순수비틀림을 받는 고강도 철근을 사용한 RC보의 파괴모드

국문 초록 (Abstract)

각 국의 현행 전단 및 비틀림 설계식들은 모두 트러스이론에 근거로 하고 있다는 점에서 동일하다. 그러나 취성적인 콘크리트 압축파괴 방지를 위한 최대철근비 제한에 있어서는 설계식마다 다르다. ACI 318-08(2008) 설계식 에서는 경험적인 실험결과를 바탕으로 규정하고 있고, EC2-02(2002) 설계기준에서는 공간트러스이론에 바탕을 두고 최대철근비 제한을 규정하고 있다. Lee등(2010)의 선행연구에 의하면 전단의 경우 ACI 318-08(2008) 최대철근비 제한 규정은 매우 안전측인 보수적 결과를 보였으며, EC2-02(2002) 설계기준의 최대철근비제한에는 매우 적합한 결과를 보였다. 하지만 전단과 달리 비틀림의 경우 3차원 입체트러스 작용에 의해 콘크리트 압축대의 면적이 상대적으로 작기 때문에 이에 대한 연구가 필요하다.
또한, 최근 국내외적으로 초고층 빌딩이나 장대 교량들이 많이 건설되면서 고강도 철근에 대한 필요성이 증가하고 있다. 고강도 철근을 구조물에 사용할 경우 철근 밀집으로 인한 콘크리트 품질 저하를 해결하여 구조물의 안전성 및 시공성 향상과 철근물량을 감소시킬 수 있으므로 경제성 향상의 효과를 거둘 수 있다. 그러나 현행 ACI 규정에서는 전단과 같이 비틀림보강철근의 최대항복강도를 420MPa로 제한하고 있으며 EC2규정은 600MPa로 규정하고 있다.
따라서 본 연구에서는 순수비틀림을 받는 철근콘크리트 보의 철근량에 따른 파괴모드를 평가하여 최대철근비 제한을 검토하고 고강도 비틀림 보강철근의 적용성을 평가하였다.
철근강도, 배근간격, 철근량, 콘크리트강도 등을 주요 변수로하여, 총 12개의 순수비틀림 보 실험체를 제작하여 실험을 수행하였으며, 순수비틀림 파괴하는 부재의 파괴모드와 최대철근비 제한, 콘크리트 강도에 따른 비틀림강도 등을 평가하였다.
실험결과 전단력을 받는 부재와는 달리 비틀림을 받는 부재의 경우 고강도 철근을 사용하면 콘크리트 압축대에 의한 파괴가능성이 높은 것으로 나타나 고강도 철근의 적용이 부적합한 것으로 판단되며 또한, 비틀림 보강철근이 항복한 경우 고강도 콘크리트를 사용한 경우가 더욱 큰 비틀림내력을 보여 콘크리트강도에 대한 고려도 필요할 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Each country’s current shear and torsion design equations are the same as a theory based on the truss analogy. However, The design equations of the maximum amount of shear reinforcement provided by the current design codes differ substantially from one another. The maximum shear reinforcement in ACI318-08 code are based on the experimental tests, whereas those in EC2-02 are derived from a truss model. The amount of maximum shear reinforcement in ACI318-08 needs to increase, whereas EC2-02 predicted the shear failure modes with reasonable agreement according to previous studies. However, In case of torsion, the three-dimensional truss action of compressive strut is relatively small. Therefore, the experimental studies of the maximum torsional reinforcement.
The number of high-rise reinforced concrete(RC) buildings has been steadily incresing since the 1980s. The use of high-strength concrete is indispensable in high rise RC construction to ensure the sufficient strength of the structure. The effect of high-strength concrete can be significantly improved by the use of high-strength, large-sized reinforcing bars. Thus, the experimental studies of the high-strength steel bars in torsion.
Therefore, this study evaluated the torsional failure modes and the maximum torsional reinforcement of reinforced concrete beams with high-strength steel bars in pure torsion.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 및 연구 동향 1
• 1.2 연구목적 4
• 제 2 장 현행 비틀림 설계식 5
• 2.1 공간트러스모델 5
• 2.2 ACI318-08 비틀림설계 기준 7
• 2.2.1 현행 ACI318-08 비틀림설계 기준 7
• 2.2.2 ACI318-08 비틀림설계 기준의 최대철근비 제한 10
• 2.3 EC2-02 비틀림설계 기준 11
• 2.3.1 현행 EC2-02 비틀림설계 기준 11
• 2.3.2 EC2-02 비틀림설계 기준의 최대철근비 제한 13
• 제 3 장 보의 순수비틀림 실험 14
• 3.1 실험개요 14
• 3.2 재료실험 15
• 3.2.1 콘크리트 15
• 3.2.2 철근 16
• 3.3 순수비틀림 보 실험체 상세 17
• 3.4 측정장치 계획 21
• 3.4.1 변형률 게이지 21
• 3.4.2 콘크리트 LVDT 22
• 3.5 보의 순수비틀림 실험 방법 23
• 제 4 장 보의 순수비틀림 실험결과 및 분석 25
• 4.1 비틀림강도 25
• 4.2 비틀림보강철근 변형률분포 28
• 4.2.1 횡방향철근 변형률분포 28
• 4.2.2 종방향철근 변형률분포 41
• 4.3 경사균열의 수와 경사균열의 폭 48
• 4.3.1 균열의 수 48
• 4.3.2 균열의 폭 51
• 4.4 실험분석 54
• 4.4.1 비틀림강도 54
• 4.4.2 파괴모드 57
• 제 5 장 결론 및 추후 연구과제 63
• 5.1 결론 63
• 5.2 추후 연구과제 64
• 참고문헌 65
• Abstract 67