[논문]철근콘크리트 합성보의 수평전단강도 산정

김민중; 이기열

doi:10.5762/kais.2020.21.12.772

[국내논문] 철근콘크리트 합성보의 수평전단강도 산정
Calculation of Horizontal Shear Strength in Reinforced Concrete Composite Beams 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.12, 2020년, pp.772 - 781

김민중 (순천제일대학교 스마트건설환경과) , 이기열 (전남대학교 조경학과)

초록
AI-Helper

직접전단 부재의 전단강도는 전단마찰 유사론에 근거하여 콘크리트 계면에 수직 또는 경사로 배치된 철근의 전단전달에 의해 외력에 저항하며, 철근 단면적의 크기에 비례한다. 현행 콘크리트구조기준에서도 전단마찰 유사론에 근거한 경험식을 사용하고 있으며, 콘크리트 합성보의 수평전단 영역에도 동일한 전단강도 산출방법을 적용한다. 그러나 전단철근량이 많은 부재의 경우에는 이러한 경험식을 통해 구해진 전단강도는 시험체의 실측값과 비교하여 낮은 값을 나타낸다. 이 논문에서는 응력장 이론을 이용하여 기존 철근콘크리트 거더 위에 새로 타설된 합성보의 극한한계상태를 정의하고, 콘크리트의 인장증강효과 및 2축 응력 상태의 최대 압축강도의 변화를 고려할 수 있는 재료구성식을 적용한 전단강도 산정방법을 제안하였다. 또한 설계기준의 전단마찰 강도식과 유사하게 콘크리트 스트럿 유효압축강도를 고려할 수 있는 단순화된 수평전단강도 평가식을 제안하였다. 기존 문헌에 수록된 수평전단파괴를 유발하도록 제작된 합성보의 실험결과 및 설계기준 규정과 비교를 통하여 강도 산출방법의 타당성 및 제안식의 적용성을 검증하였다. 검증 결과, 전단철근비에 따라 전단강도 예측값에 차이가 발생하는 설계기준의 규정들과 다르게, 전단철근의 항복을 수반하는 경우에는 대체적으로 실험결과와 유사한 경향을 나타내는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A direct shear member resists external forces through the shear transfer of reinforcing bars placed at the concrete interface. The current concrete structural design code uses empirical formulas based on the shear friction analogy, which is applied to the horizontal shear of concrete composite beams. However, in the case of a member with a large amount of reinforcing bars, the shear strength obtained through the empirical formula is lower than the measured value. In this paper, the limit state of newly constructed composite beams on an existing concrete girder is defined using stress field theory, and material constitutive laws are applied to gain horizontal shear strength while considering the tension-stiffening and softening effects of concrete struts. A simplified method of calculating the shear strength is proposed, which was validated by comparing it with the related design code provisions. As a result, it was confirmed that the method generally shows a similar tendency to the experimental results when the shear reinforcing bar yields, unlike the regulations of the design code, where differences in the predicted value of shear strength occur according to the shear reinforcement ratio.

Keyword

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Shear friction analogy (a) Shear-transfer between two interfaces clamped with reinforcement (b) Sawtooth shear-friction model
그림 Fig. 2. Biaxial stress and truss action (a) Biaxial stresses in a shear plane (b) "Truss" formed after diagonal tension cracking (c) Discrete truss idealization
그림 Fig. 3. Equilibrium in a shear transfer element (a) Truss idealization (b) Equilibrium (c) Compatibility
표 Table 1. Constitutive Laws for Stress-Strain Relations
그림 Fig. 4. Procedure for calculating horizontal shear strength
그림 Fig. 5. Specimen specification(Loov&Patnaik(1994)[4]) (a) Test beam with full length flanges (b) Test beam with short flanges
그림 Fig. 6. Cross section of specimen (Loov&Patnaik(1994)[4]) (a) Beam section with thin web (b) Beam section with uniform web width
그림 Fig. 7. Reinforcement details of specimen (Loov&Patnaik(1994) [4]) (a) Typical for a beam with full length flanges (b) Typical for a beam with short flanges
그림 Fig. 8. Comparison with predicted and measured values
표 Table 2. Specification of horizontal shear specimen (Loov&Patnaik(1994)[4])
그림 Fig. 9. Comparison between design criteria and proposed formulas and measured values

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