선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 또한 개방형 단면이므로, 단면 형상을 유지하기 위한 추가 요소가 필요하다[4][5]. 본 연구에서는 이러한 단점을 보완한 강판-콘크리트(Steel Plate-Concrete, 이하 SPC) 합성보를 개발하였다. SPC beam은 Fig.
가설 설정
- 합성보는 전단연결재의 수평전단 내력이 콘크리트나 강재보의 단면 내력 중 작은 값의 이상일 경우에 단면전체가 휨저항 성능을 발휘하게 되며, 이 경우 최대 휨성능은 KBC2009와 미국의 AISC의 소성응력분포를 적용하여 산정할 수 있다[6][7][8]. 소성응력분포법(Plastic Stress Distribution Method, 이하 PSM)은 단순하면서도 편리한 계산법으로, 단면에 작용하는 변형률이 선형적으로 분포하며 재료가 탄소성으로 거동한다는 가정을 근거로 한다.
제안 방법
- 4. KBC2009에서 제시하는 전단강도비와 휨강도비를 이용하여 불완전합성거동을 보이는 실험체의 합성 정도를 평가하였다. 전단연결재가 없는 실험체는 약 10%의 전단강도비를 보였으며, 280mm 간격으로 Cap을 부착한 실험체들은 약 47%의 전단강도비를 나타내었다.
- 5. 강판보의 단면 형상을 변수로 비교하였다. 돌출부의 길이에 대해, 측판 높이의 비율로 선정하였으며측판 높이의 1/3배 보다 1/4배의 휨강도가 약 10% 이상, 변형성능이 약 20% 증가하였다.
- 또한 작업자의 보폭을 고려하여 280mm 간격으로 실험체 전구간에 총 21개를 부착하였다. Cap을 넓게 배치할수록 수평전단저항력이 작아지기 때문에, 실험체는 가장 불리한 조건이며, Cap의 전단성능을 분석하기 위해 불완전합성보로 설계하였다.
- 강판-콘크리트 합성보는 얇은 강판을 사용하기 때문에 강판의 국부좌굴이나 휨거동에 대해 검토되어야한다. SPC-03, 05 실험체는 동일한 보 춤과 폭을 사용하나, 강판의 두께에 따라 좌굴양상을 검토하기 위해, 강판 두께를 4.5T에서 6.0T로 증가시켰다. 이에 따라 강판보 단면적은 약 30% 증가하였다.
- Z형과 ㄷ형으로 절곡한 한쌍의 얇은 강판을 볼트로 체결하고, 다용도 전단연결재를 부착한 SPC Beam의 휨 성능을 검토하였다. 6m의 실대형 실험체에 2점가력 휨 실험을 수행한 결과는 다음과 같다.
- 강판보의 단면적과 보 춤은 동일하며, 단면 하부의 돌출부의 길이를 변수로 하였다. 강판보의 치수를 규칙적으로 조정하기 위해 측판 높이(H1)의 1/3배와 1/4배의 휨거동을 비교하였다. 돌출부에서 볼트를 체결하기 때문에, 사용되는 체결장비의 크기 제한으로 돌출부의 길이는 최소 100mm로 제한하였다.
- 본 연구는 2점가력 휨실험을 통해 Cap을 전단연결재로 사용한 SPC Beam의 형상적 변수에 대한 휨성능을 분석하였다. 또한 Cap의 수평전단내력에 의한 합성정도와 휨강도의 관계를 검토하였다
- 8에서 종축은변형률 게이지의 부착위치를 나타내고, 횡축은 하중에 따른 변형률의 분포를 나타낸 것이다. 모든 실험체의 동일한 높이에 변형률 게이지를 부착하여 측정하였다.
- 절곡한 측판과 ‘ㄷ’형의 하부강판 한 쌍을 하부에서 볼트로 체결하여 용접량을 최소화시키고, 콘크리트 슬래브와 강판 보 사이에 Cap을 설치하여 전단연결재와 작업발판, 폭 고정의 역할을 한다. 본 연구는 2점가력 휨실험을 통해 Cap을 전단연결재로 사용한 SPC Beam의 형상적 변수에 대한 휨성능을 분석하였다. 또한 Cap의 수평전단내력에 의한 합성정도와 휨강도의 관계를 검토하였다
- (2)와 같다. 소성중립축의 위치는 압축소성강도=인장소성강도임을 이용하여 계산하였다.
- 2(b))로 구분하여 휨강도를 산정한다. 소성중립축의 위치는 압축소성강도와 인장소성강도가 동일함을 이용하여 계산한다. 상부의 Cap은 길이방향으로 단속배치되어 있기 때문에 SPC beam의 휨강도 계산 시 제외하였다.
- 슬래브에 길이방향에 200mm 간격으로 상부근을 배근하였다. 실험 변수를 전단연결재와 돌출부의 길이, 그리고 강판 두께로 하여 실험을 진해하였다. 전단연결재가 없는 SPC-01, 스터드가 있는 SPC-02 실험체는 600mm 간격으로 횡보강근을 상·하부에 배근하였고, Cap이 있는 SPC-03 실험체는 동일한 간격으로 횡보강근을 상부에만 배근하였다.
- )를 Table 5에 정리하였다. 실험 항복하중은 Fig. 7과 같이 하중-변위 곡선에서 초기기울기의 1/3 기울기의 직선으로 항복 하중을 산정하는 1/3 접선법을 사용하여 평가하였다. 하중-변위 곡선의 초기강성 접선을 선분(a)와 최대내력의 1/3선분인 선분(b)를 평행 이동하여 하중-변위 곡선과의 접선을 이루는 선분(c)와의 교점을 항복하중, 항복변위로 산정한다.
- 03 mm/s의 속도로 가력하였다. 실험체 세팅은 Fig. 4와 같이 양단 단순지지로 지간(L : 5,600mm)의1/7간격(800mm)으로 가력보를 사용하여 2점 가력 하였다. 가력부와 중앙부의 처짐을 측정하기 위해 실험체 하부에 3개의 변위계(LVDT)를 설치하였고, 강재와 콘크리트 각 위치에서의 변형도를 측정하기위해 Fig.
- 실험체의 실험값과 완전합성보로 가정한 공칭휨강도의 비(휨강도비)를 통해 Stud와 Cap의 전단강도를 평가하였다. 완전합성거동을 위해서는 요구되는 수평전단력이 있으며, 이보다 수평전단내력이 작을 경우 강재와 콘크리트 사이에 슬립이 발생하게 된다[11].
- 전단연결재가 없는 SPC-01, 스터드가 있는 SPC-02 실험체는 600mm 간격으로 횡보강근을 상·하부에 배근하였고, Cap이 있는 SPC-03 실험체는 동일한 간격으로 횡보강근을 상부에만 배근하였다.
대상 데이터
- ) 27MPa로 계획하였으며, KS F에 따라 제작한 공시체의 콘크리트 압축강도 시험을 수행하였다[9]. 강재는 SM490A을 사용하였고, 실험체에 사용된 강재(4.5T,6.0T)의 인장시험편을 채취하여 인장시험을 수행하였다[10]. 콘크리트 공시체와 강재 시험편의 재료시험 결과를 Table 2와 Table 3에 각각 정리하였다.
- 모든 실험체의 상부 슬래브는 1,000×200(mm, 폭×두께)이고, 철근트러스데크는 높이 160mm를 사용하였다.
- 실험체 제작에 사용된 콘크리트는 설계기준강도(fck) 27MPa로 계획하였으며, KS F에 따라 제작한 공시체의 콘크리트 압축강도 시험을 수행하였다[9]. 강재는 SM490A을 사용하였고, 실험체에 사용된 강재(4.
- 콘크리트 설계기준강도(fck)는 27MPa, 강재는 SM490A를 사용하였다. 모든 실험체의 상부 슬래브는 1,000×200(mm, 폭×두께)이고, 철근트러스데크는 높이 160mm를 사용하였다.
성능/효과
- 1. 양단 단순지지된 SPC Beam의 휨실험 결과, 강판과 콘크리트의 부착력에 의해 하중 초기 합성거동하였으며, 슬립발생 이후에는 부착한 전단연결재에 의해 합성효과를 발휘하였다. 2차 슬립에 의해 불완전합성거동을 보였으며, 최대강도 이후 완만한 내력저하를 보였다.
- 3. 슬립을 억제할수록 접선강성과 할선강성이 유사한 값을 나타내었으며, 작업자의 보 폭을 고려하여 최소한의 Cap을 부착하였음에도 완전합성보로 가정한 휨강도의 70% 이상의 휨강도를 발휘하였다.
- 4.5T 강판을 사용한 SPC-01∼SPC-04 실험체는 평균 76.0kN/m의 접선강성을 보였다.
- Cap이 Stud와 같은 전단연결재의 역할하며 함성단면의 강도를 증가시켰으나, Stud 실험체 대비 약 80%의 휨강도를 발휘하였다. 5.3에서 비교한 것과 같이 전단강도비와 휨강도비는 비선형적인 관계이므로 Cap이 Stud보다 작은 전단강도를 보였으나, 상당히 높은 합성효과를 발휘한 것을 알 수있다.
- Cap이 Stud와 같은 전단연결재의 역할하며 함성단면의 강도를 증가시켰으나, Stud 실험체 대비 약 80%의 휨강도를 발휘하였다. 5.
- 13(b)에 나타내었다. SPC-03 대비 돌출부 길이가 짧은 SPC-04는 항복강도와 최대강도가 1.1배로 높았으며, 변형성능면에서도 1.2배로 증가하였다. 그러나 변위비는 미소하게 높은 값을 보였다.
- 강판보의 단면 형상을 변수로 비교하였다. 돌출부의 길이에 대해, 측판 높이의 비율로 선정하였으며측판 높이의 1/3배 보다 1/4배의 휨강도가 약 10% 이상, 변형성능이 약 20% 증가하였다. 강판두께를 변수로 한 경우, 완전합성보 대비 약 70%의 휨강도를 발휘하였으며, 유사한 변형성능을 나타내었다.
- Table 8와 같이 전단강도비와 휨강도를 비교했을 때 KBC에서 제시하고 있는 것과 같이 전단강도비와 휨강도비의 관계는 비선형적인 관계로써 전단연결재 강도의 증가는 휨강도의 증가를 나타내지 않는다. 따라서 Cap을 280mm간격으로 배치하여도 약 40% 이상의 전단강도비를 확보할 수 있으며, Cap의 개수를 조절하여 전단 강도비를 증가시킬 수 있다.
- 실험결과를 완전합성보로 가정하였을 때의 공칭휨강도와 비교할 경우, 전단연결재가 없는 SPC-01 실험체는 43%의 휨강도를 발휘하였으나, 전단연결재로 Stud를 부착한 SPC-02 실험체는 89%, Cap을 사용한 실험체는 71%∼79%의 휨강도를 나타내었다. 따라서 본 실험체는 280mm의 간격으로 배치한 Cap이 전단연결재로써,Stud와 유사한 성능을 발휘함을 알 수 있다.
- 따라서, SPC보는 기존의 합성보와 비교하여 시공성의 뛰어나고 경제적인 단면임에도 불구하고 완전합성보의 70%이상의 휨강도를 발휘할 수 있음을 알 수 있다. Cap의 전단성능에 대한 추가적인 연구가 이뤄진다면 건설현장에서 공기단축과 시공성 향상에 큰 도움이 될 것으로 기대된다
- 실험값과 합성단면의 공칭휨강도의 비가 큰 SPC-02(89%), SPC-04(79%) 실험체는 불완전 합성거동을 하였으나, 콘크리트 슬래브 상부가 압괴변형율에 근접하였으며, 하부의 인장영역에서 높은 변형율을 보였다. 또한 중립축의 이동이 상대적으로 작았다.
- 실험결과, 초기 선형상태의 기울기를 초기 접선강성,할선강성은 최대강도의 10%점과 50%점을 이은 선분의 기울기로 산정하였다. 실험체의 초기 접선강성은 71.
- 실험결과를 완전합성보로 가정하였을 때의 공칭휨강도와 비교할 경우, 전단연결재가 없는 SPC-01 실험체는 43%의 휨강도를 발휘하였으나, 전단연결재로 Stud를 부착한 SPC-02 실험체는 89%, Cap을 사용한 실험체는 71%∼79%의 휨강도를 나타내었다.
- 실험체 중 상대적으로 두꺼운 강판(6.0T)을 사용한 SPC-05 실험체가 초기 접선강성보다 할선강성이 작은 값을 보였으나, 차이는 미소하였다. 이것은 타실험체보다 강재량이 많고, 높은 성능점에서 슬립이 발생하였기 때문에 할선강성이 높은 것으로 판단된다.
- 전단연결재가 없는 SPC-01 최대하중의 71%인(420kN)에서 슬래브 측면에 휨균열이 시작하였으며, 실험체 SPC-02는 Stud가 전단연결재의 역할을 하여 선형으로 내력이 증가하였다.
- KBC2009에서 제시하는 전단강도비와 휨강도비를 이용하여 불완전합성거동을 보이는 실험체의 합성 정도를 평가하였다. 전단연결재가 없는 실험체는 약 10%의 전단강도비를 보였으며, 280mm 간격으로 Cap을 부착한 실험체들은 약 47%의 전단강도비를 나타내었다. 또한 Cap이 Stud보다는 작은 전단강도를 보였으나, Cap이 전단연결재 역할을 하였다.
- 63으로 가장 큰 값을 보였다. 전단연결재로 Cap을 사용한 실험체는 Stud 실험체 대비 1.4배의 연성도를 가지고 있는 것으로 나타났다..
- 접선강성과 할선강성이 동일한 SPC-05를 제외하고,할선 강성은 접선강성의 약 70%의 값을 보였으며, 접선 강성은 SPC-01 실험체가 가장 크고, 할선강성은 SPC-05 실험체가 가장 큰 값을 나타내었다.
후속연구
- 또한 Cap이 Stud보다는 작은 전단강도를 보였으나, Cap이 전단연결재 역할을 하였다. Cap의 전단성능검증을 위해 Cap의 간격에 따른 전단성능에 대한 추가적인 실험 및 연구가 필요하다.
- 따라서, SPC보는 기존의 합성보와 비교하여 시공성의 뛰어나고 경제적인 단면임에도 불구하고 완전합성보의 70%이상의 휨강도를 발휘할 수 있음을 알 수 있다. Cap의 전단성능에 대한 추가적인 연구가 이뤄진다면 건설현장에서 공기단축과 시공성 향상에 큰 도움이 될 것으로 기대된다
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.