이 연구의 목적은 기존 철근콘크리트 기둥의 내진보강을 위한 단면 확대보강공법에서 보조 띠철근으로써 배근할 수 있는 V-타이의 상세를 제시하는 것이다. 모두 24개의 직접 인발실험체에서 V-타이의 역학적 거동을 고려한 부착강도 관점에서 선택한 주요 변수는 V-타이의 형상, 묻힘길이 및 콘크리트 강도이다. 다양한 상세를 갖는 V-타이의 부착강도는 일반 V-타이의 부착강도 및 CEB-FIP 제안식과 비교하였다. 그 결과 보강단면의 두께가 기존 V-타이의 묻힘 길이[= max(75mm, $6d_b$)]보다 적은 기둥의 경우 단부 압착형의 V-타이가 보조 띠철근로 추천될 수 있었는데, 여기서 $d_b$는 V-타이로 사용된 철근의 직경이다.
이 연구의 목적은 기존 철근콘크리트 기둥의 내진보강을 위한 단면 확대보강공법에서 보조 띠철근으로써 배근할 수 있는 V-타이의 상세를 제시하는 것이다. 모두 24개의 직접 인발실험체에서 V-타이의 역학적 거동을 고려한 부착강도 관점에서 선택한 주요 변수는 V-타이의 형상, 묻힘길이 및 콘크리트 강도이다. 다양한 상세를 갖는 V-타이의 부착강도는 일반 V-타이의 부착강도 및 CEB-FIP 제안식과 비교하였다. 그 결과 보강단면의 두께가 기존 V-타이의 묻힘 길이[= max(75mm, $6d_b$)]보다 적은 기둥의 경우 단부 압착형의 V-타이가 보조 띠철근로 추천될 수 있었는데, 여기서 $d_b$는 V-타이로 사용된 철근의 직경이다.
The objective of the present study is to propose a reliable shape of supplementary V-ties in the section jacketing approach for seismic strengthening of reinforced concrete columns. A total of 24 pull-out specimens were prepared. The test parameters selected with regard to bond strength of V-ties we...
The objective of the present study is to propose a reliable shape of supplementary V-ties in the section jacketing approach for seismic strengthening of reinforced concrete columns. A total of 24 pull-out specimens were prepared. The test parameters selected with regard to bond strength of V-ties were the shape of V-ties, embedment length of V-tie legs, and compressive strength of concrete. The measured bond strength of V-ties with different shapes were compared with that of the conventional V-ties and predictions using CEB-FIP equation. Ultimately, V-ties with pressed end-details at their legs could be recommended for the supplementary lateral reinforcement of strengthening columns with jacketing thickness less than the embedment length [= max (75mm, $6d_b$)] of conventional V-ties, where $d_b$ is the diameter of the reinforcing bar used for V-ties.
The objective of the present study is to propose a reliable shape of supplementary V-ties in the section jacketing approach for seismic strengthening of reinforced concrete columns. A total of 24 pull-out specimens were prepared. The test parameters selected with regard to bond strength of V-ties were the shape of V-ties, embedment length of V-tie legs, and compressive strength of concrete. The measured bond strength of V-ties with different shapes were compared with that of the conventional V-ties and predictions using CEB-FIP equation. Ultimately, V-ties with pressed end-details at their legs could be recommended for the supplementary lateral reinforcement of strengthening columns with jacketing thickness less than the embedment length [= max (75mm, $6d_b$)] of conventional V-ties, where $d_b$ is the diameter of the reinforcing bar used for V-ties.
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문제 정의
단면확대 보강공법에서 보조띠철근으로 배근되는 V-타이의 형상을 제시하기 위한 실험을 수행하였다. 부착강도 향상을 위한 V-타이의 형상은 단부가 압착된 P형, 단부가 절곡된 B형, 구멍이 천공된 판형의 T형 및 홈이 가공된 판형의 R형을 사용하였다.
한편, 단면 확대보강 기둥에서 보강단면의 두께는 V-타이의 소요 묻힘길이 보다 적을 수 있다. 따라서 이 연구의 목적은 단면 확대보강 기둥의 내진성능을 향상시키기 위한 보강단면에서 보조띠철근으로써 V-타이를 배근할 경우 V-타이의 묻힘길이를 감소시킬 수 있는 형상을 제시하는 것이다. 주요 실험변수는 V-타이의 형상, 묻힘 길이, 콘크리트 피복두께 및 콘크리트 압축강도를 선택하였다.
이 연구의 목적은 기존 철근콘크리트 기둥의 내진보강을 위한 단면 확대보강공법에서 보조 띠철근으로써 배근할 수 있는 V-타이의 상세를 제시하는 것이다. 모두 24개의 직접 인발실험체에서 V-타이의 역학적 거동을 고려한 부착강도 관점에서 선택한 주요 변수는 V-타이의 형상, 묻힘길이 및 콘크리트 강도이다.
가설 설정
V-타이는 인발철근으로부터 받는 인장력에 대해 콘크리트 내부에서 콘크리트와의 부착력으로 저항한다. 이때 V타이에 발생하는 부착응력(rb)은 V-타이의 표면에서 균등하게 분배된다고 가정하였으며[13], V-타이의 형상을 고려하여 다음 식과 같이 산정할 수 있다.
제안 방법
물-시멘트 비는 보통강도와 고강도에서 각각 60% 및 32%였다. 고강도 콘크리트 배합에서는 유동성 확보를 위해서 폴리카르본산계 감수제를 시멘트 대비 1% 첨가하였다. 콘크리트 압축강도 시험용 공시체는 부착 실험체 제작과 함께 타설하였으며, Φ100 × 200mm 공시체를 제작하였다.
모두 24개의 직접 인발실험체에서 V-타이의 역학적 거동을 고려한 부착강도 관점에서 선택한 주요 변수는 V-타이의 형상, 묻힘길이 및 콘크리트 강도이다. 다양한 상세를 갖는 V-타이의 부착강도는 일반 V-타이의 부착강도 및 CEB-FIP 제안식과 비교하였다. 그 결과 보강단면의 두께가 기존 V-타이의 묻힘 길이[= max(75mm, 6db)]보다 적은 기둥의 경우 단부 압착형의 V-타이가 보조 띠철근로 추천될 수 있었는데, 여기서 db는 V-타이로 사용된 철근의 직경이다.
따라서 이 연구의 목적은 단면 확대보강 기둥의 내진성능을 향상시키기 위한 보강단면에서 보조띠철근으로써 V-타이를 배근할 경우 V-타이의 묻힘길이를 감소시킬 수 있는 형상을 제시하는 것이다. 주요 실험변수는 V-타이의 형상, 묻힘 길이, 콘크리트 피복두께 및 콘크리트 압축강도를 선택하였다. 측정된 부착강도는 CEB-FIP 설계 기준[10]과의 비교를 통하여 그 안전성을 평가하였다.
대상 데이터
T형과 R형 V-타이를 사용한 실험체를 제외한 모든 실험체에서 V-타이는 SD400의 직경 10mm 이형철근을 사용하였다. V-타이의 절곡지점에는 가력을 위한 철근을 용접하였으며, 이는 V-타이의 부착파괴보다 선행파괴 되지 않도록 SD600의 직경 16mm 이형철근을 사용하였다.
T형과 R형 V-타이를 사용한 실험체를 제외한 모든 실험체에서 V-타이는 SD400의 직경 10mm 이형철근을 사용하였다. V-타이의 절곡지점에는 가력을 위한 철근을 용접하였으며, 이는 V-타이의 부착파괴보다 선행파괴 되지 않도록 SD600의 직경 16mm 이형철근을 사용하였다. 실험체에서 콘크리트의 폭과 깊이는 모두 150mm이며, 너비는 V-타이 양쪽단부에서 75mm의 콘크리트 피복을 확보할 수 있도록 설계하였다.
단면확대 보강공법에서 보조띠철근으로 배근되는 V-타이의 형상을 제시하기 위한 실험을 수행하였다. 부착강도 향상을 위한 V-타이의 형상은 단부가 압착된 P형, 단부가 절곡된 B형, 구멍이 천공된 판형의 T형 및 홈이 가공된 판형의 R형을 사용하였다. 다양한 형상을 갖는 V-타이의 직접 인발실험 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
그룹 I은 V-타이에서 비 절곡 다리(leg)부분만의 부착거동을 평가하기 위한 실험체이며, 그룹 II은 보조 띠철근으로써 V-타이의 배근을 고려하여 V-타이 전체가 콘크리트 속에 매립된 부착 실험체이다. 실험체는 주요변수에 따라 각각 3개씩 제작하였다. 기존 V-타이(C형)는 기존연구[9]에서 제시된 절차에 따라 45°의 절곡 각도와 1.
그룹 II에서 콘크리트에는 피복두께를 확보하기 위하여 V-타이 이외에도 인발을 위한 철근을 매립하고 PVC관을 삽입하여 콘크리트와 완전 비부착을 형성하였다. 실험체에 타설된 콘크리트는 보통강도와 고강도 콘크리트 범주에 해당하는 27MPa와 60MPa로 설계하였다.
V-타이의 절곡지점에는 가력을 위한 철근을 용접하였으며, 이는 V-타이의 부착파괴보다 선행파괴 되지 않도록 SD600의 직경 16mm 이형철근을 사용하였다. 실험체에서 콘크리트의 폭과 깊이는 모두 150mm이며, 너비는 V-타이 양쪽단부에서 75mm의 콘크리트 피복을 확보할 수 있도록 설계하였다. 즉, 묻힘길이가 0.
굵은 골재 최대치수는 25mm를 사용하였다. 잔골재는 해사를 사용하였다. 물-시멘트 비는 보통강도와 고강도에서 각각 60% 및 32%였다.
실험체에서 콘크리트의 폭과 깊이는 모두 150mm이며, 너비는 V-타이 양쪽단부에서 75mm의 콘크리트 피복을 확보할 수 있도록 설계하였다. 즉, 묻힘길이가 0.5ldb, 0.75ldb 및 1.0ldb인 실험체에서 콘크리트 너비는 각각 220mm, 234mm 및 248mm이다.
측정은 각 강도에서 3개의 공시체를 인발실험 직전에 수행하였으며, 평균값을 사용하였다. 측정된 압축강도는 보통강도 및 고강도 콘크리트에서 각각 26.7MPa와 61.8MPa였다.
콘크리트 압축강도 시험용 공시체는 부착 실험체 제작과 함께 타설하였으며, Φ100 × 200mm 공시체를 제작하였다.
데이터처리
주요 실험변수는 V-타이의 형상, 묻힘 길이, 콘크리트 피복두께 및 콘크리트 압축강도를 선택하였다. 측정된 부착강도는 CEB-FIP 설계 기준[10]과의 비교를 통하여 그 안전성을 평가하였다. 결과적으로 기존 V-타이와의 비교를 통해 보강단면의 두께가 기존 V-타이의 묻힘 길이보다 적은 경우에 적용할 수 있는 V-타이의 상세를 제시하였다.
콘크리트 압축강도 시험용 공시체는 부착 실험체 제작과 함께 타설하였으며, Φ100 × 200mm 공시체를 제작하였다. 측정은 각 강도에서 3개의 공시체를 인발실험 직전에 수행하였으며, 평균값을 사용하였다. 측정된 압축강도는 보통강도 및 고강도 콘크리트에서 각각 26.
이론/모형
부착강도 측정을 위한 실험체의 가력 및 측정상세는 Figure 5에 나타내었다. 콘크리트 부착강도 인발실험은 KSF 2441[12]를 참고하여 수행하였다. 가력은 500kN 용량의 UTM(universal testing machine)을 사용하였으며, 0.
성능/효과
1) V-타이의 비 절곡 다리부분의 부착거동을 평가하기 위한 실험체와 40mm의 피복두께를 확보한 보통강도 콘크리트 실험체에서 강판이 선행 파괴된 T형 실험체를 제외한 모든 실험체는 콘크리트 쪼갬으로 파괴되었으며, V-타이는 실험체의 파괴 시까지 뽑힘이 발생하지 않았다.
2) 피복두께를 고려하지 않은 그룹 I 실험체에서 묻힘길이가 0.75ldb인 P형 V-타이의 최대 인발하중은 묻힘길이의 감소에도 불구하고 단부의 효율적인 정착으로 인해 기존 C형 V-타이보다 보통강도와 고강도 콘크리트에서 각각 3%와 12% 높았다.
3) 보조 띠철근으로써 V-타이의 거동을 고려하여 40mm의 피복두께를 확보한 보통강도 콘크리트 실험체에서 P-0.75-N는 기존 V-타이를 사용한 실험체보다 동등이상의 최대 인발하중을 나타내었다.
4) R-0.75-N과 R-0.75-H 실험체를 제외한 모든 그룹 II 실험체의 부착강도는 CEB-FIP 설계기준의 예측값 보다 높았으며, 이는 제시된 단부 압착형(P형)의 V-타이의 부착강도가 묻힘길이가 1.0ldb보다 작은 경우에도 안전 측에 있음을 의미한다.
5) 결과적으로 보강단면의 두께가 기존 V-타이의 묻힘 길이보다 적은 기둥의 경우 단부 압착형(P형)의 V-타이가 보조 띠철근으로써 추천될 수 있었다.
측정된 부착강도는 CEB-FIP 설계 기준[10]과의 비교를 통하여 그 안전성을 평가하였다. 결과적으로 기존 V-타이와의 비교를 통해 보강단면의 두께가 기존 V-타이의 묻힘 길이보다 적은 경우에 적용할 수 있는 V-타이의 상세를 제시하였다.
보통강도 콘크리트의 동일한 묻힘길이에서 부착강도는 P형 실험체에서 가장 크게 나타났으며, 기존 C형보다 각각 약 26% 높았다. 고강도 콘크리트에서는 P-0.5-H, P-0.75-H 및 B-0.75-H 실험체가 기존 V-타이를 사용한 실험체보다 각각 43%, 44% 및 30% 높았다. 묻힘길이가 부착강도에 미치는 영향은 거의 없었다.
Figure 9에서 Pmax보다 5% 이상 작은 값은 나타내지 않았는데, 이는 C형 V-타이를 이용한 실험체보다 현저하게 적은 값을 갖는 실험체는 실무적으로 의미가 없기 때문이다. 그룹 I 실험체에서 최대 인발하중은 고강도 콘크리트에서 보통 콘크리트보다 평균적으로 약 39% 증가하였다. 모든 콘크리트 강도에서 최대 부착하중은 묻힘길이가 0.
그룹 II 실험체는 콘크리트 피복두께의 증가로 인해 동일한 형상을 가진 그룹 I 실험체보다 약 61∼97% 높은 최대 인발하중을 나타내었다. 그룹 II 실험의 보통강도 콘크리트에서 묻힘길이가 0.75ldb인 실험체의 최대 인발하중은 ldb의 증가로 인해 0.5ldb인 실험체보다 약 20% 높았다. 반면에 고강도 콘크리트에서 묻힘길이가 최대 인발하중에 미치는 영향은 매우 미미하였는데, 이는 고강도 콘크리트를 타설한 그룹 II 실험체들이 대부분 V-타이의 파단으로 인해 파괴되었기 때문이다.
그룹 II 실험체는 콘크리트 피복두께의 증가로 인해 동일한 형상을 가진 그룹 I 실험체보다 약 61∼97% 높은 최대 인발하중을 나타내었다.
그룹 II 실험체에서 묻힘길이가 0.5ldb인 P형의 부착강도는 콘크리트 강도와 상관없이 다른 형상의 V-타이보다 높았는데, 그 차이는 보통강도 콘크리트에서 더 컸다. 콘크리트 강도가 증가함에 따라서 C형과 P형의 부착강도는 비슷하거나 약 10% 증가하였다.
그룹 II 실험체에서는 묻힘길이가 0.75ldb인 R형 실험체를 제외한 모든 실험체의 부착강도가 예측값보다 높았는데, 특히 P형 V-타이는 보통강도와 고강도 콘크리트에서 예측값 보다 적어도 각각 107% 및 32% 높은 부착강도를 나타내었다. 또한 묻힘길이가 0.
0보다 현저히 작은 값을 갖는 실험체는 생략하였다. 그룹 I에서 보통강도 콘크리트를 타설한 실험체의 부착강도는 C-1.0-N 실험체보다 P-0.5-N, P-0.75-N 및 B-0.75-N 실험체에서 각각 18%, 35% 및 1% 높았다. 보통강도 콘크리트의 동일한 묻힘길이에서 부착강도는 P형 실험체에서 가장 크게 나타났으며, 기존 C형보다 각각 약 26% 높았다.
75ldb인 P형에서 가장 크게 나타났으며, C형보다 약 8% 높았다. 동일한 형상을 가진 실험체는 묻힘길이가 감소하면서 최대 인발하중이 감소하였는데, 보통강도 콘크리트를 사용한 P형, B형 및 T형에서 각각 28%, 38% 및 6% 감소하였다. T형 V-타이에서 묻힘길이가 최대 인발하중에 미치는 영향은 다른 실험체들보다 적었는데, 이는 콘크리트의 쪼갬이나 뽑힘파괴가 발생하기 이전에 T형 V-타이가 파단 되었기 때문이다.
그룹 I 실험체에서 최대 인발하중은 고강도 콘크리트에서 보통 콘크리트보다 평균적으로 약 39% 증가하였다. 모든 콘크리트 강도에서 최대 부착하중은 묻힘길이가 0.75ldb인 P형에서 가장 크게 나타났으며, C형보다 약 8% 높았다. 동일한 형상을 가진 실험체는 묻힘길이가 감소하면서 최대 인발하중이 감소하였는데, 보통강도 콘크리트를 사용한 P형, B형 및 T형에서 각각 28%, 38% 및 6% 감소하였다.
콘크리트 강도가 증가함에 따라서 C형과 P형의 부착강도는 비슷하거나 약 10% 증가하였다. 반면에 R형은 강판의 높은 강도로 인해 콘크리트 강도의 증가와 함께 부착응력이 급격히 증가하였으며, 묻힘길이가 0.5l db와 0.75l db인 실험체에서 각각 84% 및 64% 증가하였다.
75-N 실험체에서 각각 18%, 35% 및 1% 높았다. 보통강도 콘크리트의 동일한 묻힘길이에서 부착강도는 P형 실험체에서 가장 크게 나타났으며, 기존 C형보다 각각 약 26% 높았다. 고강도 콘크리트에서는 P-0.
반면에 고강도 콘크리트에 매립된 인발실험체는 콘크리트 쪼갬이나 뽑힘보다는 V-타이 철근의 파단에 의해 파괴되었다(Figure 8 (b)). 즉, 피복두께가 확보된 콘크리트 인발 실험체에서 제안된 형상의 V-타이는 콘크리트 강도에 상관없이 묻힘길이가 감소하였음에도 뽑힘 파괴되지 않았다. 또한 60MPa 이상의 고강도 콘크리트에서 V-타이는 V-타이의 파단을 방지하기 위하여 더 큰 직경 또는 강도의 철근으로 설계될 필요가 있다.
초기 상승 기울기는 C형 실험체가 가장 완만하였으며, 나머지 실험체에서는 큰 차이를 보이지 않았다. 최대 하중 이후에 하중의 감소 기울기는 단부가 압착된 P형에서 가장 완만하였으며, 특히 P-0.75-N 실험체는 실험체가 완전 파괴되는 1.5mm 시점 이후에 가장 높은 하중을 나타내었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
V-타이의 특징은 무엇인가?
기존의 연구에서 V-타이가 배근된 기둥 부재는 압축 거동 시, 기존의 내부 크로스타이가 배근된 기둥과 비교하여 동등이상의 압축 연성비를 나타내었다. 또한 V-타이는 기존의 내부 크로스타이와 달리 기둥 단면의 내부를 가로지르지 않기 때문에 내부 크로스타이를 배근하기 어려운 단면 확대공법에 특히 유효하게 적용할 수 있다. Kim and Yang[9]은 콘크리트 직접인발 실험을 통해 V-타이의 절곡각과 묻힘 길이를 제시하였다.
단면 확대보강공법에서 기둥의 성능은 무엇에 영향을 받는가?
이러한 기존 기둥은 단면 확대보강공법과 같은 보강을 통해 그 내력을 증진시킬 수 있다. 단면 확대보강공법에서 기둥의 강도, 강성 및 연성 증진은 추가 주철근 배근 양 및 띠철근 배근방법에 의해 중요한 영향을 받는다[5]. 특히 단면 확대보강 기둥의 연성은 보조 띠철근의 배근과 밀접한 관계가 있지만, 기존 기둥단면의 간섭으로 인해 외부 띠철근과 함께 보조띠철근 배근은 상당히 어렵다.
비내진 설계되었거나 기능이 저하된 기둥의 내진성능을 증가시킬 수 있는 방법은 무엇인가?
비내진 설계되었거나 기능이 저하된 기둥은 지진하중과 같은 큰 하중이 발생하였을 때, 구조물의 손상이나 붕괴와 같은 위험성이 있다. 이러한 기존 기둥은 단면 확대보강공법과 같은 보강을 통해 그 내력을 증진시킬 수 있다. 단면 확대보강공법에서 기둥의 강도, 강성 및 연성 증진은 추가 주철근 배근 양 및 띠철근 배근방법에 의해 중요한 영향을 받는다[5].
참고문헌 (13)
Dong JF, Wang QY, Guan ZW. Material properties of basalt fiber reinforced concrete made with recycled earthquake waste. Journal of Construction and Building Materials. 2017 Jan;130(1):241-51.
Jung JS. Seismic performance evaluation of medium and low-rise R/C buildings strengthened by RCSF-method [dissertation]. [Daejeon(Korea)]: Chonnam National University; 2015. 87 p.
Testuya S, Masayasu O. Damage estimation of concrete canal due to earthquake effects by acoustic emission method. Journal of Construction and Building Materials. 2014 Sep;67(1):186-91.
Sun CG. Seismological and geotechnical characteristics of the 12 september 2016 Gyeongju earthquake. The Magazine of the Korean Society of Civil Engineers. 2017 Apr;65(4):14-9.
Liu J, Min D, Dong L, Xiuli D, Haibin X. Effects of cross section size and transverse rebar on the behavior of short squared RC columns under axial compression. Engineering Structures. 2017 Apr;142(1):223-39.
Yang KH. Lateral confinement effectiveness of V-shaped supplementary ties in RC columns subjected to axial compressive loads. Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction. 2016 Mar;32(3):11-8.
Troung GT, Kim JC, Choi KK. Seismic performance of reinforced concrete columns retrofitted by various methods. Engineering Structures. 2017 Mar;134(1):217-35.
Yang KH. Lateral confinement effectiveness of V-shaped supplementary ties in RC columns subjected to axial compressive loads. Journal of the Architectural Institute of Korea. 2016 Mar;32(3):11-18.
Kim WW, Yang KH. Effect of bending angle and embedment length on the bond characteristics of V-shaped tie reinforcement. Journal of the Korea Institute Building Construction. 2015 Oct 20;15(5):465-71.
Committee Euro-International Du Beton. CEB-FIP Model Code for Concrete Structure 1991. Thomas Telforld. 1991. 437 p.
Architectural Institute of Korea. Korea Building Code. Korea: Architectural Institute of Korea. 2016. 644 p.
Korean Industrial Standards. Standard test method for comparing concrete on the basis of the bond developed with reinforcing steel. Korea: Korean Standards Association; 2015. 9 p.
Kim BJ, Jin IG, Choi HB, Kang KI. The effect of form oils on bond characteristics of reinforced concrete members. Journal of the Architectural Institute of Korea. 2007 Dec;23(12):89-96.
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