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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이정윤
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수3
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2016
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현재 국내외 전단 설계기준에서는 전단보강철근의 최대 항복강도를 제한하고 있기 때문에 고강도 철근을 사용할 경우에 규정된 상한값을 초과하는 강도의 상승분을 내력에 포함시킬 수 없고 이는 고강도 재료의 적용을 저해시키는 요인으로 작용한다. 또한 일반 철근콘크리트 부재와는 달리 고강도 전단보강철근을 사용한 프리스트레스트 콘크리트부재의 전단거동평가에 대한 연구는 미흡하며, 긴장력에 의한 축압축력에 의해 철근콘크리트 부재와는 다른 전단거동을 나타내므로 국내외 설계기준에 대한 실험적인 검증이 필요하다.
본 연구에서는 전단보강철근의 항복강도가 변수인 8 개의 고강도 재료를 사용한 포스트텐션 프리스트레스트 콘크리트 보 전단실험을 실시하여 전단거동을 평가하였다. 전단영역에서의 전단 파괴모드, 전단보강철근의 항복유무, 전단내력 그리고 사인장균열의 폭 및 수 등의 실험적인 연구를 수행하였다. 또한 변형률 적합 트러스 모델과 비선형 유한요소해석 등의 해석적인 연구를 추가적으로 수행하여 실험의 결과를 검증하고 실험에서 다루지 못한 변수에 대해 시뮬레이션을 실시하여 연구의 범위를 확장하였다. 이를 통해 프리스트레스트 콘크리트 부재에 고강도 전단보강철근의 적용 가능성을 검토하고 나아가 국내외 전단설계 기준에서 제한하는 전단보강철근의 최대 항복강도 기준에 대한 적정성을 분석하였다.
실험결과 모든 프리스트레스트 콘크리트 실험체의 전단내력이 ACI 318-14 전단 설계기준식에 의한 전단내력 이상으로 측정되었다. 또한 ACI 318-14 설계기준에서 요구하는 전단보강철근의 항복강도 제한값 이상의 고강도 전단보강철근을 사용한 모든 프리스트레스트 콘크리트 실험체에서 콘크리트 복부의 선행 압축파괴 없이 전단보강철근이 항복한 이후에 최대내력에 도달하였다. 사용성 측면에서도 모든 실험체의 사인장 균열폭이 사용하중 단계에서의 한계 균열폭인 0.41 mm 보다 작은 것으로 나타났다. 이를 통해 ACI 318-14 전단설계 기준의 전단보강철근의 항복강도 제한기준이 다소 안전측에 속하는 것으로 판단된다.
RCAHEST를 이용하여 550, 600, 610 MPa의 고강도 전단보강철근을 사용한 가상의 실험체에 대하여 비선형 유한요소해석을 실시한 결과, 항복강도가 610 MPa을 넘어서면서부터 전단보강철근이 항복하지 않는 것으로 분석되었다. 따라서 프리스트레스트 콘크리트 부재에 600 MPa 까지의 고강도 전단보강철근을 적용해도 콘크리트 복부의 선행 압축파괴 없이 전단에 유효하게 저항함을 확인하였다.
본 연구의 실험 및 해석적인 결과에 근거하여 ACI 318-14 설계기준의 전단보강철근 제한값은 다소 안전측에 속하는 것으로 사료되며 KCI-12 및 CSA-04 설계기준의 전단보강철근 제한값은 프리스트레스트 부재에 대해서 전단내력 및 균열의 사용성 측면을 모두 만족하는 것으로 판단된다.
본 연구에서는 전단보강철근의 항복강도가 변수인 8 개의 고강도 재료를 사용한 포스트텐션 프리스트레스트 콘크리트 보 전단실험을 실시하여 전단거동을 평가하였다. 전단영역에서의 전단 파괴모드, 전단보강철근의 항복유무, 전단내력 그리고 사인장균열의 폭 및 수 등의 실험적인 연구를 수행하였다. 또한 변형률 적합 트러스 모델과 비선형 유한요소해석 등의 해석적인 연구를 추가적으로 수행하여 실험의 결과를 검증하고 실험에서 다루지 못한 변수에 대해 시뮬레이션을 실시하여 연구의 범위를 확장하였다. 이를 통해 프리스트레스트 콘크리트 부재에 고강도 전단보강철근의 적용 가능성을 검토하고 나아가 국내외 전단설계 기준에서 제한하는 전단보강철근의 최대 항복강도 기준에 대한 적정성을 분석하였다.
실험결과 모든 프리스트레스트 콘크리트 실험체의 전단내력이 ACI 318-14 전단 설계기준식에 의한 전단내력 이상으로 측정되었다. 또한 ACI 318-14 설계기준에서 요구하는 전단보강철근의 항복강도 제한값 이상의 고강도 전단보강철근을 사용한 모든 프리스트레스트 콘크리트 실험체에서 콘크리트 복부의 선행 압축파괴 없이 전단보강철근이 항복한 이후에 최대내력에 도달하였다. 사용성 측면에서도 모든 실험체의 사인장 균열폭이 사용하중 단계에서의 한계 균열폭인 0.41 mm 보다 작은 것으로 나타났다. 이를 통해 ACI 318-14 전단설계 기준의 전단보강철근의 항복강도 제한기준이 다소 안전측에 속하는 것으로 판단된다.
RCAHEST를 이용하여 550, 600, 610 MPa의 고강도 전단보강철근을 사용한 가상의 실험체에 대하여 비선형 유한요소해석을 실시한 결과, 항복강도가 610 MPa을 넘어서면서부터 전단보강철근이 항복하지 않는 것으로 분석되었다. 따라서 프리스트레스트 콘크리트 부재에 600 MPa 까지의 고강도 전단보강철근을 적용해도 콘크리트 복부의 선행 압축파괴 없이 전단에 유효하게 저항함을 확인하였다.
본 연구의 실험 및 해석적인 결과에 근거하여 ACI 318-14 설계기준의 전단보강철근 제한값은 다소 안전측에 속하는 것으로 사료되며 KCI-12 및 CSA-04 설계기준의 전단보강철근 제한값은 프리스트레스트 부재에 대해서 전단내력 및 균열의 사용성 측면을 모두 만족하는 것으로 판단된다.
목차
목차제1장 서론1.1 연구 배경 및 목적1.2 연구 동향제2장 프리스트레스트 콘크리트 전단설계 기준2.1 현행 전단설계 기준2.1.1 ACI 318-142.1.2 CSA-042.1.3 EN 1992 Eurocode 22.2 현행 전단설계 기준의 제한 사항2.2.1 전단보강철근의 최대 항복강도 제한2.2.2 허용 사인장균열의 폭 제한2.3 변형률 적합 트러스 모델제3장 포스트텐션 프리스트레스트 콘크리트 보의 전단실험3.1 실험 목적3.2 실험체 설계3.3 실험체 제작3.3.1 사용 재료3.3.2 실험체 제작 과정3.4 실험 방법3.4.1 실험체 설치 계획3.4.2 하중가력 및 측정장비 계획제4장 실험 결과 및 분석4.1 실험 결과4.1.1 파괴모드4.1.2 하중-처짐 관계4.1.3 균열 및 파괴 양상4.2 실험 결과 분석4.2.1 전단내력4.2.2 전단보강철근의 변형률 분포4.2.3 사인장균열의 폭 및 수제5장 트러스 모델 및 비선형 유한요소해석5.1 변형률 적합 트러스 모델의 수정 적용5.2 변형률 적합 트러스 모델 전단해석5.2.1 전단응력-전단변형률 관계5.2.2 최대 전단내력 예측 경향 분석5.3 RCAHEST 비선형 유한요소해석5.4 해석 모델 선정5.5 해석 결과 분석5.5.1 최대 전단내력 비교5.5.2 전단보강철근 항복강도에 의한 시뮬레이션5.5.3 콘크리트 압축강도에 의한 시뮬레이션제6장 결론참고문헌
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