초록 ▼

1. 연구목표
무량판 바닥구조는 지속가능 가변형 공동주택에 적합한 구조시스템이지만, 슬래브-기둥 접합부의 뚫림파괴와 연속붕괴에 취약함. 전단보강근, 전단스터드 등 기존의 슬래브-기둥 접합부 뚫림전단보강공법은 시공성이 좋지 않거나 고가의 철물을 사용하며 목표한 구조성능의 발휘가 명확히 검증되지 않은 실정임.

o 연구목표: 마이크로 강섬유 이용 슬래브-기둥 접합부 초간편 전단보강상세 개발
- 기존의 강섬유는 두께가 굵어서 인성이 낮고 배합시 섬유 얽힘 현상이 나타나며, 구조성능의 한계와 현장시공의 어려움으로 사용

1. 연구목표
무량판 바닥구조는 지속가능 가변형 공동주택에 적합한 구조시스템이지만, 슬래브-기둥 접합부의 뚫림파괴와 연속붕괴에 취약함. 전단보강근, 전단스터드 등 기존의 슬래브-기둥 접합부 뚫림전단보강공법은 시공성이 좋지 않거나 고가의 철물을 사용하며 목표한 구조성능의 발휘가 명확히 검증되지 않은 실정임.

o 연구목표: 마이크로 강섬유 이용 슬래브-기둥 접합부 초간편 전단보강상세 개발
- 기존의 강섬유는 두께가 굵어서 인성이 낮고 배합시 섬유 얽힘 현상이 나타나며, 구조성능의 한계와 현장시공의 어려움으로 사용에 한계가 노출됨. 콘크리트 균열, 취성을 개선시킬 대체 보강재 개발이 요구됨.
- 선행연구에서 기개발된 마이크로 강섬유를 콘크리트 배합시 투입함으로써 인성, 균열저항성, 인장강도를 높이고 슬래브-기둥 접합부의 보강공법 개발에 활용함.
- 부재실험을 통하여 강섬유를 이용한 습식, 건식 전단보강공법의 적용가능성을 검증하고, 시공성과 경제성 평가, 설계식 개발을 함.

2. 연차별 연구결과
본 연구의 목표달성을 위한 연차별 목표와 연구결과는 다음과 같다.
1차년도: 마이크로 강섬유의 재료물성연구
비경화 콘크리트의 슬럼프 시험 및 공기량 시험, 마이크로 강섬유 보강 콘크리트 압축시험, 휨인장시험을 수행하여, 재료의 작업성, 인성, 파괴에너지, 연성능력 등 재료의 주요 물성과 파괴특성을 규명함
2차년도: 마이크로 강섬유의 재료물성모델링과 수치해석연구
마이크로 강섬유의 재료물성연구결과에 근거하여 재료모델링을 수행하였고, 결과를 활용하여 콘크리트 해석에서 탁월한 성능을 보여주는 ANSYS 해석프로그램을 이용한 비선형 수치해석을 수행하여 마이크로 강섬유혼입률에 따른 재료의 주요 휨성능과 파괴성능을 규명함
3차년도: 마이크로 강섬유 이용 슬래브-기둥 접합부 전단보강상세 실험연구
이방향 슬래브 전단강도 연구에 앞서서 마이크로 강섬유 보강 콘크리트 일방향 슬래브의 전단 성능 검증 실험을 수행하며 결과를 토대로 전단성능을 규명함
4차년도: 개발된 전단보강상세의 건식공법 가능성 평가 실험연구
마이크로 강섬유 보강 콘크리트 이방향 슬래브의 뚫림전단성능 검증실험을 수행하며 실험결과를 토대로 기존 보강방법과 비교 분석하여 전단 성능 향상을 검증함
5차년도: 개발 공법의 사용을 위한 뚫림전단강도 모델링과 설계식 개발
마이크로 강섬유 콘크리트의 재료파괴기준을 이론적으로 정의하고 인장/압축 및 전단의 복합응력을 재하 받는 슬래브-기둥 접합부의 전단파괴매커니즘을 구조역학적으로 정의하여 접합부의 뚫림전단강도를 평가하는 방법을 개발하고 그동안의 실험연구와 분석결과를 통하여 검증함

3. 기대효과
1. 기술적 측면
• 무량판 바닥구조 사용시 요구되는 횡력저항시스템 경량화
• 마이크로 강섬유를 이용하여 별도의 전단보강철물 사용을 최소화하는 초간편 전단보강공법
• 10m 이상의 장스팬 무량판 바닥구조 실용화를 위한 요소기술 개발

2. 경제 산업적 측면
• 콘크리트 물량과 원가절감형 공법
• 고성능 초간편 전단보강공법개발을 통한 초고층, 초대형 건설의 요소기술 개발과 국내 기업에 기술이전
• 저탄소 녹색친화형 바닥구조 개발을 통하여 지속가능 공동주택시장 활성화
• 지속가능한 건축 실현과 녹색성장의 국가 아젠더에 부합

Abstract ▼

1. Purpose
Even though a flat plate is an appropriate floor system for the sustainable and reformable apartment buildings, its slab-column connections are susceptible to punching and successive failures. Current punching shear strengthening details using conventional shear re-bars and shear studs

1. Purpose
Even though a flat plate is an appropriate floor system for the sustainable and reformable apartment buildings, its slab-column connections are susceptible to punching and successive failures. Current punching shear strengthening details using conventional shear re-bars and shear studs have disadvantages of poor constructability, high cost, and in particular, not to ensure the aimed structural performances.

o Development of convenient punching shear strengthening details
- Since existing steel fibers have a thick diameter, low toughness, and fiber balling effect, there is a limitation in their application to structural members and in-site construction. Thus, an alternative shear reinforcement materials and details need to be developed.
- By addition of the micro steel fibers into concrete, the material toughness, resistance to cracking, and tensile strength are significantly enhanced, and they can be used for development of an alternative shear reinforcing method.
- By performing structural tests, the applicability of the micro steel fibers to cast-in-place and precast technologies will be verified. The constructional and economical efficiencies will be checked.

2. Research Results
The research contents and methods are as follow:
The first year, Investigation on the material properties of micro steel fibers: The workability,toughness, fracture energy, and ductility of micro steel fiber reinforced concrete was investigated based on the compressive, flexural, and slump tests.
The second year, Numerical analysis on micro steel fibers: The material properties was clarified, and numerical analysis using ANSYS program was performed based on test results.
The third year, Experimental studies on the slab-column connections using micro steel fibers: Practical shear reinforcement details using micro steel fibers was developed, and the structural performances including punching shear strength, deformability, and residual strength capacity was ensured by structural tests.
The forth year, Investigation of the applicability of the developed details using micro steel fibers to the precast concrete technology: Based on the developed shear reinforcing details using micro steel fibers, their applicability to the precast concrete technology for better constructional efficiency was developed, and their practicality and optimization were evaluated.
The fifth year, Punching shear strength modeling and design equations/methods: Based on the results of this study, the design equations and methods for use of the micro steel fibers in shear reinforcement of the slab-column connections were developed, and the constructability and economical efficiency were checked.

3. Expected Contribution
1. In terms of technologies
• Minimizing the lateral resistance system of flat plate floor systems.
• Convenient punching shear strengthening details using micro steel fibers and minimizing the use of reinforcing steels.
• Development of a flat plate floor system with a 10 m of long span.

2. In terms of economics
• Concrete and cost save
• Development of high performance shear reinforcement technology, which is essential for construction of highrise buildings and large-scale infrastructures, and the technology transfer to construction companies.
• Low carbon and eco-friendly floor systems and thus spread of sustainable apartment
• Contribution to the national agenda of sustainable construction and green-development