프리스트레스를 적용하지 않은 PS강연선의 부착특성 :Bond Characteristics of Non-Prestressed Strand

김기현

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김기현 (계명대학교, 계명대학교 대학원)

지도교수: 양준모

발행연도: 2021

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2021

프리스트레스를 적용하지 않은 PS강연선의 부착특성

김기현 토목공학과 2021.01 학위논문

2019

고강도 PS강연선에 대한 NASP 부착실험

김기현 , 우성진 , 양준모 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2019.10 학술대회자료

2014

고강도 강연선의 프리스트레스 손실 연구

김기현 , 윤석구 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2014.05 학술대회자료

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기존 인장강도 1,860MPa 강연선을 대체할 인장강도 2,160MPa, 2360MPa의 고강도 PS강연선이 개발됨에 따라 신규 PS강연선을 반영하여 KS D 7002(2019) 규격이 개정되었고, 응력부식성, 피로, 굴절 인장성능, PS강연선의 품질기준 등이 새롭게 추가되었다. 이와 같이 고강도 PS강연선에 대한 연구 및 검토가 활발히 진행되고 있지만 프리스트레스를 적용하지 않은 PS강연선의 부착특성에 관한 연구는 상대적으로 부족한 실정이다. PS강연선의 부착에 관한 연구가 중요한 이유는 프리텐션 공법에서는 PS강재와 콘크리트와의 직접적인 부착에 의해 긴장력이 전달되고, 긴장력이 모두 전달되지 않는 구간인 전달길이를 파악하는데 있어 부착이 중요한 인자이기 때문이다.
본 연구에서는 프리스트레스를 적용하지 않은 PS강연선의 부착특성을 살펴보기 위해 PS강연선의 인장강도, 직경, 피치 길이, 매트릭스의 배합 종류, 강도, 피복두께, 강섬유 혼입 유무 변수에 따른 실험체를 제작하고, NASP 부착 실험을 수행하였다. 또한 NASP 부착 실험을 통해 도출된 결과값을 통해 전달길이를 산정할 수 있는 식을 제안하였다.
실험결과, 인장강도 2,360MPa PS강연선의 인발하중은 ASTM A416(ASTM A416, 2018)과 National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) Report 603 Appendix I(Ramirez and Russell, 2008)에 제시된 허용기준 대비 높은 인발하중을 나타내었다. PS강연선의 인장강도에 따른 부착력은 B종 대비 C종이 40.7% 증가하였고, C종 대비 D종이 5.5% 감소하여 C종, D종, B종 순서로 부착력이 높게 측정되었지만, 이는 PS강연선의 인장강도의 영향보다는 PS강연선의 표면형상, 피치, 부식정도에 따른 결과로 보인다. 또한 PS강연선의 부착력은 매트릭스의 압축강도와 PS강연선의 직경이 커질수록, PS강연선의 피치가 짧을수록 부착력이 증가하는 경향을 나타내었다. 피복두께에 따른 부착력은 피복두께가 증가할수록 PS강연선과 모르타르의 부착력이 증가하였지만, 피복두께 57.8mm 지점부터 수렴하는 경향을 나타내었다. 강섬유 혼입 유무에 따른 부착력은 강섬유를 혼입한 배합의 압축강도가 높았음에도, 혼입한 배합의 부착력이 낮게 측정되었으며, 매트릭스의 배합 종류에 따른 부착력은 콘크리트 배합 내 골재가 균열발생을 제한시켜 모르타르보다 더 높은 부착력을 나타내었다.
NASP 부착 실험 결과값을 통해 전달길이를 산정할 수 있는 NASP 전달길이 산정식은 직경 12.7mm PS강연선에 대해 기존 전달길이 산정식과 1%차이로 직경 12.7mm PS강연선에 대한 전달길이를 정확하게 반영하였지만, 직경 15.2mm PS강연선에 대해서는 30% 이상의 차이로 직경 15.2mm PS강연선에 대한 전달길이는 반영하지 못하였다. 이에 따라 본 연구에서는 직경 15.2mm PS강연선에 적용 가능한 NASP 전달길이 산정식을 제안하였다.

High-strength PS strands with a tensile strength of 2,160MPa and 2,360MPa were developed to replace the conventional 1,860MPa PS strand. New high-strength PS strands were reflected to the KS D 7002 (2019) standard, and quality criteria of stress corrosion, fatigue, and deflected tensile performance for PS strand were newly added to the KS standard. As such, researches and reviews on high-strength PS strands are actively underway. However, studies on the bond characteristics of non-prestressed strand are relatively insufficient. The reason why research on the bond of PS strand is important in pretension construction is the prestress of PS strand is transmitted by direct bond between PS strand and concrete, and the bond of PS strand is the most important factor in determining the transfer length of the pretensioned concrete members.
In this study, test specimens were prepared and NASP bond tests were performed according to the variables of tensile strength, diameter, pitch length of PS strand, matrix mixing type, matrix compressive strength, cover, and steel fiber in order to evaluate the bond characteristics of non-prestressed strand. In addition, an equation for predicting the transfer length through the results derived from the NASP bond test was proposed.
As a result of the test, the pull-out load of PS strand having a tensile strength of 2,360 MPa was higher than the allowable value suggested in ASTM A416 (2018) and National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) Report 603 Appendix I (Ramirez and Russell, 2008). The bond strength according to the tensile strength of PS strands increased by 40.7% in PS strand of 2,160MPa compared to PS strand of 1,860MPa, and 5.5% decreased in PS strand of 2,360MPa compared to PS strand of 2,160MPa. This seems to be a result of the surface shape, pitch, and corrosion degree of PS strands rather than the effect of tensile strength of PS strands. In addition, the bond strength of PS strands tended to increase as the compressive strength of the matrix and the diameter of PS strands increased, and as the pitch of PS strands was shortened. As for the bond strength according to the concrete cover, the bond strength between PS strand and mortar increased as the concrete cover increased, but showed a tendency to converge from the point of concrete cover 57.8mm. The bond strength of the mix with steel fiber was lower than that of the mix without steel fiber, even though the compressive strength of the mix with steel fiber was higher than the mix without steel fiber. The concrete mixture showed higher bond strength than the mortar mixture because the occurrence of cracks is limited by the coarse aggregate in the concrete mixture.
The NASP transfer length calculation equation, which can be calculated from the NASP bond test results, accurately reflected the transfer length of the 12.7mm diameter PS strand with a difference of 1% from the existing transfer length calculation for the 12.7mm diameter PS strand. But the transfer length for the 15.2mm PS strand was not reflected by a difference of more than 30%. Accordingly, new NASP transfer length calculation equation applicable to 15.2mm diameter PS strand, was proposed.

#PS강연선 #인장강도 #2 #360MPa #부착력 #전달길이

1. 서 론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 국내외 연구 동향 5
1.2.1 국내 연구 동향 5
1.2.2 국외 연구 동향 5
1.3 연구내용 및 구성 7
2. 배경 이론 8
2.1 PS강연선 부착특성 8
2.1.1 부착거동 8
2.1.2 시멘트 페이스트에 의한 화학적 부착(Adhension) 9
2.1.3 기계적 맞물림 작용 (Mechanical Interlocking) 10
2.1.4 PS강연선과 매트릭스의 마찰력 (Friction) 10
2.1.5 호이어 효과 (Hoyer Effect) 11
2.1.6 쪼갬 균열 (Splitting Crack) 11
2.2 프리스트레스를 적용하지 않은 PS강연선의 부착 실험 14
2.2.1 Post-Tensioning Institute(PTI) Test 14
2.2.2 Large Block Pull-Out Test(LBPT) 14
2.2.3 North American Strand Producers(NASP) Test 15
3. 실험계획 및 방법 17
3.1 실험재료 17
3.1.1 PS강연선 17
3.1.2 모르타르 18
3.1.3 콘크리트 23
3.2 실험 변수 27
3.2.1 실험 변수 27
3.2.1 실험체 명명 27
3.3 실험체 제작 29
3.3.1 NASP 부착 실험체 29
3.4 NASP 부착 실험 31
3.4.1 실험방법 31
3.4.2 실험 종료 후 31
3.5 SEM(Scanning Electron Microscope)장비를 통한 분석 35
4. 실험결과 및 분석 37
4.1 부착특성 평가 37
4.1.1 하중(Load)-슬립(Slip) 관계 곡선을 통한 분석 37
4.2 2,360MPa PS강연선의 적합성 판정 46
4.3 PS강연선의 인장강도에 따른 부착특성 48
4.4 PS강연선의 직경에 따른 부착특성 50
4.5 PS강연선의 피치에 따른 부착특성 52
4.6 피복두께에 따른 부착특성 54
4.7 매트릭스 압축강도에 따른 영향 57
4.8 배합 종류에 따른 영향 60
4.9 강섬유 혼입 유무에 따른 영향 68
5. 전달길이 제안식 72
5.1 개요 72
5.2 전달길이 산정식 비교 및 평가 74
5.3 NASP 전달길이 산정식 비교 및 평가 76
5.4 NASP 전달길이 제안식 비교 및 평가 78
6. 결론 80
참 고 문 헌 83
영 문 초 록 87
국 문 초 록 91

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