철근의 배근위치가 다른 철근콘크리트 부재의 거동 분석

1. 한국콘크리트학회 2006년도 가을 학술발표회 철근의 배근위치가 다른 철근콘크리트 부재의 거동 분석 * ** 김 지 현 이 정 윤 * 정회원, 성균관대학교 건축공학과 석사과정 ** 정회원, 성균관대학교 건축공학과 부교수

2. 연구 배경 • 전단경간비가 긴 경우 / 전단보강철근이 주응력 방향과 일치 하게 배근 된 경우 -철근 항복 이후 응력-변형률 곡선은 에너지 소산이 매우 크다. -연성능력이 크다. • 전단경간비가 짧은 경우 / 전단보강철근이 주응력 방향과 45도로 배근 된 경우 -철근 항복 이후 응력-변형률 곡선은 핀칭 효과에 의하여 에너지 소산이 작다. -연성능력이 작다.

3. 연구 목적 변형률의 적합조건을 이용한 트러스 모델 단조하중을 받는 요소 해석 및 평가 반복하중을 받는 요소 해석 및 평가 철근의 배근 각도와 핀칭효과의 관계 규명 핀칭효과에 대한 메카니즘 규명 철근의 배근 각도에 따른 연성능력 평가

4. 변형률의 적합 조건식 응력의 평형 조건식 Zhu 등이 제안한 확장계수비 변형률의 적합조건을 이용한 트러스 모델 I : 철근콘크리트요소의 직응력, 변형률 메트릭스 : 콘크리트 주응력,변형률 메트릭스 : 회전 메트릭스 : 철근의 응력 메트릭스

5. 반복하중을 받는 철근의 응력-변형률 관계 변형률의 적합조건을 이용한 트러스 모델 II 재료의 구성법칙 • 반복하중을 받는 콘크리트의 응력-변형률 관계

6. 해석에 사용된 철근콘크리트 판요소 • 면내 응력을 받아 균열이 발생한 철근콘크리트 판요소 - 철근은 l방향과 t방향에 배근 되어 있으며 콘크리트 판요소의 주응력 방향은 1과 2방향이다.

7. 해석에 사용된 부재의 재료적 특징 Specification specimens and material propertie

8. 단조하중을 받는 요소의 연성평가 I 해석에서 계산된 전단강도비와 각도 및 전단변형률비와 각도의 관계 • 전단강도 및 최대 변형률은 철근의 배 근 각도가 콘크리트의 주응력 방향 (0도나 90도)에 가까워짐에 따라서 증가한다. • 철근이 주응력방향에 배근 된 경우의 전단강도 및 전단변형률은 철근이 주응력 방향과 45도 각도로 차이가 있는 경우보다 약 1.5배 크다. • 전단강도 및 전단변형률의 증가 비율은45도부터 10도 전후에서는 증가비율이 작고 그 이후에는 증가 비율이 커진다.

9. 단조하중을 받는 요소의 연성평가 II Analytical results of specimens under monotonic load 철근 항복 • Compressive stress-strain relationships (c) Steel stress-strain relationships (b) Compressive stress-strain relationships

10. 반복하중을 받는 요소의 해석결과 Predicted cyclic shear stress-strain curves of RC elements (b) S10(10°) (a) S00(0°) (d) S45(45°) (c) S23(22.5°)

11. 철근의 배근 각도에 따른 에너지 소산 성능 (c) S23(22.5°) (d) S45(45°) (b) S10(10°) (a) S00(0°) • 에너지 소산 성능은 철근의 배근각도가 콘크리트의 주응력 방향 (0도나 90도) 에 가까워짐에 따라서 증가한다. • 철근이 주응력방향에 배근 된 경우의 에너지 소산 성능은 철근이 주응력 방향과 45도 각도로 차이가 있는 경우보다 약 2.8배 크다.

12. 전단변형률이 -0.0053인 지점 철근의 배근 각도와 핀칭효과의 관계 Analytical results of specimens under cyclic load (c) S23(22.5°) (d) S45(45°) (b) S10(10°) (a) S00(0°)

13. 반복하중을 받는 요소의 연성평가 I Predicted cyclic stress-strain curves of concrete in the 2 direction Ductile capacity Ductile capacity S00(0°) S45(45°) 전단변형률 0.017 -2 MPa -14 MPa

14. 반복하중을 받는 요소의 연성평가 II Analytical results of specimens under cyclic load 45 ° 0 °

15. 결 론 단조하중을 받는 실험체의 전단강도 및 최대 변형률은 철근의 배근 각도가 콘크리트의 주응력 방향 (0도나 90도)에 가까워짐에 따라서 증가함을 알 수 있었다. 전단강도 및 전단변형률의 증가하는 비율은 각도에 따라서 선형적으로 증가하거나 감소하는 것이 아니라45도로부터 약 10도 전후에서는 증가비율이 매우 작지만 그 이후에는 증가 비율이 급속하게 커짐을 알 수 있었다. 반복하중을 받는 실험체의 에너지 소산 성능은 철근의 배근 각도가 콘크리트의 주응력 방향(0도나 90도)에 가까워짐에 따라서 증가함을 알 수 있었다. 에너지 소산성능에 차이가 발생하는 이유는 철근의 배근 각도가 콘크리트의 주응력 방향에 가까울수록 철근이 부담하는 힘이 증가하기 때문이다. 반복하중을 받는 실험체의 연성능력은 철근의 배근 각도가 콘크리트의 주응력 방향에 가까울수록 증가함을 알 수 있었다. 연성능력에 차이가 발생하는 이유는 철근의 배근 각도가 콘크리트의 주응력 방향에 가까울 수록 콘크리트가 부담하는 압축응력이 작아져 유효압축강도에 늦게 도달하기 때문이다.