고강도콘크리트를 사용한 철근콘크리트 인장 부재의 부착 특성과 균열 거동 = Bond characteristics and crack behavior of R/C tension members using high-strength concrete

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 철근콘크리트 인장부재의 부착특성과 균열거동을 조사하기 위해 국부인장실험 4개, 인장부재실험 36개, 총 40개의 직접인장실험을 수행하였다. 국부인장실험에서는 철근지름에 대한 피복두께 비는 3.5로 고정하고 실험변수인 콘크리트강도는 보통강도 25 MPa, 중간강도 60 MPa인 두가지로 하였다. 인장부재실험에서는 철근지름에 대한 피복두께 비는 1.0에서 3.5까지 6가지로 하였고 콘크리트 강도를 보통강도, 25 MPa, 중간강도 60 MPa, 고강도 80 MPa로 3가지로 하였다.
상기의 직접인장실험에서 관찰된 횡방향균열강도, 간격, 쪼갬균열강도의 변화를 분석하여 콘크리트강도 변화에 부착특성의 상대적 경향을 추론하였다. 이 추론과정에서 현행 설계기준에서 적용하고있는 소성가정(plastic assumption; 철근 매입길이에 따라 부착응력이 등분포한다는 평균부착응력 개념)을 적용하였다.
이와 같이 직접인장실험을 통하여 부착특성과 균열거동을 조사하고 이를 분석한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
콘크리트가 고강도일수록 쪼갬균열이 상대적으로 심하게 발생하였으며, 횡방향 균열 간격이 현저하게 작았다. 이러한 현상 때문에 균열발생 이후 단계에서 고강도를 사용한 시험체의 인장강성이 보통강도보다 오히려 훨씬 작게 나타났다. 이러한 실험 결과는 일반적으로 알려진 사실에 반하는 것일 뿐만 아니라, 콘크리트 압축강도 증가에 의한 유효인장강성의 감소량은 기대보다 훨씬 크게 나타났다.
다른 모든 조건이 동일하고 콘크리트 강도만이 변화할 때 전달길이는 √(f_ck)에 반비례하여 짧아지며, 평균부착응력의 크기는 f_ck에 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 부착특성에 의해 콘크리트 강도를 증가시켜도 쪼갬 균열강도가 증가하지 않는 원인으로 분석되었으며, 고강도 콘크리트에서는 등분포 부착응력의 가정을 적용할 수 있는 어떤 한계 매입길이가 존재하는 것으로 나타났다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper presents the test results of total 40 direct tensile specimens to investigate the effect of high-strength concrete on the bond characteristics and the cracking behavior in reinforced concrete tensile members. The direct tensile specimens is divided into two groups. One has 4 local tension specimens and the other has 36 tension member specimens. In the local tension test, two kinds of concrete strength 25 and 60 MPa were included as the main variable, while the ratio of cover thickness-to-rebar diameter was kept constant to be 3.5. In the tension member test, three kinds of concrete strength 25, 60 and 80 MPa were included as the major experimental parameter together with six concrete cover thickness ratios.
This study describes the bond stress characteristics in high-strength concrete which is deduced from the cracking loads and the crack spacings measured during the experiments. Based on the plastic assumption of uniform bond stress distribution over the transfer length, the relative variation of mean bond stress and transfer length is examined utilizing the measured transverse cracking loads and the split cracking loads as the concrete strength varies.
As mentioned above, the following conclusions are drawn from the investigation of the bond characteristics and the cracking behavior in the reinforced concrete tensile members.
The results showed that as higher strength concrete was employed, not only more extensive split cracking along the reinforcement but also smaller transverse crack spacing were appeared. Thereby, the effective tensile stiffness of high -strength concrete specimens after the cracking stage was much smaller than those of normal-strength concrete specimens. This observation is contrary to the knowledge generally conceived up to date, as well as the significance in the reduction of tension stiffening effect by the employment of high-strength concrete is much higher than that would be expected.
It is appeared that an increase of concrete strength with keeping other factors constant results in shortening of the transfer length as inverse ratio of √(f_ck), and developed mean bond stress is proportional to the ratio of f_ck Thereby, the split cracking loads remain constant even if concrete strength becomes higher, and it is also said that there is a certain limit length of the embedded steel over which the assumption of uniform bond stress distribution is valid specially for high-strength concrete.

목차 (Table of Contents)

• 그림 목차 = iv
• 사진 목차 = vi
• 표 목차 = vii
• 기호 정의 = viii
• 국문 초록 = x
• 제1장 서론 = 1
• 1.1. 연구배경 = 1
• 1.2. 연구목적 및 내용 = 2
• 1.3. 연구방법 = 3
• 1.4. 기대효과 = 5
• 제2장 문헌연구 = 7
• 2.1. 개요 = 7
• 2.2. 실험방법 = 7
• 2.2.1. 인발실험 = 10
• 2.2.2. 인장실험 = 12
• 2.2.3. 보실험 = 13
• 2.3. 콘크리트 피복 = 15
• 2.4. 콘크리트 강도 = 20
• 2.4.1. 일축압축강도 = 20
• 2.4.2. 콘크리트의 지압응력 = 29
• 제3장 실험 = 33
• 3.1. 개요 = 33
• 3.2. 실험변수 = 33
• 3.3. 실험재료 = 35
• 3.3.1. 콘크리트 = 35
• 3.3.2. 철근 = 37
• 3.3.3. 혼화재료 = 37
• 3.4. 시험체의 제작 = 38
• 3.5. 측정장치 및 측정방법 = 43
• 제4장 국부인장실험결과 및 고찰 = 46
• 4.1. 개요 = 46
• 4.2. 철근의 응력분포 = 46
• 4.3. 콘크리트의 인장력분포 = 50
• 4.4. 부착응력분포 = 53
• 제5장 인장부재실험결과 및 고찰 = 58
• 5.1. 개요 = 58
• 5.2. 인장부재실험결과 = 62
• 5.2.1. 보통강도 콘크리트 인장부재 시험체(TMN 시리즈) = 63
• 5.2.2. 중간강도 콘크리트 인장부재 시험체(TMM 시리즈) = 64
• 5.2.3. 고강도 콘크리트 인장부재 시험체(TMH 시리즈) = 66
• 5.3. 피복두께의 영향 = 82
• 5.4. 콘크리트 강도의 영향 = 86
• 5.5. 인장증강효과 = 89
• 5.6. 인장증강효과의 정식화 = 90
• 제6장 부착특성 모델링 = 95
• 6.1. 개요 = 95
• 6.2. 횡방향균열강동 분석 = 100
• 6.3. 쪼갬균열강도 분석 = 106
• 6.4. 콘크리트 강도 변화에 따른 부착특성 모델링 = 110
• 제7장 결론 = 113
• 참고문헌 = 115
• 영문초록 = 124
• 부록 = 126