 섬유보강 분절 박스거더에 대한 휨거동 실험을 수행하였다. 실험 변수로는 PS강재의 면적, 강섬유 혼입률과 복부와 상부 플랜지의 종방향 철근이다. 하부플랜지의 두 개 텐던에 16개, 12개, 7개씩을 배치하고, 강섬유 혼입률은 2.0%, 1.5%, 1%를 사용하였다. 하부에 32개의 강연선을 배근한 박스거더는 과보강 강재 거동을 보였으며, 24개의 강연선을 배근한 거더는 강연선 32개를 설치한 거더와 비슷한 최대하중을 보이면서 처짐이 많은 저보강 강재 거동을 보였다. 강연선을 14개 설치한 박스거더는 24개 설치한 거더 내하력의 1/2정도 최대하중을 보이며, 연성거동을 보이고 있다. 설계기준의 강재지수에 따른 보 파괴거동의 분류에 대한 식의 유효성을 검토한 결과 지수 판별식은 초고강도 박스거더의 거동을 정확하게 반영하지 못하고 있으며, 박스거더의 기하학적 형태를 세부적으로 고려하고, 강재의 변형률 0.005에 해당하는 기준값을 새로 산정해야할 것으로 판단된다.
The flexural behavior tests of UHPC segmental Box girder which has 160MPa compressive strength and 15.4m length were carried out. The test variables are area of prestressing wires, volume fraction of steel fibers and longitudinal reinforcing bars in upper flange and web. PS tendons which has 32 stra...
The flexural behavior tests of UHPC segmental Box girder which has 160MPa compressive strength and 15.4m length were carried out. The test variables are area of prestressing wires, volume fraction of steel fibers and longitudinal reinforcing bars in upper flange and web. PS tendons which has 32 strands of 15.2mm diameter in lower flange, 24 strands and 14 strands in lower flange were arranged and volume fraction of 2%, 1.5% and 1.0% is used in box girder concrete. UHPFRC box girder which has 32 strands in lower flange showed the over reinforcement and brittle behavior. UHPFRC box girder which has 24 strands showed the similar peak load as 32 strands girder and ductile behavior as large deflection. UHPFRC box girder which has 14 strands showed half of the peak load of 24 strands box girder and ductile behavior. After the application of the formular for the reinforcement index to the behavior of the UHPFRC box girders, reinforcement index does not determine the characteristic of behavior of UHPFRC box girder exactly. So the index should consider the dimension precisely and modify the reference value corresponding to the 0.005 strain of the prestressing strands.
The flexural behavior tests of UHPC segmental Box girder which has 160MPa compressive strength and 15.4m length were carried out. The test variables are area of prestressing wires, volume fraction of steel fibers and longitudinal reinforcing bars in upper flange and web. PS tendons which has 32 strands of 15.2mm diameter in lower flange, 24 strands and 14 strands in lower flange were arranged and volume fraction of 2%, 1.5% and 1.0% is used in box girder concrete. UHPFRC box girder which has 32 strands in lower flange showed the over reinforcement and brittle behavior. UHPFRC box girder which has 24 strands showed the similar peak load as 32 strands girder and ductile behavior as large deflection. UHPFRC box girder which has 14 strands showed half of the peak load of 24 strands box girder and ductile behavior. After the application of the formular for the reinforcement index to the behavior of the UHPFRC box girders, reinforcement index does not determine the characteristic of behavior of UHPFRC box girder exactly. So the index should consider the dimension precisely and modify the reference value corresponding to the 0.005 strain of the prestressing strands.
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문제 정의
32β1보다 큰 경우는 과보강 PSC가 될 가능성이 초고강도 프리스트레스 콘크리트보에 적용되는 지 검토해 볼 필요성이 있다. 본 실험에서는 초고강도 섬유보강 박스거더 하부 플랜지에 15.2mm 강연선 32개, 24개 그리고 14개를 배치하여 3가지의 강재면적 종류에 대한 휨실험을 수행하고, 강재면적에 따른 보의 거동특성을 분석하여 연성거동을 유도하기 위한 PS강재지수비가 초고강도 콘크리트 박스거더에 있어서 그 유효성이 있는지 검증하고자 한다.
32β1으로서 과보강 또는 저보강 거더의 기준으로 제시하고 있다. 초고강도 콘크리트 박스거더 4종류에 대한 강재지수와 0.32β1를 비교하여 초고강도 콘크리트 박스거더에 있어서 강재지수의 유효성을 검증하고자 한다. AFGC recommendation on Ultra-High Performance Fiber-Reinforced Concrete(2013)에 초고강도 콘크리트 응력이 삼각형이므로 응력블럭의 계수 β1는 고강도 콘크리트 응력블럭의 최소값인 0.
제안 방법
본 논문에서는 UHPFRC 박스거더의 긴장재 면적을 변수로 하중에 대한 처짐과 변형률 및 중립축 변화양상을 측정하여 거동의 특성을 파악하고 강재지수의 유효성을 판단한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
또한 중앙단면 하부에 LVDT를 배치하여 하중과 처짐 간의 관계를 측정하였다. 하중 증가에 따른 최초균열, 균열의 전이 양상을 측정하였으며, 측정된 LVDT 변형과 변형률게이지의 변형데이터를 분석하여 UHPC 분절형 박스거더의 거동 특성을 파악하였다.
하중은 4점 재하 휨실험을 하였으며, 변위제어방식으로 하중을 가하여 최대하중 이후 거동을 측정할 수 있도록 하였다. 하중과 처짐관계, 하중에 따른 중앙단면에서 변형률 변화와 중립축변화 등을 측정하여 PS강재면적에 따른 거동의 특성을 분석하였으며, 강재지수에 따른 보 파괴거동 분류에 대한 식의 타당성을 검토하였다.
대상 데이터
실험체는 초고강도 섬유보강 콘크리트 3분절 박스 거더로써 강섬유 혼입비와 PS 강재 면적을 실험 변수로 4가지의 실험체를 제작하여 휨실험을 수행하였다. 하중은 4점 재하 휨실험을 하였으며, 변위제어방식으로 하중을 가하여 최대하중 이후 거동을 측정할 수 있도록 하였다.
실험체의 초고강도 섬유보강 콘크리트 배합비는 시멘트 중량대비 물-시멘트비 0.22, 실리카흄 0.25, 실리카플로우 0.3, 물-바인더비를 0.18 및 강섬유와 콘크리트간의 재료분리가 일어나지 않고 플로우가 충분하도록 폴리카본 아크릴릭에스터 고농도 감수제를 40리터를 사용하였으며 배합비는 Table 1에 나타내었다. 잔골재는 0.
18 및 강섬유와 콘크리트간의 재료분리가 일어나지 않고 플로우가 충분하도록 폴리카본 아크릴릭에스터 고농도 감수제를 40리터를 사용하였으며 배합비는 Table 1에 나타내었다. 잔골재는 0.4mm이하의 SiO₂성분이 높은 모래를 사용하였고, 실리카퓸은 분말도 0.1µm 이상의 초미립자를 사용하였으며, 실리카플로우는 평균 직경 10~15µm의 sio₂성분이 99.5% 이상인 규사 분말을 사용하였다. 또한 초고강도 콘크리트의 압축 및 인장응력 영역에 연성거동 특성을 부여하기 위해 강섬유를 혼입하였으며 거더 제작단가의 경제성을 도모하기 위해 체적대비 2.
성능/효과
1. 본 실험에서 사용하였던 UHPFRC 박스거더의 강연선 개수가 32와 24개는 거의 동일한 최대하중을 가지고 강연선 개수가 작은 거더의 처짐이 크고 콘크리트의 급작스러운 취성파괴가 없는 파괴상태로 볼 때 32개의 강연선은 과보강 PSC보로 판단된다.
2. 설계기준에서 사용하고 있는 프리스트레스 보의 강재지수 판별식은 초고강도 콘크리트 박스거더의 거동을 정확하게 반영하지 못하고 있으며, 박스거더의 기하학적 형태를 세부적으로 고려하고, 강재의 변형률 0.005에 해당하는 기준값을 새로 산정해야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
초고강도 섬유보강 분절 박스거더에 대한 휨거동 실험에서 실험 변수는 무엇인가?
4m를 가진 초고강도 섬유보강 분절 박스거더에 대한 휨거동 실험을 수행하였다. 실험 변수로는 PS강재의 면적, 강섬유 혼입률과 복부와 상부 플랜지의 종방향 철근이다. 하부플랜지의 두 개 텐던에 16개, 12개, 7개씩을 배치하고, 강섬유 혼입률은 2.
초고강도 섬유보강 콘크리트 특성은?
초고강도 섬유보강 콘크리트는 고강도 콘크리트에 비해 높은 압축응력과 인장응력을 가지고 있으며, Chan et al.(2000)은 최적충전밀도 이론에 의해 구성된 분체콘크리트는 염화칼슘침해, 중성화, 동결융해 저항성 및 수밀성 부분에서 월등한 내구성을 가지고 있음을 실험을 통해 입증하였다.
초고강도 콘크리트의 취성적인 단점을 보완하는 방안은?
(2000)은 최적충전밀도 이론에 의해 구성된 분체콘크리트는 염화칼슘침해, 중성화, 동결융해 저항성 및 수밀성 부분에서 월등한 내구성을 가지고 있음을 실험을 통해 입증하였다. Richard and Cheyrezy(1995)는 초고강도 콘크리트의 취성적인 단점을 보완하기 위해 강섬유를 혼입하였으며, Han(2015)은 강섬유와 철근집합체 조합을 통하여 경제적인 초고강도 콘크리트 거더 구현에 대한 실험을 하였다. Simone and Ekkehard(2016)은 강섬유와 철근의 조합 그리고 균열 면에서 부착강성이 사용하중 상태에서 구조물 내하력 증진효과가 있으며, 경제적인 구조물 시공비용을 제공한다고 실험을 통해 입증하였다.
참고문헌 (7)
AFGC. (2013). Document Scientifiques et Techniques, Ultra High Performance Fiber-Reinforced Concrete, Recommendations, 82-89.
American Concrete Institute. (2011). Building Code Requirement for Structural Code(ACI 318M-11), 296.
Chan, S.Y., Feng, N.Q., Tsang, M.K. (2000). Durability of high strenth concrete incorporating carrier fludifying agent, Magazine of Concrete Research, 52(4), 235-242.
Han, S.M., An, J.W. (2015). The ductile behavior test of ultra high performance fiber reinforced concrete rectangular beam by combination of the fiber and group of reinforcing bars, Journal of the Korea Institute of Structural Maintenance and Inspection, 19(3), 139-148 [in Korean].
Manning. Mark P, Weldon, Brad D, McGunnis, Michael J. David V, Newtson, Craig M. (2016). Locally developed ultra high performance concrete: behavior analysis of prestressed channel girders, UHPC Symposium_Kassel, Hiper Mat16.
Richard, P., Cheyrezy, M. (1995). Composition of reactive powder concrete, Cement and Research, 25(7), 1501-1511.
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