[논문]철근콘크리트 연속보에서의 모멘트 재분배에 대한 실험적 검증

김상식; 윤형재; 이승배; 장수연; 김강수

철근콘크리트 연속보에서의 모멘트 재분배에 대한 실험적 검증
An Experimental Verification on the Redistribution of Moment in Continuous Reinforced Concrete Members 원문보기

김상식 (인하대학교 건축학부) , 윤형재 (인하대학교 건축학부) , 이승배 (인하대학교 건축학부) , 장수연 (인하대학교 건축학부) , 김강수 (서울시립대학교 건축학부)

In reinforced concrete structures, moment redistribution which can be caused as a result of plastic behavior of reinforcing bars in continuous beams and slabs, are recognized as favorable phenomenon, for it elevates the flexibility and efficiency in member and reinforcement design. To obtain detailed information of the concrete-reinforcement bonding effect on the moment redistribution of continuous beams, tests have been planned and carried out for six specimens, the positions and extents of the bonding area being taken as experimental parameters.

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문제 정의

즉, 철근콘크리트 연속보에서는 최대 부모멘트가 발생하였을 경우 단순 보에서의 경우와 같이 곧바로 붕괴가 발생하는 것이 아니라 최대 부모멘트의 일정 비율이 정 모멘트 구간으로 재분배되기 때문에 모멘트 재분배를 고려하지 않고 계산된 하중보다 더 큰 하중에 저항을 할 수 있게 된다. 이 연구에서는 철근콘크리트 연속보를 대상으로 하여 국내의 콘크리트구조설계기준에 제시되어 있는 부재 단면과 철근비에 의한 모멘트 재분배율과 미국의 ACI 318-05 기준에서 제시하고 있는 인장철근의 변형률과 모멘트를 이용하여 산정되는 모멘트 재분배율을 비교해 보고, 철근콘크리트 부재에서의 인장증강효과가 연속보에서 모멘트 재분배에 어떠한 영향을 미치는가에 대해 실험을 통해 고찰하고자 한다.

제안 방법

시험체는 lOOOkN 용량의 오일 잭과 가력용 형강을 사용하여 시험체의 상부에 2점 집중하중으로 단조가력하였으며, 가력속도는 분당 5kN 을 기준으로 하였다. 시험체의 단부는 연속보의 효과를 극대화하기 위하여 500kN 용량의 오일 잭을 사용하여 제어를 하였으며, 단부의 제어 기준은 양 지점의 경간 안쪽의 처짐과 바깥쪽의 처 짐값의 평균을 내어 이와 동일한 값으로 단부의 처짐을 제어하는 변위 제어를 하였다.
가력속도는 분당 5kN 을 기준으로 하였다. 시험체의 단부는 연속보의 효과를 극대화하기 위하여 500kN 용량의 오일 잭을 사용하여 제어를 하였으며, 단부의 제어 기준은 양 지점의 경간 안쪽의 처짐과 바깥쪽의 처 짐값의 평균을 내어 이와 동일한 값으로 단부의 처짐을 제어하는 변위 제어를 하였다. 시험체의 지점 중심 간 거리는 4, 400mm이며, 하중이 작용하는 위치는 양 지점에서 1, 400mm 떨어진 곳으로 하였다.
시험체 단면의 크기와 주인장 철근, 압축 철근은 그림 1과 같이 계획하였으며, 또한 보의 전단파괴를 방지하기 위하여 그림 2와 같이 스터럽을 설치하였다. 철근과 콘크리트의 비부착을 위한 작업은 석고를 사용하여 마디 사이를 메운 후 테이프를 감아서 철근과 콘크리트의 부착력을 줄이는 방법으로 하였으며, 가력점과 반력 점은 그림 3과 같이 계획하였다. 또한 각 시험체마다 그림 3에 표시된 위치에 와이어 스트레인 게이지를 부착하여 주근의 변형률을 측정할 수 있도록 하였으며, 지점은 보의 상부철근에 그리고 가력점과 중앙부는 보의 하부철근에 와이어 스트레인 게이지를 부착하였다.

대상 데이터

시험체의 단부는 연속보의 효과를 극대화하기 위하여 500kN 용량의 오일 잭을 사용하여 제어를 하였으며, 단부의 제어 기준은 양 지점의 경간 안쪽의 처짐과 바깥쪽의 처 짐값의 평균을 내어 이와 동일한 값으로 단부의 처짐을 제어하는 변위 제어를 하였다. 시험체의 지점 중심 간 거리는 4, 400mm이며, 하중이 작용하는 위치는 양 지점에서 1, 400mm 떨어진 곳으로 하였다. 주인장 철근의 중앙부 및 가력점, 지점의 상부에 부착된 와이어 스트레인 게이지를 통해 철근의 변형률을 측정하였고, 실험 자료의 취득은 5초당 중앙부의 하중 및 보의 변위, 철근의 변형률 등을 데이터로 거를 통해 수집하였다.
시험체의 지점 중심 간 거리는 4, 400mm이며, 하중이 작용하는 위치는 양 지점에서 1, 400mm 떨어진 곳으로 하였다. 주인장 철근의 중앙부 및 가력점, 지점의 상부에 부착된 와이어 스트레인 게이지를 통해 철근의 변형률을 측정하였고, 실험 자료의 취득은 5초당 중앙부의 하중 및 보의 변위, 철근의 변형률 등을 데이터로 거를 통해 수집하였다.

성능/효과

1) 비부착 구간의 위치가 철근콘크리트 연속보에서 모멘트 재분배에 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 하지만 비부착 구간이 부모멘트 발생지점에 위치하게 되는 경우, 초기에 발생되는 큰 균열에 의한 철근의 과다한 변형률 때문에 모멘트 재분배 효과를 기대할 수 없었다.
4퍼센트에 실험값이 근접하다는 것을 알 수 있다. 그러나 비부착 구간이 중앙부에 위치한 시험체 C-T0-B3-2의 모멘트 재분배율은 식 (2) 에 의해 계산된 모멘트 재분배율 10.4퍼센트보다 많은 13.5 퍼센트로 측정되어, 모멘트의 형상과 비부착 구간의 위치 및 부재의 특성에 의하여 철근의 비부착이 부재의 강도에 영향을 미치지 못하는 경우도 있음을 확인할 수 있었다. 또한 인장철근의 변형률이 0.
시험체의 변수인 비부착 구간의 위치와 비부착 구간의 유무는 그림 4와 같이 모멘트 재분배를 위한 지점의 철근 항복과 가력점의 철근 항복 순서에 큰 영향을 미치는 것으로 관찰되었다. 본 실험에서 사용된 철근의 항복 변형률은 0.

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