[논문]플레이트 형상에 따른 Headed Bars의 파괴거동에 관한 연구

박현규; 윤영수; 류영섭; 이만섭

플레이트 형상에 따른 Headed Bars의 파괴거동에 관한 연구
Fracture Behaviors of Headed Bars with Different Plate Types 원문보기

박현규 (고려대학교 방재과학기술연구센터) , 윤영수 (고려대학교 토목환경공학과) , 류영섭 (브이에스엘코리아(주) 기술연구소) , 이만섭 (브이에스엘코리아(주) 기술연구소)

This paper presents the failure mode on Headed Bars and prediction of tensile capacity, which is governed by concrete cone failure. 17 different plate types, three different concrete strengths and three different welding types of specimens were simulated. Static tensile load was applied Headed Bars were manufactured in different areas, and their shape and thickness are based on ASTM 970-98. Calculation of embedment length in concrete is conducted based on CSA 23.3-94, and static tensile load was applied. Tested pullout capacities were compared to the values determined using current design methods such as ACI-349 and CCD method.

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문제 정의

이 연구는 콘크리트에 Headed bar의 안전하고 경제적인 적용에 관한 기본적인 자료와 설계 방향을 제시하기 위해 수행되었으며, 플레이트의 형상과 용접 방법을 달리하며 기존식들과의 비교를 통해 다음과 같은 결론을 내렸다.

제안 방법

Headed bar의 효율적인 묻힘 길이 산정에 관한 시방 기준이 없기 때문에 이 연구에서는 그 묻힘 길이와 Headed bar 거동이 앵커의 거동과 유사하기 때문에 CSA23.3-94를 이용하여 그 길이를 산정했다. 이와 관련된 사항은 표 1을 보면 알 수 있다.
콘크리트 강도의 실 험군 3)로 나누어서 하였고, 표 2에 이 변수들을 정리하였다. 그리고, 각각의 변수에 대하여 2회씩의 실험을 행하였다.
Headed bar의 인장실험에 있어서 하중재하방식, 묻힘 길이, 연단 거리, 플레이트 형상, Headed bar의 개수, bar에 쓰인 철근과 보강 철근의 강도, 콘크리트의 강도, 보강 철근과 Headed bar의 거리 등 많은 변수들이 고려될 수 있다. 이 실험에서는 Headed bar의 플레이트 형상과 철근의 이음 방법을 주 변수로 잡고 수행하였다.
실험에 사용된 헤드 플레이트와 철근의 이음 을 위해서 용접을 사용하였는데 마찰용접과 일반 가스용접을 사용하였다. 일반용접은 용접면적을 달리함으로써 구별을 하여 총 3가지의 용접 방법을 사용하였다. 용접 면적과 방법은 그림 2 ~ 4를 보면 알 수 있다.
콘크리트 내에서의 Headed bar의 영향을 평가하기 위하여 인장실험을 수행하였으며 다양한 모양과 크기의 플레이트를 사용하였고, 하중-변위 곡선, 파괴 형상, 파괴강도를 측정하였다.

대상 데이터

^ 범위의 콘크리트를 사용하고 있다. 280kgf/cm² 레디믹 스드 콘크리트와 360kgf/cm² 현장 배합 콘크리트가 실험에 사용되었. 다.
Headed bar 제작을 위해 ASTM 970-98을 기준으로 삼아 사용되는 철근과 헤드 플레이트에 사용되는 강재는 ASTM A706을 만족하는 것을 선택하였다. .
그 시험편은 4개의 Type A(220cmx220cmx30cm, 280kgf/cm² 콘크리트 강도; 실험군 1과 2) 그리고 13개의 Type B(140cmx80cmx30cm; 360kgf/cm² 콘크리트 강도 및 280kgf/cm² 콘크리트 강도의 실 험군 3)로 나누어서 하였고, 표 2에 이 변수들을 정리하였다. 그리고, 각각의 변수에 대하여 2회씩의 실험을 행하였다.
보강 철근은 D13, 4000kg£/cm² 항복강도의 철근은 사용하였고, 0.45의 철근비로 실험체 하부를 보강하였다. 실험체의 크기와 Headed bar의 배치는 그림 6과 그림 7에 나와 있다.
자세한 헤드 플레이트 형상은 그림 5에 잘 나타나 있다. 실험에 사용된 헤드 플레이트와 철근의 이음 을 위해서 용접을 사용하였는데 마찰용접과 일반 가스용접을 사용하였다. 일반용접은 용접면적을 달리함으로써 구별을 하여 총 3가지의 용접 방법을 사용하였다.

이론/모형

Headed bar는 용접 혹은 주조과정에 의해서 제조된다. 또한 헤드 플레이트와 철근 사이의 결합 강도를 엄격하게 관리를 하고, 세 부 플레이트 치수의 결정은 헤드 아래의 콘크리트에서의 힘의 전달을 고려하여 ASTM A970-98에 맞춰서 결정한다. 기존의 연구를 통해서 밝혀진 Headed bar를 사용해서 얻을 수 있는 이점은 다음과 같다.

성능/효과

1) 콘크리트 파괴의 가장 큰 영향요소는 묻힘 길이와 Headed bar의 철근과 플레이트 이음이였으며, 넓은 면적의 용접 부위를 갖는 일반용접이 경제적 측면과 실용적 측면에서 우수한 성능을 보였다
2) 철근의 직경에 따른 Headedbare 정착내력은 직경이 커질수록 기준식에 접근하는 경향을 보인다.
3) 플레이트의 면적의 영향은 플레이트의 두께가 강도에 미치는 영향보다는 크다. 그러나 플레이트의 두께는 하중-변위 관계에 영향을 주고 있다.
4) 이 논문에 쓰인 기준 식은 앵커에 관련된 식이며, 기존 앵커와 달리 이형철근이 사용되고 더 큰 플레이트 크기가 사용되는 Headed bar의 결과도 모두 기준식에 만족하는 결과를 보이고 있다.
실험군 3에서의 파괴 면적은 기준식에서 예측한 값보다 큰 크기를 보이고 있는데 이 차이는 기준식에서 35도에서 45도까지 보고 있는 파괴 각도와 관련이 있다. ACI의 경우는 플레이트의 폭과 묻힘 깊이를 고려하고, CCD Method의 경우는 묻힘 길이를 기준으로 파괴면적을 추정하였는데 실험 결과는 이보다 큰 크기로 나왔다, Headed bar와 가까운 영역의 파괴 개도를 보면 기준식에서 예측하고 있는 각도와 비슷한 각을 보이고 있지만, 콘크리트 상부로 올라갈수록 그 각이 작아져서 큰 파괴 면적을 보이고 있으며 이는 실제 설계 시 고려되어야 한다.
헤드의 횡단면 영역은 철근의 축선에 수직으로 봤을 때의 투영 면적이다. 이를 바탕으로 대략 철근 면적 대략 10배의 헤드 면적, 또는 철근 직경 3배 의 헤드 직경이 헤드와 철근을 부착시키기 위해 필요한 것으로 나타났다.

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