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문제 정의
- 또한 Large-Scale(최소 단면 200mm 이상)의 고강도 콘크리트 띠철근 기등의 성능에 대해 발표된 자료는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 고강도 콘크리트를 사용한 Large-Scale의 기등을 대상으로 구조실험을 수행하고, 이를 기초로 고강도 콘크리트 기등의 구속 효과를 평가하고자 한다.
제안 방법
- M)를 사용하여 변위 제어 방식으로 중심압축가력(Pseudo-Static)하였으며, 제어속도는 실험체별로 합리적으로 데이터를 취득할 수 있도록 3단계로 행하였다. 실험구간에서 코아 콘크리트의 축 방향 변형률을 측정하기 위해서 타설전 미리 매립된 4면의 매립 봉에 LVDT를 설치하여 측정하였고, 실험체의 전체 축 방향 변위를 측정하기 위해 실험체 전 길이에 걸쳐 양면에 LVDT를 설치하였다. 그림 2에 실험체 설치 장면을 나타내었다.
- 실험은 한국전력 전력연구원 구조실험실 700tonf용량의 만능시험기(U.T.M)를 사용하여 변위 제어 방식으로 중심압축가력(Pseudo-Static)하였으며, 제어속도는 실험체별로 합리적으로 데이터를 취득할 수 있도록 3단계로 행하였다. 실험구간에서 코아 콘크리트의 축 방향 변형률을 측정하기 위해서 타설전 미리 매립된 4면의 매립 봉에 LVDT를 설치하여 측정하였고, 실험체의 전체 축 방향 변위를 측정하기 위해 실험체 전 길이에 걸쳐 양면에 LVDT를 설치하였다.
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2.1 실험계획
실험체는 260<260<1200nm로서 각 실험체의 중앙부 800mm를 실험구간으로 하였으며, 실험체 양 끝단 200mm 부분에는 단부효과에 따른 국부파괴를 막고 실험구간에서 파괴를 유도하기 위해 횡보강근 을 실험구간의 2배로 배근하였으며 또한, 콘크리트 양생 후에 탄소섬유(2겹)로 보강하였다. 콘크리트 피복 두께는 20mm로 기둥 전체 단면적에 대한 코아 단면적 비를 0.
- (그림 3). 주근에 의해 지지된 축하 중의 계산은 주근의 전체 단면적과 인장 시험에서 얻어진 철근의 응력-변형률 곡선을 근거로 하였다. 기등의 전체 하중- 변형률 관계로부터 코아 콘크리트의 거동은 철근의 기여도를 제외한 콘크리트의 거동과 구속된 코아 콘크리트 거동의 조합으로부터 그림 3(b)와 같은 방법으로 분석하였다.
- D형의 Cross-ties를 제외하고 모든 횡보강근은 135° 의 구부림 각도를 가지고 6也의 여장 길이로 코 아 콘크리트에 정착시켰다. 주근의 체적비는 2.25~2.36%로 거의 동일하게 하였으며, 콘크리트 강도 (225 ~ 500kgf/cm2), 횡보강근 체적비(ACI 규정의 80, 100, 120%), 횡보강근 간격(40~150mm), 주근의 배열(4~12개), 횡보강근의 배근형태(그림 1)를 주요 변수로 하여 변수에 따른 구속 콘크리트의 거동에 따른 영향을 검토하였다. 실험체 상세 및 일람은 그림 1과 표 1에 나타나 있다.
성능/효과
- 1. 고강도 콘크리트 기등은 횡보강근의 구속에 의해 상당한 강도와 연성 향상을 얻을 수 있지만, 더 낮은 강도의 콘크리트 기등과 동일한 비율의 강도와 연성 향상을 위해서 더 효과적인 구속이 필요하다. 2.
- 고강도 콘크리트 기등은 횡보강근의 구속에 의해 상당한 강도와 연성 향상을 얻을 수 있지만, 더 낮은 강도의 콘크리트 기등과 동일한 비율의 강도와 연성 향상을 위해서 더 효과적인 구속이 필요하다. 2. 체적비의 증가는 구속된 콘크리트에 직접적으로 강도와 연성을 모두 향상시킬 수 있으며, 더 효과적인 횡보강근의 배근 형태를 가질 경우, 강도 증진에 더 우수한 것으로 판단된다.
- 3. 동일한 체적비를 가진 경우 더 효과적인 횡보강근의 배근 형태에 의해 더 큰 구속 효과를 발휘할 수 있다.
- 4. 횡보강근의 배근 간격이 코아 단면 폭의 1/2을 넘을 경우, 배근 형태에 따른 강도와 연성에 큰 영향을 나타내지 않았으며, 동일한 배근 형태와 체적비를 가진 경우에 배근 간격을 조밀하게 함으로써 더 우수한 구속효과를 낼 수 있다.
- 횡보강근의 항복은 최대하중 이후 하중이 감소하는 단계에서 발생되었으며, 일부 HSC 실험체에서는 횡보강근의 파단(Fracture)이 발생되었다. 거의 모든 실험체에서 파괴 면(Fail Surface)이 형성되었으며, NSC 실험체보다는 HSC 실험체의 파괴 면이 뚜렷하게 나타났다. 또한 수평 단면과 파괴 면이 이루는 각은 최대 90。(횡보강근이 없는 무근 콘크리트 실험체)에서 최소 25。로 형성되었으며, NSC 실험체보다는 HSC 실험체의 각이 크게, 횡보강근의 간격이 넓을수록 크게 형성되는 경향을 보였다.
- 주근의 좌굴은 보통강도 콘크리트(NSC) 실험체보다는 고강도 콘크리트(HSC) 실험체에서 심하게 발생되었고, 내부 주근보다는 모서리 주근에서 심하게 발생하였다. 또한 횡보강근의 hook의 벌어짐 정도도 NSC 실험체보다는 HSC 실험체에서 크게 벌어지는 것을 알 수 있었다. 횡보강근의 항복은 최대하중 이후 하중이 감소하는 단계에서 발생되었으며, 일부 HSC 실험체에서는 횡보강근의 파단(Fracture)이 발생되었다.
- 거의 모든 실험체에서 파괴 면(Fail Surface)이 형성되었으며, NSC 실험체보다는 HSC 실험체의 파괴 면이 뚜렷하게 나타났다. 또한 수평 단면과 파괴 면이 이루는 각은 최대 90。(횡보강근이 없는 무근 콘크리트 실험체)에서 최소 25。로 형성되었으며, NSC 실험체보다는 HSC 실험체의 각이 크게, 횡보강근의 간격이 넓을수록 크게 형성되는 경향을 보였다. 특히 대부분의 경우 파괴 면의 중앙에 1개의 횡보강근이 통과하는 것으로 나타났다.
- 그림 4는 콘크리트 강도에 따른 구속된 콘크리트의 거동을 보여주고 있다. 실험체 NSC-A-10, HSC-A-08, HSC-A-10는 1.33, 1.22, 1.32의 강도 증진과 7.56, 4.44, 7.47의 연성중진을 얻 었고, 실험체 NSC-E-10, HSC-E-08, HSC-E-10는 L38, 1.27, 1.44의 강도 증진과 8.02, 5.92. 9.
- 62의 연 성 증진을 나타내었다. 이 실험 결과는 횡보강근의 구속에 의해 상당한 강도와 연성 향상을 얻을 수 있다는 것을 보여주고 있다. 하지만 동일한 비율의 강도와 연성 증진을 기대한다면, 콘크리트 강도가 높을 수 록 더 많은 구속이 필요하다는 것을 알 수 있다.
- 4 배의 향상을 나타내었다. 이 실험 결과로부터 체적비의 증가는 구속된 콘크리트에 직접적으로 강도와 연성 모두 향상시킬 수 있으며, 더 효과적인 횡보 강근의 배근 형태를 가진 경우에 강도 증진에 더 큰 효과를 발휘할 수 있음을 알 수 있다.
- 그림 5는 횡보강근의 체적비에 따른 구속된 콘크리트의 거동을 나타내고 있다. 횡보강근의 체적비가 약 70% 증가되었을 때 HSC-A-08과 HSC-A-12, HSC-B-08과 HSC-B-12, HSC-E-08과 HSC-E-12에서 강도증진은 각각 16%, 20%, 30%이었고, 연성 증진은 2.8, 2.7. 2.
후속연구
- 5. 합리적으로 횡보강근이 배근되었다면, 구속지수의 증가에 따라 강도와 연성이 선형적인 향상을 나 타낼 것으로 판단되므로 구속된 콘크리트의 거동에 영향을 미치는 변수들의 상호관계를 구속지수를 통해 합리적으로 표현하여 분석함으로써 구속 콘크리트의 거동을 규명할 수 있을 것으로 판단된다.
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