고강도 확대머리 이형철근의 정착길이 효과에 관한 실험적 연구

문정호,오영훈 한국구조물진단유지관리공학회 2015 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.19 No.5

본 연구는 고강도 철근을 확대머리 이형철근으로 사용하는 경우 정착길이 효과에 관한 실험 연구이다. 현행 기준에서는 확대머리 이형철근의 정착길이를 산정하는 식에서 철근의 설계기준강도를 400 MPa로 한정하고 있다. 고강도 철근에 대한 연구결과가 충분하지 않기 때문에 이러한 규정이 명시된 것이다. 따라서 본 연구에서는 설계기준 항목강도 600 MPa의 철근으로 확대머리 이형철근을 제작하여, 변수별 실험연구를 수행하였다. 실험은 철근의 정착길이, 철근의 개수, 그리고 확대머리의 형상 등의 변수로 계획하였다. 실험체는 정착길이가 긴 L형과 정착길이가 짧은 S형으로 분류하고, 확대머리의 형상은 원판형(A형)과 원뿔형(B형)으로 구분하였다. L형 실험체는 원판형 확대머리를 대상으로 철근 개수가 1∼3으로 변하는 3개의 실험체와 S형 실험체는 원판과 원뿔형 확대머리 형상에 대하여 정착길이를 L형의 50%, 45%, 40%, 35%로 변화한 실험체를 계획하였다. L형(LA형) 3개, SA형 4개, SB형 4개 등 총 11개의 실험체를 인발실험을 하였다. 실험결과는 콘크리트구조기준(부록 II)의 정착길이 산정 규정에 따라 평가하였으며, 그 결과 항복강도 600 MPa의 철근을 사용한 확대머리 이형철근은 현행기준의 설계식을 적용하여 설계할 수 있음을 보였다. An experimental study has been carried out to examine development length effects for high strength headed deformed bars. Current design codes limit the specified yield strength of headed bars to 400 MPa. Such the limit is due to the lack of experimental studies on headed bars made of high strength materials. Thus a test program was planed with headed bars with the yield strength of 600 MPa. The threaded head type with head shapes of round plate and circular cone was selected in this study. The experimental variables were development length, number of bars, and head shape. Specimens were classified into L-type and S-type depending on the development length. The development length of L-type was computed according to the design code without considering the limit. S-type specimens had shorter development lengths than the L-type. Further classification was made depending on the shape of heads. A-types have the head shape of round plate and B-types have the shape of circular cone. Three L-type specimens were fabricated with the variable of number of bars (1, 2, and 3). Four specimens for each of SA and SB types were made with development lengths of 50%, 45%, 40%, and 35% compared with L-type. Pullout tests was carried out with 11 specimens. The test results were compared with computed strengths with the design code equations (Appendix II). Based the current studies, it can be said that high strength headed deformed bars used in this study be able to provide such strengths computed with the current design code without considering the yield strength limit.

고강도 확대머리 이형철근의 정착길이 효과에 관한 실험적 연구

문정호,오영훈 한국구조물진단유지관리공학회 2015 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.19 No.5

An experimental study has been carried out to examine development length effects for high strength headed deformed bars. Current design codes limit the specified yield strength of headed bars to 400 MPa. Such the limit is due to the lack of experimental studies on headed bars made of high strength materials. Thus a test program was planed with headed bars with the yield strength of 600 MPa. The threaded head type with head shapes of round plate and circular cone was selected in this study. The experimental variables were development length, number of bars, and head shape. Specimens were classified into L-type and S-type depending on the development length. The development length of L-type was computed according to the design code without considering the limit. S-type specimens had shorter development lengths than the L-type. Further classification was made depending on the shape of heads. A-types have the head shape of round plate and B-types have the shape of circular cone. Three L-type specimens were fabricated with the variable of number of bars (1, 2, and 3). Four specimens for each of SA and SB types were made with development lengths of 50%, 45%, 40%, and 35% compared with L-type. Pullout tests was carried out with 11 specimens. The test results were compared with computed strengths with the design code equations (Appendix II). Based the current studies, it can be said that high strength headed deformed bars used in this study be able to provide such strengths computed with the current design code without considering the yield strength limit. 본 연구는 고강도 철근을 확대머리 이형철근으로 사용하는 경우 정착길이 효과에 관한 실험 연구이다. 현행 기준에서는 확대머리이형철근의 정착길이를 산정하는 식에서 철근의 설계기준강도를 400 MPa로 한정하고 있다. 고강도 철근에 대한 연구결과가 충분하지 않기 때문에 이러한 규정이 명시된 것이다. 따라서 본 연구에서는 설계기준 항목강도 600 MPa의 철근으로 확대머리 이형철근을 제작하여, 변수별 실험연구를 수행하였다. 실험은 철근의 정착길이, 철근의 개수, 그리고 확대머리의 형상 등의 변수로 계획하였다. 실험체는 정착길이가 긴 L형과정착길이가 짧은 S형으로 분류하고, 확대머리의 형상은 원판형(A형)과 원뿔형(B형)으로 구분하였다. L형 실험체는 원판형 확대머리를 대상으로 철근 개수가 1∼3으로 변하는 3개의 실험체와 S형 실험체는 원판과 원뿔형 확대머리 형상에 대하여 정착길이를 L형의 50%, 45%, 40%, 35%로 변화한 실험체를 계획하였다. L형(LA형) 3개, SA형 4개, SB형 4개 등 총 11개의 실험체를 인발실험을 하였다. 실험결과는 콘크리트구조기준(부록 II)의 정착길이 산정 규정에 따라 평가하였으며, 그 결과 항복강도 600 MPa의 철근을 사용한 확대머리 이형철근은 현행기준의 설계식을 적용하여 설계할 수 있음을 보였다.

인장력을 받는 확대머리 이형철근의 겹침이음에 관한 실험적 연구

김승훈 한국구조물진단유지관리공학회 2014 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.18 No.5

현행 콘크리트구조기준 (KCI2012) 및 ACI318-11에서 B급이음된 일자형 이형철근에 대하여 인장력에 대한 겹침이음길이를 정착길이의 1.3배로 산정하고 있다. 동일 기준에서 확대머리 이형철근의 정착길이를 제시하고 있지만 겹침이음상세에 대한 규정은 없다. 이에 본연구에서는 400MPa과 500MPa 설계기준항복강도를 가지는 확대머리 이형철근의 겹침이음실험을 실시함으로써, 기준의 정착길이식을 겹침이음설계에 적용가능한 지를 평가하고자 하였다. 실험결과, SD400과 SD500의 설계기준항복강도를 적용한 확대머리 이형철근에 대하여 겹침이음길이를 정착길이의 1.3배로 산정할 경우, 실험 최대휨강도가 공칭휨강도에 비하여 16~31% 크게 평가되었고 연성적인 휨파괴 거동을 나타내었다. 따라서, 이들 철근에 대해 정착길이 1.3배의 겹침이음길이로 설계함으로써 강도 및 변형성능 측면에서 겹침이음 성능을확보할 수 있는 것으로 사료된다. In tension lap splices of straight deformed bars, KCI Code (KCI2012) and ACI Code (ACI318-11) requires that the lap lengths for class B splice are 1.3 times as development length. KCI2012 contains development length provisions for the use of headed deformed bars in tension and does not allow their tension lap splices. The purpose of this experimental study is to evaluate that KCI2012 equation for the development length, ldt, of headed bars can be used to calculate the lap length, ldt, of headed deformedbars in grade SD400 and SD500, having specified yield strength of 400 and 500 MPa. Test results showed that specimens with ldt equal to 1.3ldt had maximum flexural strengths as 1.16~1.31 times as the nominal flexural strengths, flexural failure mode, and ductility. These observations indicate that 1.3ldt is suitable to the tensile lap length of headed deformed bars in grade SD400 andSD500.

확대머리 이형철근이 적용된 RC 보의 유한요소해석

김건수 ( Kim Kun-soo ),박기태 ( Park Ki-tae ),박창진 ( Park Changjin ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.25 No.2

본 연구에서는 확대머리 이형철근이 적용된 철근콘크리트 보 실험체에 대한 유한요소해석을 수행하였다. 확대머리 부근의 응력집중으로 인한 비선형 문제를 해결하기 위하여 외연적-동적해석에 기반한 준정적해석을 수행하였다. 유한요소해석 결과와 기존 실험결과를 비교한 결과 유한요소모델은 확대머리 이형철근의 특성을 잘 반영하는 것으로 나타났다.

횡방향 보강철근이 확대머리 철근을 갖는 RC 보의 거동에 미치는 영향

김건수 ( Kim Kun-soo ),정규산 ( Jung Kyu-san ),박기태 ( Park Ki-tae ),박창진 ( Park Changjin ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.25 No.2

최근 개정된 콘크리트구조 정착 및 이음설계기준에 따르면 확대머리 이형철근의 정착길이는 횡보강 철근에 영향을 받도록 설계된다. 이러한 설계식의 변화는 기존 콘크리트와 철근의 재료적 특성에만 의존해 결정되어온 확대머리 정착길이를 보다 보수적으로 설계하도록 유도하고 있으며, 적절한 확대머리 이형철근 연결부 설계를 위해서는 횡방향 보강철근이 구조거동에 미치는 영향에 대한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 횡방향 철근의 변화에 따른 RC 보의 강도 및 연성도 변화를 유한요소 해석을 통해 분석하였다.

유한요소해석 기반 확대머리 이형철근 상세 따른 RC보의 구조성능 효과 분석

김건수 ( Kun-soo Kim ),박기태 ( Ki-tae Park ),박창진 ( Chang-jin Park ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.25 No.5

본 연구에서는 확대머리 정착이음을 갖는 연결부의 상세에 따른 구조거동을 유한요소해석을 통해 분석하였다. 복잡한 접촉조건과 비선형 거동을 나타내는 연결부의 유한요소해석을 위하여 외연적 동해석을 활용한 준정적 해석 기법을 적용하였다. 기존 실험결과와 해석결과를 비교하여 유한요소모델의 정확성을 검토하였으며, 준정적 해석 기법은 확대머리 연결부의 비선형성을 잘 반영하는 것을 확인하였다. 다양한 정착길이, 횡방향 철근지수를 갖는 21가지 유한요소모델을 활용하여 구조해석을 수행한 결과 정착길이와 횡방향 철근지수의 증가는 강도와 연성도를 증가 시키는 것을 확인하였으나, 충분한 구조성능을 확보하기 위해서는 두 가지 설계변수 모두 일정수준을 확보해야 함을 확인하였다. 최근 개정된 확대머리 정착이음 설계기준에서는 정착길이와 횡방향 철근지수를 모두 고려하는 설계식을 제시하고 있으며, 본 연구의 결과에서도 정착길이 뿐만 아니라 횡방향 보강철근이 매우 중요한 영향을 미치는 것을 확인하였다. In this study, the structural behavior by the details of the lap region with the headed bar was estimated through finite element analysis. To solve the finite element analysis of the anchorage region with complex contact conditions and nonlinear behavior, a quasi-static analysis technique by explicit dynamic analysis was performed. The accuracy of the finite element model was verified by comparing the experimental results with the finite element analysis results. It was confirmed that the quasi-static analysis technique well reflected the behavior of enlarged headed bar connection. As a result of performing numerical analysis using 21 finite element models with various development lengths and transverse reinforcement indexes, it was confirmed that the increase of development length and transverse reinforcement index improved the maximum strength and ductility. However, to satisfy the structural performance, it should be confirmed that both design variables(development length and transverse reinforcement index) must be enough at the design criteria. In the recently revised design standard(KDS 14 20 52 :2021), a design formula of headed bar that considers both the development length and the transverse reinforcing bar index is presented. Also the results of this study confirmed that not only the development length but also transverse reinforcing bars have a very important effect.