전단철근비와 보의 단면크기에 따른 철근콘크리트 보의 전단강도 특성 연구 (A Characteristic Study on Shear Strength of Reinforced Concrete Beams according to Shear Reinforcement Ratio and Beam Section Size)

서지정보

· 발행기관 : 대한건축학회
· 수록지 정보 : 대한건축학회논문집 구조계 / 35권 / 6호 / 111 ~ 119페이지
· 저자명 : 노형진, 유인근, 이호경, 백승민, 김우석, 곽윤근

초록

본 연구에서는 철근콘크리트 보의 크기효과와 전단보강근이 전단강도에 미치는 영향을 분석하기 위해 인장철근비(ρ=0.013), 폭 대 깊이 비(h/b=1.5)와 전단경간비(a/d=2.5)를 일정하게 하였고, 단면의 크기와 전단철근비를 변수로 하여 전단실험을 하였다. 실험결과를 분석하여 다음과 같은 결론을 도출하였다. 1. 초기 균열은 휨 응력에 의해 발생하였고, 하중이 증가함에 따라 전단구간에서 사인장균열이 진행되었다. 사인장균열은 초기에 전단경간의 중립축 부분에서 발생한 후 하중이 증가함에 따라 하부측 지점부분과 상부측 가력부위로 확대되어 진행되었다. 이후 최종파괴형태는 모든 시험체에서 사인장파괴 형태로 관찰되었다. 2. 균열진전에 대해 살펴본 결과 d/s가 0인 시험체들(S1-1, S2-1, S3-1)은 평균 균열간격 176 mm, d/s가 1.5인 시험체들(S1-2, S2-2, S3-2)은 129 mm, d/s가 2.0인 시험체들(S1-3, S2-3, S3-3)은 98 mm로 나타나, 전단철근비가 증가할수록 평균 균열간격이 좁아지는 양상을 나타내었다. 균열폭 역시 동 시리즈 별로 20 mm, 11 mm, 10 mm로 나타나, 전단철근비가 증가할수록 평균 균열폭이 줄어드는 양상을 확인할 수 있었다. 3. 실험결과 전단철근비가 증가하면서 전단강도가 증가하는 경향을 보였다. 그러나 유효깊이가 증가할수록 시험체의 전단강도는 감소하였는데, 이것은 콘크리트 보의 크기효과에 의한 것으로 판단된다. 4. 실험값을 기준식 및 기존 제안식에 의한 이론값과 비교한 결과, Zsutty의 경우 평균 1.36, Bazant의 경우 평균 1.30, KBC1식, KBC2식은 1.55 ~ 1.63으로 나타나, Bazant의 제안식이 좀 더 실험값을 잘 반영한 것으로 판단된다. 5. 전단철근을 배근한 시험체에서 이론값에 대한 실험값의 비가 1.01 ~ 1.44로 나타났다. 특히, CSA 기준에서 요구하는 = 0.7d와 유사한 S=0.67d(d/s=1.5)인 S1-2, S2-2, S3-2 시험체에서는 1.13 ~ 1.39로 나타나 전단철근에 대한 현행기준  = d/2 는 다소 완화시켜도 될 것으로 판단되지만 이를 기준에 반영하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다. 6. d/s가 0인 시험체들(S1-1, S2-1, S3-1)은 유효깊이가 증가할수록 전단강도 값은 33 %, 46 % 감소하였고, d/s가 1.5인 시험체들(S1-2, S2-2, S3-2)은 26 %, 33 %, d/s가 2.0인 시험체들(S1-3, S2-3, S3-3)은 16 %, 20 % 감소하였다. 이를 통해 전단철근비가 증가할수록 전단강도의 감소폭은 줄어드는 것으로 나타났다. 즉, 이것은 전단철근비가 증가할수록 콘크리트의 크기효과는 줄어드는 것을 의미한다. 7. S1시리즈에서는 전단철근비가 증가할수록 전단강도 값은 39 %, 41 % 증가하였고, S2시리즈에서는 54 %, 76 %, S3시리즈에서는 66 %, 100 % 증가하였다. 이를 통해 보의 유효깊이가 증가할수록 전단강도의 증가폭은 늘어나는 것으로 나타났다. 즉, 이것은 보의 유효깊이가 증가할수록 전단철근의 영향이 커진다는 것을 의미한다.

영어초록

The purpose of this study is to investigate the shear strength of reinforced concrete beam according to beam section size and shearreinforcement ratio. A total of nine specimens were tested and designed concrete compressive strength is 24 MPa. The main variables areshear reinforcement ratio and beam section size fixed with shear span to depth ratio (a/d = 2.5), the tensile reinforcement ratio (ρ = 0.013)and width to depth ratio (h/b = 1.5). The test specimens were divided into three series of S1 (225× 338 mm), S2 (270× 405 mm) and S3(315× 473 mm), respectively. The experimental results show that all specimens represent diagonal tensile failure. For S*-1 specimens (d/s=0),the shear strength decreased by 33% and 46% with increasing the beam effective depth, 26% and 33% for S*-2 specimens (d/s=1.5) and16% and 20% for S*-3 specimens (d/s=2.0) respectively. As the shear reinforcement ratio increases, the decrease range in shear strengthdecreases. In other words, this means that as the shear reinforcement ratio increases, the size effect of concrete decreases. In the S1 series,the shear strength increased by 39% and 41% as the shear reinforcement ratio increased, 54% and 76% in the S2 series and 66% and 100%in the S3 series, respectively. As the effective depth of beam increases, the increase range of shear strength increases. This means that theeffect of shear reinforcement increases as the beam effective depth increases. As a result of comparing experimental values with theoreticalvalues by standard equation and proposed equation, the ratio by Zsutty and Bazant´s equation is 1.30 ~ 1.36 and the ratio by KBC1 andKBC2 is 1.55~.163, respectively. Therefore, Zsutty and Bazant's proposed equation is more likely to reflect the experimental data. The currentstandard for shear reinforcement ratio (i.e.,  max=d/2) is expected to be somewhat relaxed because the ratio of experimental values totheoretical values was found to be 1.01 ~ 1.44 for most specimens.

참고자료

· 없음