철근콘크리트 구조물의 간접균열제어 비교 연구

국문 초록 (Abstract)

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.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 연구 내용 및 방법 3
• 제2장 문헌 연구 4
• 2.1 유로코드 2(EC2)의 재료 모델 4
• 2.1.1 콘크리트 응력-변형률 곡선 4
• 2.1.2 철근의 응력-변형률 곡선 5
• 2.1.3 단면의 압축 합력 크기와 작용점 7
• 2.1.4 휨 부재의 해석과 설계 8
• 2.2 인장증강효과 12
• 2.2.1 기본 개념 12
• 2.2.2 콘크리트 유효인장 단면적 16
• 2.3 직접균열제어법 18
• 2.3.1 기존 연구자들의 균열폭 제안식 18
• 2.3.2 EC2 균열폭 산정 19
• 2.4 간접균열제어법 23
• 2.4.1 콘크리트구조설계기준 23
• 2.4.2 Eurocode2 24
• 제3장 간접균열제어를 위한 최대철근간격 및 최대철근직경 28
• 3.1 기본 가정 28
• 3.2 최대철근간격 유도 31
• 3.2.1 기존 연구자들의 제안식에 의한 최대철근간격 31
• 3.2.2 EC2에 의한 최대철근간격 31
• 3.3 최대철근직경 유도 35
• 3.3.1 기존 연구자들의 제안식에 의한 최대철근직경 35
• 3.3.2 EC2에 의한 최대철근직경 36
• 제4장 최대철근간격 및 최대철근직경 해석 결과 38
• 4.1 관련 규정 및 단면 제원 38
• 4.2 최대철근간격 결과 39
• 4.2.1 해석결과와 각 설계기준 비교 39
• 4.2.2 최대균열간격에 의한 차이 43
• 4.2.3 인장증강효과 모델에 의한 차이 45
• 4.3 최대철근직경 결과 47
• 4.3.1 해석결과와 각 설계기준 비교 47
• 4.3.2 최대균열간격에 의한 차이 50
• 4.3.3 인장증강효과 모델에 의한 차이 52
• 제5장 종합 평가 및 결론 54
• 참고문헌 55
• 영문초록 56