철근콘크리트 보의 횡방향변형에 관한 실험적 연구

신근옥 전남대학교 2016 국내박사

스터럽의 거동은 철근콘크리트 보의 전단강도에 영향을 주는 주요 인자 중에 하나이고 콘크리트구조기준과 도로교설계기준을 비롯한 대부분의 현행 설계기준의 설계전단강도는 기본적으로 스터럽의 항복을 기준으로 산정되도록 되어 있다. 따라서 하중 증가에 따른 스터럽의 거동 변화와 특성을 파악하게 된다면 복잡한 철근콘크리트 부재의 전단파괴 현상을 보다 더 잘 이해할 수 있다. 이 논문은 실험을 통해 철근콘크리트 보의 횡방향변형을 측정하여 횡방향변형 특성을 이해하고 이를 통해 스터럽의 거동을 파악하여 전단거동 및 전단파괴에 대한 이해를 높이기 위한 것이다. 스터럽에 게이지를 부착하여 스터럽 변형률을 측정하던 기존의 실험 방법이 아닌 특별히 제작한 지그와 균열게이지를 이용하여 복부전단요소의 평균횡방향변형률을 측정하였다. 이를 위하여 콘크리트 압축강도(), 전단경간-깊이비(), 주철근비() 및 스터럽비()를 실험변수로 한 총 24개의 시험체를 제작하고 파괴실험을 실시하였다. 시험체의 앞, 뒷면에 각각 균열게이지를 설치하여 횡방향변형을 측정하여 시공오차 및 뒤틀림의 영향을 확인하였고 콘크리트 압축대에서의 횡방향변형 발생여부와 받침점으로 갈수록 압축력의 합력선이 감소하는 현상을 확인하기 위하여 받침점으로부터 떨어진 위치에 표점거리가 서로 다른 균열게이지를 설치하여 횡방향변형을 측정하였다. 측정된 두 게이지의 횡방향변형이 차이가 없다는 사실을 통해 콘크리트 경사압축대에서 횡방향변형이 발생하지 않고, 받침점에 가까워질수록 압축력의 합력선이 감소함을 확인하였다. 따라서 압축력의 합력선이 감소하는 현상, 즉 아치현상을 반영할 수 있는 모델 개발의 필요성을 인식하였다. 전단균열하중 이후에 횡방향변형이 측정되기 시작하였고, 낮은 하중단계에서는 횡방향변형의 증가폭이 작았으나 하중단계가 높아짐에 따라 동일한 하중증가에 대해 훨씬 큰 폭으로 횡방향변형이 증가하였다. 이러한 현상은 전단경간 중앙에서 현저하게 나타나 횡방향변형의 지간분포는 전단경간 중앙에서 최대를 나타내고 구속효과로 인해 하중점과 받침점으로 갈수록 감소하는 종모양을 나타내었다. 즉 횡방향변형에 대한 위험단면은 전단경강 중앙이 되고 전단경간 중앙의 횡방향변형을 효과적으로 제어한다면 전단강도의 증가를 기대할 수 있으므로 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다. 대부분의 시험체가 최대하중의 70~80%의 하중단계에서 전단경간 중앙의 스터럽이 항복하였고 나머지 20~30%의 하중이 증가하여 최대하중에 이르는 동안 스터럽 항복변형률의 2배 이상에 해당하는 횡방향변형률이 발생하였다. 즉 변형률의 관점에서 보면 스터럽이 항복한 후의 횡방향변형이 전체 거동을 지배하므로 소성 변형구간에 대한 연구를 통해 보다 정확한 파괴모드와 강도를 예측할 수 있음을 확인하였다. 또한 전단파괴 또는 휨-전단파괴 한 시험체를 MCFT(수정압축장이론)과 LSD(한계상태설계법)를 이용하여 해석하고 그 결과를 실험에 의한 하중-횡방향변형률 관계와 비교하였다. 분석결과에 따르면 LSD가 MCFT에 비해 파괴모드는 비교적 잘 예측하였지만 소성변형단계에서 균열 경사각 감소에 대한 하중의 증가율이 MCFT보다 LSD에서 더 크게 나타났다. 따라서 LSD에 의해 설계를 할 때 경사각 선정에 보다 더 주의를 기울여야 한다. 또한 콘크리트 압축강도가 증가하면 실험에 의한 횡방향변형률은 감소하였지만 MCFT와 LSD에 의한 값은 오히려 증가하는 경향을 나타냈다. 전단경간-깊이비에 대하여는 전단경간-깊이비가 증가함에 따라 실험과 MCFT에 의해서는 횡방향변형률이 증가하였지만 LSD는 감소하였다. 그리고 주철근비 및 스터럽비가 증가하면 실험, MCFT 및 LSD 모두 횡방향변형률이 감소하는 경향을 나타냈지만 감소율에서 큰 차이를 나타냈다. 즉, 두 이론 모두 적절한 경사각의 선정을 통해 유효한 범위 내에서 강도의 예측은 가능하였으나 횡방향변형률에 대한 전단인자들의 영향은 적절히 반영하고 있지 못하였다. 본 논문에서 수행한 실험을 통해 스터럽 항복을 기준으로 강도를 예측하고 있는 기존 설계기준 및 해석모델을 적용함에 있어 경사각 선정의 중요성을 확인하였고 기존의 모델들이 횡방향변형 특성을 제대로 반영하고 있지 못하다는 것을 확인하였다.

설계기준에 따른 단철근 직사각형보의 해석 결과 비교연구

정은기 전남대학교 산업대학원 2010 국내석사

콘크리트 구조설계 기준의 등가 직사각형 응력 블록에 의한 공칭 휨강도 산정은 설계 공칭휨 강도의 산정을 위한 간편하면서 비교적 정확한 값을 산출하는 방법이라 사료된다. 그러나 강도 감소계수 산정 시 최외측 인장철근의 순 변형률을 산정해야 하는 번거로움이 발생한다. 이에 반해 EC2에 의한 설계법은 재료모델과 재료 강도감소 계수를 고려함으로써 직접적으로 설계 휨강도를 산정하므로 콘크리트 구조설계 기준과 같은 강도 감소계수의 산출이 불필요하고 이러한 계산상 불편함이 줄어든다. 본 연구는 단철근 직사각형보의 설계 휨강도의 산정에 대한 두 설계법의 차이를 비교 분석하고, 단철근 직사각형보에 대한 예제를 통해 두 설계법 간의 설계 휨강도 및 사용 하중상태시의 응력 상태를 비교 검토하였다. 해석결과, 설계 휨강도 산정은 두 설계법간 유사한 값을 보이나 EC2의 경우 강도 감소계수를 적용하지 않으므로 계산이 비교적 간단해 짐을 볼 수 있었다. 사용하중 상태에서 철근의 응력은 EC2에 의한 결과가 약 1~4.6% 크게 산출되었다. 곡률에 대해 EC2의 해석결과 휨모멘트의 증가에 따라 비선형적인 곡률의 증가를 관측할 수가 있었다. 이에 반해 콘크리트구조설계기준에 의한 곡률은 선형적으로 증가함을 알 수 있었고, 이는 콘크리트 구조설계 기준에서 사용 하중단계 해석은 선형탄성해석을 사용하기 때문이다. 이러한 콘크리트 구조설계기준에 의한 결과는 선형탄성 구간에만 적용됨으로서 항복 변형률 이후의 곡률관계의 산정이 불가능하다. 그러나 p-r곡선을 사용할 경우 사용하중에서 극한 하중까지 일관된 방법에 의해 곡률의 산정이 가능하다. 곡률은 사용성 검토 즉, 균열폭에 직접적으로 영향을 미치는 인자이므로 이에 대한 정확한 측정이 필요할 것으로 사료된다. Korean Concrete Structural design code is based on the ultimate strength of the structural members assuming a failure condition, whether due to the crushing of concrete or due to the yield of reinforced steel bars. Service flexural strength is calculated by following process. First, calculating the nominal flexural strength of a structure use equivalent rectangular stress block. Second, calculating strength reduction factor correspond to net tensile strain. Third, service flexural strength is calculated by nominal flexural strength that is multiplied by strength reduction factor. On the other hand, Euro-code2 is based on material law and limit state design method. service flexural strength is calculated by using partial safty factot and p-r curve. The purpose of this study is comparison and analysis of differences by calculating curvature and flexural strength of singly reinforced rectangular beam on KCI and EC2. Under service load, the stress of the steel calculated by EC2 is l.0% to 4.6% larger. The curvature calculated by EC2 is increased non-linearly as flexural strength is increasing. The curvature calculated by KCI is increased linearly as flexural strength is increasing. The result of calculating design flexural strength is Similar by EC2 and KCI. However, the check of Serviceability in case of KCI, can't check it after steel yielding, because KCI has material model just only under linear elastic range. In the case of EC2, it has material model(p-r curve). EC 2 can check serviceability until the ultimate load level as consistent manner.

외부 프리스트레싱에 의한 PSC교량의 성능개선을 위한 정착부의 응력해석

김용운 전남대학교 대학원 2002 국내석사

PSC교량에서 콘크리트의 노후화와 내부 텐던의 손상으로 인한 프리스트레스력의 손실로 교량 자체의 내구력이 심각하게 저하되고 과다한 처짐과 균열의 발생으로 사용성에 문제가 되고 있다. PSC Beam교량의 대부분이 내부 부착강선의 사용으로 재차 프리스트레스를 줄 수 없는 단점이 있다. 현재 이러한 PSC 교량의 성능개선을 위하여 외부 프리스트레싱에 의한 보강이 가장 많이 이루어지고 있다. PSC 교량의 성능개선을 위하여 기존의 정착부 내에 외부 프리스트레싱에 의한 새로운 정착부가 형성되고, 이러한 정착부의 콘크리트에는 복잡한 국부집중응력이 발생되고 균열 또는 파괴를 일으키는 위험단면을 형성하게 된다. 본 연구는 외부 보강방식에서 보강 성능이 우수한 하부지압 긴장방식을 채택하여 하부 지압판의 크기와 위치에 변화를 주어 여러 단계의 해석을 수행하였다. 해석 결과에 의하면 기존의 내부 긴장재가 없는 경우에는 보강을 위한 새로운 정착부의 주변에 큰 인장응력이 발생하며, 하부 지압판을 멀리 배치하면 감소한다. 기존의 내부 긴장력이 후면에 압축 지압응력으로 작용할 때는 하부 지압판이 정착구에 근접하면 정착구 전면에 큰 압축응력과 상부에 인장응력이 발생하고, 너무 멀어지면 정착구 전면에 인장응력과 상부에 압축응력이 발생한다. 응력분포 특성에 의하여 하부 지압판의 위치는 정착구에서 콘크리트 하연까지 거리의 1.5∼2.0배 정도의 위치가 가장 적합하며, 이 때 외부보강 정착부 주변의 파열응력 및 할렬응력에 의한 유해한 인장응력이 최소가 된다. The Performance of Deteriorated PSC beam bridges has been considerably decreased due to damage of concretes and the loss of internal tendon forces. The loss of prestressing makes problem serviceability of bridges that seriously decreased durability of bridge for excessive deflection and cracks. Most of PSC beam bridges takes a form of internal bonded tendons, and such a internal bonded tendons has a defect that it does not give a retensioning. Presently, a number of external prestressing method for strengthening of this Deteriorated PSC beam bridges has been selected. The external prestressing method is generated excessive concentrated stress by using the external unbonded tendons and because excessive stress of concrete bring out problems such as failure or cracks in the anchorage zone. In this study, a properties of local concentrated complex stresses and risk sections due to additional anchorage device system in existing anchorage zone for improvement of performance of PSC beam bridges by external prestressing method was analytically investigated using FEM. The analysis of stress was performed to analyse various cases by location and dimensions of under bearing plate of external prestressing anchor. The results of analysis, a large tensile stresses was occurred around new anchorage zone without internal tendon forces. On the other hand, when internal tendon force acts on back side, large compressive stress on behind anchor and tensile stress to ahead anchor happen. This stresses was changed by position of under bearing plate. The position of under bearing plate by the properties of stresses is most suitable position about 1.5∼2.0 times of distance from anchor to bottom surface of concretes. In this case, a harmful stresses by bursting and spalling stresses amount to smallest at the anchorage zone of external prestressing.

강섬유 보강 철근콘크리트 인장부재의 균열거동 및 인장강화효과 모델

박경우 전남대학교 2015 국내박사

이 논문은 강섬유로 보강된 철근콘크리트 인장부재의 균열 거동 및 인장강화효과를 직접인장실험을 통해 파악하고, 강섬유가 보강되지 않은 보통 콘크리트와 직접적인 비교를 통해 강섬유 보강 콘크리트의 특성을 반영한 균열간격 상관관계 및 인장강화효과 모델을 제안한 것이다. 이를 위하여 보통 콘크리트 및 강섬유로 보강된 철근콘크리트 인장실험체를 피복두께와 철근 지름의 비에 따라 각 6개씩 총 12개를 제작하여 직접인장실험을 수행하였고, 그 결과로부터 강섬유로 보강된 철근콘크리트 인장부재의 균열 거동과 인장강화효과를 비교?분석하였다. 실험결과에 따르면 강섬유로 보강된 콘크리트는 쪼갬균열의 발생과 진행을 억제하는 성능이 양호하며, 특히 피복두께가 철근 지름의 3배 이상이면 쪼갬균열이 발생하지 않았다. 균열간격은 보통 콘크리트 및 강섬유로 보강된 실험체 모두에서 피복두께가 두꺼워짐에 따라 증가하였으며, 현행 설계기준들에서 규정하는 최대 및 평균 균열간격 식으로 계산한 것보다 비교적 작게 측정되었다. 그리고, 강섬유로 보강된 철근콘크리트 인장부재는 피복두께가 두꺼워질수록 인장강화효과가 증가하였으며, 일부 실험체의 경우에는 작용하중이 증가함에도 인장강화효과 가 증가하였다. 특히, 인장강화효과의 크기를 결정하는 인장강성 계수의 분석을 통하여 확인한 결과, 보통 콘크리트를 기준으로 인장강화효과를 규정하고 있는 현행 설계기준의 규정에 의한 예측값과 차이가 발생하였다. 이 연구에서 수행한 실험 결과로부터 강섬유 보강 철근콘크리트 및 보통 철근콘크리트 부재에서 발생한 횡방향균열의 개수로 산정되는 평균균열간격을 이용하여 각 부재의 최대균열간격 및 최소균열간격을 예측할 수 있는 상관관계를 선형 회귀분석 및 통계분석을 통하여 제안하였으며, 제안된 균열간격의 상관관계는 예측값의 정확성과 신뢰성이 비교적 양호함을 확인하였다. 또한, 실험으로부터 측정된 하중과 철근의 평균변형률 자료를 이용하여 인장강성 계수를 분석하고, 인장강화효과를 규정하고 있는 CEB-FIP Model Code 1990 및 EUROCODE 2의 인장강성 계수를 강섬유 보강 콘크리트의 특성과 피복두께의 영향이 반영될 수 있도록 수정 모델을 제안하였다. 인장강성 계수의 수정을 통해 제안된 인장강화효과 모델은 강섬유로 보강된 철근콘크리트 인장부재의 인장강성 거동을 피복두께의 변화에 상관없이 비교적 정확하게 예측하였다.

프리캐스트 콘크리트 교량바닥판 이음부의 구조성능에 대한 연구

오현철 전남대학교 2017 국내박사

프리캐스트 콘크리트 교량바닥판은 공기 단축과 고품질 확보라는 장점 때문에 도심지 공사와 같이 급속 시공이 필요한 곳에서 현장타설 바닥판의 효과적인 대안으로서 그 수요가 증대하고 있으며, 관련 분야에 대한 연구도 지속적으로 증가하고 있다. 프리캐스트 콘크리트 바닥판의 경우 바닥판 간 이음부의 균열과 누수 등의 사용성 문제가 중요하며 이음계면의 형태 및 연결 방법에 따라 구조물의 성능이 좌우되므로 소요강도 및 사용성 등을 확보하면서 경제적인 급속 시공이 가능한 이음부 연결기술이 중요하다. 기존 프리캐스트 콘크리트 바닥판 연결 공법 중에서 종방향 내부긴장재를 이용한 프리캐스트 바닥판 공법이 가장 널리 적용되고 있으며, 콘크리트 바닥판 내부에 긴장재를 삽입하여 바닥판 간 이음부를 연속화하는 방법이다. 이 공법은 구조성능 및 내구성이 우수함에도 불구하고, 프리스트레싱 작업에 따른 공사비용이 증가하고 작업 난이도가 높아 경제성 및 시공성 측면에서 매우 불리하다. 루프철근, 헤디드 철근 등을 이용한 직접연결식 프리캐스트 바닥판 이음 형태는 내부긴장재를 이용한 공법에 비해 경제적이고 시공성이 좋은 반면에 바닥판 간 이음계면 사이의 현장타설로 이음부의 균열과 누수 등의 사용성에 문제가 있다. 이 연구에서는 프리트캐스트 콘크리트 교량바닥판 시스템의 경제성, 시공성을 확보하고, 이음부의 균열 및 파손에 의한 결함을 최소화 할 수 있는 루프철근 이음과 비대칭 요철형 이음계면을 갖는 새로운 형태의 프리캐스트 콘크리트 바닥판 이음방법을 제안하고 실험과 해석적인 연구을 통하여 구조성능을 검증하였다. 부재실험에서는 프리캐스트 콘크리트 바닥판 이음부의 여러 가지 형태를 비교분석하여 접합효율이 가장 우수한 최적형상을 도출한 후 합성교량 실험을 통하여 구조성능 및 사용성을 검증하였다. 또한 비선형 유한요소해석을 통하여 실험 결과를 해석적으로 검증하고, 루프철근 이음부의 정착에 관한 지압강도 모델을 제안하여 실험결과와 해석결과를 비교 검증함으로서 새롭게 제안된 교량바닥판 이음부의 구조적 안정성을 이론적으로 검증하였다. 이 연구로 제안된 루프철근 이음과 비대칭 요철형 이음계면을 갖는 프리캐스트 콘크리트 교량바닥판 이음방법은 구조적 성능을 충분히 확보하고 경제성, 시공성을 확보할 수 있는 프리캐스트 콘크리트 교량바닥판 이음방법의 최적 대안으로서 다양하게 활용되어질 것으로 기대된다.

고강도 콘트리트의 인장강성 효과에 대한 연구

윤성호 전남대학교 대학원 1999 국내석사

사회가 발전하고 구조물이 대형화됨에 따라 더 나은 구조재료의 성능이 요구되어진다. 그 중 가장 중요한 것이 콘크리트의 고강도화이다. 본 연구에서는 보통강도콘크리트 및 고강도콘크리트를 사용한 구조물에서 철근과 콘크리트 사이의 인장강성 효과와 균열의 형상을 알아보고자 인장강성 실험을 수행하였다. 부착거동을 지배하는 많은 변수들 중 가장 현실적이고 전형적인 변수라고 판단되는 최소의 변수인 콘크리트 강도를 250kg/㎠, 650kg/㎠, 900kg/㎠의 세 종류로 하였다. 균열면에서 인장력은 모두 철근에 의해서 부담된다. 하지만 균열과 균열 사이에서는 부착에 의해서 인장력이 철근으로부터 주위의 콘크리트로 전달된다. 따라서 콘크리트가 철근의 인장강성에 기여하게된다. 이러한 효과를 "인장강성 효과"라 한다. 직접인장 실험을 통한 실험적 결과를 통하여 철근 콘크리트 부재에서의 균열 형상, 반복하중에 의한 콘크리트의 국부손상, 인장강성 효과에 대해 연구하였다. 실험 결과에 의하면, 1) 초기 균열의 발생은 고강도 콘크리트에서 저강도 콘크리트보다 높게 나타났다. 2) 균열간격은 고강도 콘크리트가 저강도 콘크리트보다 좁게 측정되었다. 3) 인장강성 효과는 고강도 콘크리트에서 크게 나타났으며, 강도가 높을수록 철근만의 거동에 빠르게 접근하여 인장강성이 급격히 감소하였다. 4) 반복하중에 의한 국부손상은 고강도 콘크리트에서 빠르게 발생하고 저 강도에서는 점진적으로 발생하였다. 철근 콘크리트 부재에 있어서 인장강성 효과는 균열 발생 전후에 가장 크게 나타나며 하중이 파괴하중에 도달할수록 무시되므로, 항복하중을 전후한 정확한 해석을 위해서는 인장강성 효과를 고려해야 한다. In accordance with development of society, structure is become to large scale, and construction material is become to call for better performance than before. Main demanding performance to concrete is high strength. In this study, Tension stiffening effect and crack pattern of Tension specimen with concrete strength variable was experimental investigated using Tension Stiffening Test. We selected the most practical and typical variable which is concrete strength among various variable so we used three kinds of concrete strengths such as 250kg/㎠, 650kg/㎠, and 900kg/㎠. In a cracked cross-section all tensile forces are balanced by the steel only. However, between adjacent cracks, tensile forces are transmitted from the steel to the surrounding concrete by bond forces. The contribution of the concrete may be considered to increase the stiffness of the tensile reinforcement. Therefore this effect is called the "Tension Stiffening Effect". This paper presents on the crack pattern, local damage of concrete by repeated loading and tension stiffening effect of RC tension members, based on experimental results which were obtained from direct tension test with main experimental variable such as concrete strength. From the experimental program, 1) primary crack induced load in high strength concrete is higher than in normal strength concrete. 2) It was observed that high-strength concrete specimens exhibited smaller crack spacings than that of normal-strength concrete specimens. 3) The effect of tension stiffening was more efficient in high strength concrete, and rapidly decreased as the concrete strength increased. 4) Local damages by repeated load were rapidly induced in high strength concrete, and induced progressively in normal strength concrete. The tension stiffening effect on RC member was biggest near the behavior of concrete cracking and decreased as the load closed to the breaking point. Thus the tension stiffening effect near the cracking load of concrete should he considered fer mire exact analysis.

한계상태설계법에 따른 복철근 직사각형 보의 해석 연구

이형주 전남대학교 산업대학원 2011 국내석사

최근 콘크리트와 철근의 고강도화와 설계법의 정밀화에 따라 사용하중하 에서의 휨이나 균열에 대한 사용성에 대한 검토가 더욱 중요시되고 있음에도 불구하고 기존이론에 의한 휨 계산은 많은 모순을 포함하고 있는 실정이다. 국내에서 주로 사용하는 강도설계법에 기반한 콘크리트구조설계기준과 유럽연합(EU)에서 지정한 한계상태설계법에 기반한 EC2는 설계시 안전율을 고려한 방법상에 많은 차이를 보인다. 본 연구는 위의 두 설계법에 따라 동일한 복철근 직사각형 보의 휨강도와 곡률을 산정하여 그 차이를 비교 분석하는데 목적을 두었다. 콘크리트구조설계기준과 EC2의 큰 차이점은 KCI의 경우 강도감소계수를 고려하여 계산을 반복해야하는 반면 재료모델을 기반으로 한 새로운 설계기준의 경우에는 재료감소계수를 사용하기 때문에 설계가 기존보다 간편하다는 것을 알 수 있었다. 또한 콘크리트구조설계기준과 EC2의 설계 휨강도 산정 결과 두 설계법간 유사한 값을 보이나, 콘크리트 구조설계기준에서는 선형 탄성 구간에서만 적용되므로 항복 이후의 곡률 산정과 사용성 검토에는 어려움이 있었다. 그러나 EC2의 경우에는 P-R곡선을 사용하여 사용하중 단계뿐만 아니라 극한하중 단계시까지 일관된 방법으로 계산이 가능하였다. According to the high strength of the concrete and the accuracy of the design method, the calculation for bending on the existing knowledge has many contradictions at it, although the serviceability consideration is crucial for the bending and crack under the service load. Standard design compressive strength of concrete based on the strength design method mainly used in the domestic country and Eurocode 2 from the limit design method appointed by the European Union have many differences in the matter of which considers stability of the design method. The object of this study is to compare and analyze the difference of each bending strength and curvature of the same double reinforced rectangular beam under the two design methods. In the case of the concrete design criteria, whenever it works, while it needs repetitive calculations which considers capacity reduction factor, the limit design method based on the material models is more comfortable by reason of using the material reduction factor, it is the main difference between the Standard design compressive strength of concrete and Eurocode 2. Also, while the two design method have similar figures from the results of the calculation with the design bending strength on the Standard design compressive strength of concrete and Eurocode 2, in the case of the Standard design compressive strength of concrete, it has difficulty on the curvature calculation and serviceability consideration after steel yielding, because the Standard design compressive strength of concrete has material model just only under linear elastic range. Eurocode 2, on the other hand, is possible to calculate with consistent way to check serviceability until the ultimate load.

휨·축력을 받는 부재의 강도상관곡선 비교 분석에 관한 연구

김희용 전남대학교 대학원 2011 국내석사

철근 콘크리트 구조물 설계를 위해 과거 허용응력설계법으로부터 강도설계법, 및 한계상태설계법으로의 발전이 이루어지고 있다. 현재 우리나라의 콘크리트구조설계기준은 강도설계법에 기반하고 있으나, 유럽연합(EU)에서는 한계상태설계법에 기반한 Euro-code 2를 사용하고 있으며 이 두 설계기법 간에는 설계시 안전율을 적용하는 방법에서 큰 차이를 나타내고 있다. 본 논문에서는 휨·축력을 받는 철근콘크리트 부재의 강도상관곡선을 Euro-code2 설계법에 따라 산정하고 이를 현행 콘크리트구조설계기준의 값과 비교 분석 하였다. 이를 위해 단면형상, 역학적철근비, 피복두께에 따른 강도상관곡선 특성을 분석하였다. 해석결과, 콘크리트구조설계기준에 의한 강도상관곡선 산정시, 최외곽 변형률을 통해 산정하므로 계산상 복잡함이 따른다. 반면 재료모델을 기반으로 한 Euro-code 2에 의한 강도상관곡선 작성 시에는 재료감소계수를 사용하므로 최외측의 변형률에 대한 검토가 불필요하여 간편하다. 무차원 계수 축강도는0.031∼7.06%, 무차원 계수 휨강도는 0.09∼7.55%로 두 설계기준간의 차이가 크지 않았다. 또한 콘크리트구조설계기준의 최소편심조건인 축력 한계 값을 제외한 편심조건에서 Euro-code 2의 강도상관곡선에서 축력 및 휨강도가 과소평가되었고, 이러한 경향은 피복두께를 증가함에 따라 뚜렷하였다.

이축 인장-압축장 이론을 이용한 전단부재 설계법에 관한 연구

이준석 전남대학교 대학원 2011 국내석사

현행 콘크리트구조설계기준의 전단설계방법은 강도설계법으로 탄성 이론을 바탕으로 많은 실험 자료에 의존하고 있다. 이 방법은 대체적으로 안전한 설계법이지만 깊은보와 같은 특정한 형태에서는 적용이 어려운 단점이 있다. 따라서 현재 모든 경우에 일반적으로 적용 가능한 해석 모델을 개발하는 데 관심이 집중되고 있으며 그 대표적인 전단설계 이론중 하나로 이축 인장-압축장 이론이 있다. 본 논문에서는 이축 인장-압축장 이론을 이용한 판모델로부터 모든 부재에 적용 가능한 전단설계에 접근하고자 하였다. 또한 이로부터 산정된 설계전단강도를 Leonhardt의 실험 결과와 콘크리트구조설계기준에 의한 전단강도와 비교·분석하였다. 연구 결과 이축 인장-압축장 이론이 적용된 판모델의 종방향 철근의 방향각인 α와 횡방향 철근의 방향각인 β에 대해 각각 α=0˚, β=˚인 경우와 α=0˚, β≠0˚를 적용함으로서 수직스터럽과 경사스터럽이 사용된 전단 부재 설계가 가능하고 이는 기존의 EC2 (Euro-Code2)의 전단설계법과 유사함보였다. 콘크리트구조설계기준과 본 연구를 통한 설계전단강도를 산정한 결과 콘크리트구조설계기준은 실험값의 약 51.2 ~ 72.9%로 산정되었고, 본 연구를 통한 설계전단강도는 실험값에 대해 약 63.6 ~ 83.5% 수준으로 산정되어 구조설계기준에 의한 전단강도에 비해 정확한 설계가 가능함을 보였다. 또한 복부폭이 작아지고 전단 철근비가 증가할 때 구조설계기준에 의한 전단설계는 과다설계가 이루어질 수 있는 반면, 본 연구에서 유도된 전단부재 설계의 경우 실험 결과와 유사한 해석값을 보이 현행 콘크리트구조설계기준에 의한 전단설계보다 정확한 설계가 가능한 것으로 나타났다.

철근콘크리트 구조물의 간접균열제어 비교 연구

김병환 전남대학교 대학원 2011 국내석사

구조물에 하중이 작용하였을 때 균열이 발생하는 것은 매우 일반적인 현상이다. 철근콘크리트 구조물에서 균열은 콘크리트에 발생하는 인장응력이 인장강도를 초과할 때 발생하며, 재료적인 원인이나 시공상의 결함에 의해서도 균열이 발생하게 된다. 구조물에 균열이 발생하면 철근의 부식과 처짐을 유발하고 내 하 력 및 성능을 저하시킨다. 일반적으로 균열은 직접 균열 폭을 산정하고 이를 허용 균열 폭과 비교하는 방법을 통해 검증하고 있다. 균열 폭 산정을 위한 기준으로써 Gergely-Lutz의 제안식이 적용의 단순함에 의해 많이 사용되고 있으며, CEB/ FIP 모델코드(MC90) 및 Eurocode2(EC2)에서는 최대균열간격과 평균변형 률 차의 곱으로써 균열 폭을 산정하고 있다. 그러나 직접균열 폭 산정은 철근응력 및 변형 률 등 다양한 인자를 고려 해야 하므로 계산 과정이 복잡하다. 따라서 콘크리트구조설계기준에서는 철근 간격을 제한하여 균열을 제어하는 간접균열제어 방법이 제시되어 있고, EC2에서는 최대철근간격과 최대철근직경을 제한함으로써 균열을 제어하고 있다. 그러나 EC2에서는 균열 폭 계산에 있어 최대균열간격을 PartⅠ(General & Building)과 PartⅡ(Concrete Bridge)에서 서로 다른 식을 사용하고 있으나, 간접균열제어를 위한 최대철근간격과 최대철근직경은 동일한 값을 사용하고 있다. 또한, EC2에서는 2차 식 형태의 인장증강효과 모델이 제시되어 있으나, 균열 폭 계산에는 1차 식 형태의 인장증강효과 모델을 사용하고 있다. 이에 본 연구에서는 EC2에서 제시하고 있는 두 가지 최대균열간격과 MC90 및 EC2에서 제시한 인장증강효과 모델을 통해 철근최대간격과 철근최대직경을 산정하여 EC2의 제시 값 및 콘크리트구조설계기준과 비교하였다. 또한 Gergely-Lutz의 제안 식 및 Frosch의 제안 식을 사용하여 최대철근간격과 최대철근직경을 산정하고 이를 비교하였다. 연구 결과 EC2에서 제시하고 있는 간접균열제어방법은 직접 균열 폭 계산을 바탕으로 산정되었음을 확인하였다. 최대철근간격과 최대철근직경은 PartⅠ의 최대균열간격을 사용한 경우 PartⅡ의 최대균열간격을 사용하였을 경우에 비해 과대평가 되었다. 또한 2차 식 인장증강효과 모델을 사용하였을 경우 1차 식 인장증강효과 모델을 사용하였을 경우에 비해 과대평가되는 경향을 나타내었다. 추후 최대균열간격 및 인장증강효과에 영향을 주는 피복 두께, 평균변형 률, 유효인장철근비등의 변수에 대한 지속적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.