비틀림으로 인장을 받는 길이방향 철근의 겹침이음 성능 = Tensile Lap Performance of Longitudinal Reinforcement Subjected to Torsion

국문 초록 (Abstract)

현행 국내외 철근 겹침이음 설계기준은 대부분 순수 휨하중을 받는 부재를 대상으로 수행된 실험 결과를 기반으로 제정되었다. 그러나 비틀림을 받는 부재의 경우 휨 부재와는 상이한 응력 상태를 가지므로, 기존 기준식을 그대로 적용하는 데에는 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 순수 비틀림하중을 받는 철근콘크리트 부재를 대상으로 철근 겹침이음 실험을 수행하고, 그 결과를 기존 국내외 기준식과 비교하여 이음 성능을 평가하였다.
18개의 실험체를 통해 비틀림을 받는 길이방향 철근의 겹침이음 성능을 실험적으로 평가하였다. 실험 변수로는 겹침이음길이, 횡방향철근 간격, 이음 철근량이다. 실험을 통해 비틀림을 받는 부재의 철근 겹침이음길이 산정식을 제안하였으며, 주요 결과는 다음과 같다.

1) 비틀림을 받는 부재의 길이방향 철근 이음강도는 현행 기준식에 의한 예측값의 약 0.47배 수준으로 나타났으며, 이는 실제 이음강도가 기존 설계값보다 매우 낮게 발현됨을 의미한다. 따라서 비틀림을 받는 부재에 휨 실험을 통해 산정한 설계식을 그대로 적용하는 것은 불리하며, 보다 긴 이음길이가 필요하다.

2) 비틀림을 받는 부재의 이음강도가 휨을 받는 부재 대비 낮게 나타난 원인은 다음과 같다. 비틀림하중 작용 시 모서리부에서 3축 응력집중이 발생하여 콘크리트 피복이 조기 탈락함과 동시에 전단응력이 콘크리트의 인장강도를 저하시킨 데에 기인한 것으로 분석된다.
3) 본 연구에서는 실험 결과를 토대로 비틀림 부재의 이음길이 산정식을 제안하였으며, 제안식의 [실험값]/[예측값] 평균은 1.00, 변동계수는 14.1%의 예측 성능을 보였다. 또한, 제안식을 간소화한 간편식의 경우 변동계수가 16.6%로 다소 증가하였으나, 실무 적용에는 충분한 신뢰성을 확보한 것으로 평가된다. KDS 14 20 52의 B급 이음길이 산정식과 비교할 때, 비틀림을 받는 부재의 요구 이음길이는 약 28% 증가하는 것으로 나타났다.

본 연구의 결과는 비틀림을 받는 철근콘크리트 부재의 겹침이음 설계에 대한 기초자료를 제공하며, 향후 비틀림 하중 조건을 고려한 합리적인 이음설계 기준 제정에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.


주제어: 철근콘크리트, 순수비틀림, 겹침이음, 횡방향철근 간격, 이음길이

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 i
• 목 차 iii
• 표 목 차 vi
• 그림목차 vii
• 제 1장 서 론 1
• 1.1 연구의 필요성 1
• 1.2 연구범위 및 방법 3
• 제 2장 문헌 연구 5
• 2.1 국내 이음강도 설계식 5
• 2.1.1 인장 이형철근 정착길이 설계식 5
• 2.1.2 인장 이형철근 이음강도 평가식 7
• 2.2 국외 이음강도 설계식 8
• 2.2.1 Orangun et al.(1977) 8
• 2.2.2 ACI 408위원회 9
• 2.3 비틀림 설계기준 10
• 2.3.1 비틀림 설계 10
• 2.3.2 비틀림모멘트 산정식 12
• 2.3.3 추가적인 길이방향 철근량 14
• 제 3장 실험계획 15
• 3.1 실험변수 15
• 3.2 실험체 설계 17
• 3.3 실험체 제작 28
• 3.4 가력 및 계측 계획 29
• 제 4장 실험결과 32
• 4.1 재료시험 결과 32
• 4.1.1 콘크리트 압축강도 시험 32
• 4.1.2 철근 인장강도 시험 35
• 4.2 파괴양상 38
• 4.3 하중-변위 관계 39
• 4.4 철근에 발현된 응력 산정 46
• 제 5장 실험결과 분석 52
• 5.1 비틀림모멘트 산정 52
• 5.2 비틀림 이음강도 평가 53
• 5.2.1 무이음 실험체와 최대하중 비교 53
• 5.2.2 비틀림 이음강도 비교 54
• 5.3 기존 이음강도 설계식과 비교 56
• 5.3.1 이음강도 비교 56
• 5.3.2 비틀림 부재 이음강도가 낮은 이유 58
• 5.3.2(1) 입체트러스 모델 58
• 5.3.2(2) 휨과 비틀림 부재 응력상태 비교 59
• 5.4 비틀림 겹침이음 설계식 62
• 5.4.1 이음길이 영향 63
• 5.4.2 횡방향 철근 간격 영향 64
• 5.4.3 설계식과 실험결과 비교 65
• 5.5 SD400으로 제한한 비틀림 겹침이음 설계식 67
• 5.5.1 비틀림 설계기준항복강도 제한 67
• 5.5.2 이음길이 영향 68
• 5.5.3 횡방향 철근 간격 영향 69
• 5.5.4 설계식과 실험결과 비교 70
• 5.5.5 비틀림 겹침이음길이 72
• 제 6장 결 론 74
• 참고문헌 76
• Abstract 78
• 부 록 80