콘크리트 합성 교량용 매립형 분리식 전단연결재 개발을 위한 실험적 연구

정대성,박세현 한국콘크리트학회 2022 콘크리트학회논문집 Vol.34 No.6

콘크리트 합성 교량은 대부분 프리스트레스트 콘크리트 거더에 매립된 스터럽 철근이 프리캐스트 바닥판과의 합성 거동을 위한 전단연결재로 사용된다. 철근 전단연결재는 거더에 완전 매립되어 있기 때문에 노후화된 바닥판을 교체할 경우에는 많은 제약이 따른다. 거더와 거더 사이의 바닥판은 휠쏘 등으로 절단하여 철거가 가능하나, 전단연결재와 합성된 바닥판은 브레이커 등으로 파쇄해야만 한다. 이 과정에서 손상된 전단연결재를 모두 절단하고 콘크리트 거더에 케미컬앵커 시공으로 전단연결재를 재설치 한 후 바닥판을 재시공하게 된다. 또한, 콘크리트 바닥판의 철거 시에 파쇄에 따른 소음과 비산먼지 등이 발생하여 환경적 문제가 지적되고 있다. 따라서 콘크리트 바닥판 재시공 시 환경적 문제를 최소화하고 생애주기비용 관점의 경제적인 유지관리를 위해서는 바닥판의 교체가 용이한 분리식 전단연결재 개발이 요구된다. 본 논문에서는 기존의 철근 전단연결재를 대체함으로써 바닥판 교체에 용이한 매립형 분리식 전단연결재를 제안하였다. 제안된 전단연결재에 대한 수평전단실험을 수행하여 수평전단강도와 슬립 변위를 검토하였다. 기존 방식의 철근 전단연결재에 비해 제안된 전단연결재의 전단성능이 매우 우수하고, 슬립변위 또한 연성기준을 만족하여 충분한 적용 가능함을 실험적으로 검증하였다.

파형전단연결재의 전단저항 성능

안진희(Ahn Jin-Hee),최규태(Choi Kyu-Tae),김성현(Kim Sung-Hyun),김상효(Kim Sang-Hyo) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 A Vol.28 No.3A

본 연구는 기존의 perfobond rid을 절곡시켜 변형시킨 형태인 corrugated rib 전단연결재의 전단강도를 평가하기 위하여 push-out 실험을 통하여 기존의 전단연결재인 stud, perfobond rib 전단연결재와 비교하였다. Corrugated rib 전단연결재의 전단강도에 기여하는 요인인 홀의 유무, 관통철근의 유무, 파형의 파고, rib의 높이 동을 고려하여 총 12본의 push-out 시험체를 제작하였다. 실험결과 corrugated rib 전단연결재 시험체는 콘크리트 슬래브의 지압성 파괴에 의하여 파괴 모드가 결정되었으며, 용접부의 파괴는 발생하지 않았다. 또한 corrugated rib 전단연결재가 perfobond rib 전단연결재보다 최대 96% 의 전단저항 성능이 향상됨을 확인하였고, 관통철근의 배근유무에 따라 48%의 전단강도가 증가하는 것으로 나타났다. Corrugated rib 전단연결재의 홀 및 관통철근에 의해 콘크리트 디웰 효과가 증가되었으며, 파형의 파고 및 rid의 높이가 증가할수록 콘크리트 지압저항 영역의 증가로 인하여 전단강도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. This paper deals with the shear capacity of corrugated rib as the shear connector in composite structures. Corrugated rib is modified as perfobond rib shear connector type to evaluate the shear capacity. A total 12 push-out specimens with stud, perfobond rib, and corrugated rib connector were fabricated. Then, the influences of hole-crossing bars, concrete dowel, depth of corrugated panel and height of rib on the shear capacity were evaluated experimentally. As the results of these tests, the failure mechanisms of corrugated rib and perfobond rib specimens were associated with the bearing failure of the concrete slabs, but the failure of weld zone did not occur. The shear capacity of corrugated rib specimens improved as high to 96% compared to the perfobond rib shear connectors. Also, the hole-crossing bars were effective on the improvement of concrete dowel action, and consequently, shear capacity increased by 48%. It was also proven that the increment of the depth of corrugated panel and the height of rib increased the concrete bearing resistance, therefore increasing the shear capacity.

A Proposal of Strength Estimation Equation for Perforated Shear Connector with Various Material

Nam, Jeong-Hun,Park, Jung-Hwan,Yoon, Soon-Jong,Joo, Hyung-Joong 홍익대학교 과학기술연구소 2006 科學技術硏究論文集 Vol.17 No.-

합성부재에서 두 재료 사이의 접촉면에 효과적인 응력전달과 합성거동을 유도하기 위하여 각종 전단연결재가 사용된다. 강합성 교량에서 가장 광범위하게 사용되는 전단연결재는 스터드 형식이고, 최근에 들어서는 Perfobond 전단연결재도 주목을 받고 있다. 본 연구 대상인 ㄱ형 Perfobond 전단연결재는 스터드 전단연결재와 Perfobond 전단연결재의 단점을 보완한 것이다. 토목분야에서 신소재로 연구되는 FRP 합성부재에서는 FRP의 재료적 특성과 펄트루젼 생산방식을 고려하여 강재 Perfobond와 유사한 형태의 FRP Perfobond 전단연결재를 도입하였다. 본 연구에서는 기존의 강재 Perfobond 전단연결재의 강도평가에 대한 연구와 ㄱ형 Perfobond 전단연결재와 FRP 전단연결재에 대한 실험결과를 바탕으로 각각의 전단연결재의 강도를 추정할 수 있는 강도 평가식을 제안하고, 제안한 평가식으로부터 구한 값과 실험값을 비교하여 타당성을 검증하였다.

Perfobond rib 전단연결재의 전단강도 및 잔류강도 평가

안진희(Ahn Jin Hee),김상효(Kim Sang Hyo),구현본(Koo Hyun-Bon),강균희(Kang Gyun Hee) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 A Vol.27 No.2A

본 논문에서는 실험적 연구를 통해 perfobond 전단연결재의 전단거동 특성과 피로하중에 따른 잔류강도 변화를 평가하였다. 이를 위해 총 18개의 perfobond 전단연결재 시험체를 제작하였으며, 이들 시험체에 대한 정적 및 피로 직접전단실험을 실시하여 홀 관통철근콘크리트 다웰효과반복하중 작용 등이 전단강도에 미치는 영향을 분석하였다. 실험결과, perfobond 전단연결재의 전단강도에서 콘크리트 다웰효과는 최대전단강도의 약 65%를 차지하고, perfobond 전단연결재 홀에 배치된 관통철근은 전단강도를 100% 이상 증가시키는 것으로 나타났다. 특히, 홀 관통철근은 전단연결부 파괴시 하중-슬립 거동의 연성을 현저히 향상시키는 것으로 나타났다. 두 종류의 피로하중(도로교설계기준에 명시된 설계하중과 설계하중의 50%)을 일정횟수 반복재하한 후 정적 직접전단실험을 통해 측정한 perfobond 전단연결재의 잔류강도는, 홀 관통철근이 없는 시험체의 잔류강도는 최대전단강도의 약 65% 수준으로 저하되었으나, 홀 관통철근이 설치된 시험체의 잔류강도는 반복재하하중에 의하여 크게 감소되지 않음을 확인할 수 있었다. 따라서, 교량과 같이 피로하중이 빈번히 작용하는 구조물에 perfobond 전단연결재를 사용할 경우, 전단강도의 저하를 방지하기 위해 홀 관통철근 배근이 필요한 것으로 나타났다. This paper deals with the static shear strength and residual strength after cyclic loading of perfobond rib shear connectors. A total of eighteen push-out specimens with perfobond rib shear connectors were fabricated and a series of static and residual push-out tests were conducted. Then, the influences of hole crossing bars, concrete dowel, and cyclic loading on the shear strength were evaluated experimentally. As a results of this study, it is proved that the concrete dowel action is charge of 65% in ultimate shear strength of perfobond shear connectors, and the hole crossing bars increase the shear strength of that in two times. Especially, at the time of failure of shear connectors, the hole crossing bars significantly increase ductility of load-slip behavior. According to the residual push-out tests applying two types of cyclic loadings, design load and 50% of design load specified in Korean Highway Bridge Design Code, the residual strength, which was drawn by static push-out test after cyclic loadings, of the specimens without hole crossing bars were reduced to 65% of ultimate strength. However, the residual strength of the hole crossing bars were not reduced significantly. Therefore, as the perfobond shear connectors are applied to the Bridges which are frequently subjected to the fatigue loadings, it is designable to install hole crossing bar in order to prevent reducing of shear strength by fatigue loadings.

매립형 분리식 전단연결재를 적용한 PSC 합성거더의 전단성능 평가

정대성,박세현,임얼 한국복합신소재구조학회 2022 복합신소재구조학회논문집 Vol.13 No.6

When an aged (damaged) concrete deck in a PSC girder composite bridge is replaced, noise and scattering dust due to crushing are generated, in addition to damage to existing shear connectors. Along with these environmental problems, the replacement work takes a long time, and the economic costs significantly increase. This paper proposes a demountable shear connector embedded in a PSC girder to solve these problems. To estimate the shear performance and ultimate behavior of the proposed demountable shear connector, a horizontal-shear experiment was conducted by a parameter study using finite-element analysis. The research analysis confirmed that in the case of having a tapered Y-shaped under a T-sleeve, an initial slip did not occur even with the presence of manufacturing tolerance between the T-sleeve and stud bolt due to the wedge effect, and sufficient initial stiffness was ensured. In addition, the effect of the arrangement direction of the shear connectors was confirmed to do not affect the shear performance. The DY shear-connector model was confirmed to ensure equivalent or better strength performance via a comparative experiment using a conventional rebar-type shear-connector model. The slip displacement also satisfied the ductile design standard of 6 mm or more. Through this study, the demountable shear connector was considered to be a useful alternative for removing and replacing old concrete decks if additional verification such as small-scale composite-girder experiments must be performed. PSC거더 합성교량에 있어 노후(손상)된 바닥판을 교체할 경우에는 기존에 설치된 철근 전단연결재의 손상과 함께 파쇄에 따른 소음 및 비산먼지 등이 많이 발생한다. 이러한 환경적 문제와 함께 교체공사 기간이 길어져 경제적 비용 또한 크게증가한다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 PSC거더에 매립되지만 쉽게 분리할 수 있는 분리식 전단연결재를 제안하였다. 제안한 분리식 전단연결재의 전단강도성능과 파괴거동을 확인하기 위해 유한요소해석을 통한 변수연구와 함께 수평전단실험을 수행하였다. 해석연구를 통해 T-sleeve 하부에 Y형상의 테이퍼진 면을 갖는 경우에 볼트체결력에 따른 쐐기효과로 인해 T-sleeve와 볼트 사이의 제작 공차가 있더라도 초기 슬립이 발생하지 않고 충분한 초기강성을 확보하는 것을 확인하였다. 또한, 전단연결재의 배치 방향에 따른 영향은 전단성능에 영향을 주지 않는 것을 확인하였다. DY전단연결재는 기존 방식인 철근전단연결재 모델과 비교실험을 통해 전단강도성능은 동등 이상을 확보하고 있으며, 슬립변위량 또한 연성설계기준인 6mm 이상을 만족하는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 제안된 분리식 전단연결재는 추가적으로 합성거더 실험 등의 검증을 거친다면노후 바닥판의 철거 및 교체에 유용한 대안이 될 수 있을 것으로 판단된다.

전단구속철근을 배치한 유공강판 전단연결재에 관한 실험적 연구

김성칠,김영호,유성근 한국구조물진단유지관리공학회 2006 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.10 No.6

강․콘크리트 합성구조에서 강재와 콘크리트 사이의 경계면에 효과적인 응력전달과 합성거동을 유도하기 위하여 스터드, 채널, 유공강판 등이 사용된다. 가장 광범위하게 사용하는 전단연결재는 스터드 형식이고, 최근에 들어서는 강판에 구멍을 뚫은 유공강판전단연결재인 Perfobond가 주목을 받고 있다. 본 연구는 강․콘크리트 합성교량에 적용하기 위한 Perfobond형 전단연결재의 연성능력과 전단성능을 향상시킬 목적으로 횡방향 전단구속철근을 배치하고, Push-out 실험을 수행하여 전단내력을 비교하였다. 실험결과, 유공강판 전단연결재에 전단구속철근, 횡방향 관통철근, 단부 지압판 등을 설치함에 따른 수평 저항성능이나 다웰효과 등에 의해 전단내력이 상승하였으며, 또한 최대내력 이후 변형능력이 유지되면서 연성거동 특성을 보였다. In the design of composite structures, shear connectors such as headed stud, channel, perforated plate, etc, are commonly used to transfer longitudinal shear forces across the steel-concrete interface. Many researches have been conducted to improve the characteristics of different types of shear connector. This paper presents the results of 11 push-out tests performed on the new perforated rib connectors with shearing bars embedded in concrete slab under static loads. The results obtained from these tests are as following : 1) The bearing plate welded on both sides of perforated rib plate improves the stiffness and strength. 2) The capacity of perforated connectors is influenced primarily by the transverse reinforcements and shearing bars.

Perfobond rib 전단연결재가 설치된 강.콘크리트 합성보의 정적거동

안진희,정하민,김상효,Ahn, Jin Hee,Chung, Hamin,Kim, Sang Hyo 한국강구조학회 2009 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.21 No.4

In this study, push-out and static loading tests were conducted to evaluate the behavioral characteristics of composite beams with a perfobond rib shear connector. The shear capacity of the perfobond rib was found to be proportional to its concrete strength, which is in turn affected by the increase in the concrete end-bearing strength and concrete dowel action to resist the shear force. The relative slips of the push-out specimen, however, which was used to assess the ductility of the shear connector, increased to some extent, but it no longer increased when it reached the critical concrete strength because of the flexibility of the transverse rebar in the rib hole. The static-loading-test results revealed a crack on the concrete slab in the composite beam with a perfobond rib on the side of the rib hole and transverse rebar for the applied moment and shear force to the rib hole, depending on the static loading. The shear resistance characteristics of the perfobond rib shear connector were found to resist the shear force from the relative slip on the interface of the composite beam. Thus, the sectional effect of the shear connector to the composite beam with a perfobond rib should be considered when designing the composite beam because the behavior of the composite beam can change owing to the shear connector. 본 연구는 perfobond rib 전단연결재를 사용한 합성보의 정적거동 특성을 파악하기 위하여 perfobond rib 전단연결재의 push-out 실험과 perfobond rib 전단연결재를 설치한 합성보의 하중재하 실험을 실시하였다. Perfobond rib의 전단저항성능은 콘크리트 강도 증가에 의한 콘크리트 선단지지력 및 콘크리트 다웰의 전단저항 성능 증가로 콘크리트 강도에 비례하며 횡방향 철근의 휨변형 성능에 대한 제한으로 연성효과를 나타내는 상대슬립은 일정 콘크리트 강도이상에서는 증가하지 않았다. 합성보의 하중재하 실험결과, 합성보에 휨 하중과 휨 전단하중이 동시에 작용하게 되므로 rib 홀에 배치된 횡방향 철근과 콘크리트 다웰부의 전단저항에 따라 합성보 콘크리트 슬래브의 rib 홀의 위치에서 횡방향 균열이 발생하였으며, perfobond rib 배치방법에 따라 합성단면 경계에서의 상대변위로 강성전단연결재의 전단거동 특성을 확인하였다. Perfobond rib와 같이 합성보에 대한 전단저항 성능이 큰 강성 전단연결재의 경우 전단연결재에 의한 합성보의 거동이 변화하므로 합성보 단면설계시 이에 대한 고려가 필요하다.

BESTOBEAM 전단연결재의 길이에 따른 전단 내력 평가

안형준,정인용,김영주,황재선,Ahn, Hyung Joon,Jung, In Yong,Kim, Young Ju,Hwang, Jae Sun 한국강구조학회 2015 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.27 No.5

앵글을 전단연결재로 사용한 시공개선형 합성보(BESTOBEAM)의 전단연결재 길이에 따른 전단 내력을 실험적으로 평가하고 전단내력 설계식을 제안하였다. Eurocode 4의 경우와 달리 BESTOBEAM의 전단연결재는 등분포 하중을 받는 보의 거동과 유사하며 그 순경간(BESTO Width)에 따라 전단 내력이 달라진다. BESTO Width와 콘크리트의 강도에 따른 전단 내력을 Push-out 실험을 통해 측정한 결과 BESTO Width가 길어질수록 내력이 감소하고 연성능력은 증가하는 경향을 보였다. 실험결과를 반영하여 Eurocode 4의 설계식을 수정하여 새로운 설계식을 제안하였다. 제안된 설계식을 통해 예측된 전단연결재의 강도는 10% 오차 범위 이내로 잘 맞는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 앵글을 전단연결재로 사용한 BESTOBEAM의 전단 강도 설계에 제안된 식을 사용할 수 있을 것으로 판단된다. Shear resistance of BESTOBEAM, which has angle as shear connector and was developed with purpose of easy construction, was tested. With the test results shear resistance design equation was proposed. Unlike angle connector of Eurocode 4, BESTO BEMA shear connector behaves like fixed-end beam. Therefor longer span of the shear connector the lower shear resistance it has. As a result, shear resistance of BESTOBEAM shear connector according to its length tends to decrease as its length gets longer. The authors proposed design equation of angle shear connector sased on the test results. The results from the test and the proposed equation match within 10% error range. Therefore the proposed equation can be used for designing shear connector of BESTOBEAM.

CFT 구조에 적용된 스터드 전단연결재의 파괴 거동에 대한 실험 및 해석적 연구

Sangyoon Lee 한국재난정보학회 2013 한국재난정보학회 논문집 Vol.9 No.4

CFT 구조는 내부의 콘크리트와 강관의 합성거동을 위한 전단연결재를 필요로 한다. 하지만, 현행 설계기준에서는 통상적으로 무근콘크리트로 채워지는 CFT 구조에 적용할 수 있는 전단연결재에 대한 설계기준을 제시하고 있지 않다. 본 연구는 강-콘크리트 합성구조에 널리 사용되는 스터드 전단연결재를 CFT 구조에 적용하기 위한 설계기준 즉, CFT 구조에 적용된 스터드 전단연결재의 전단강도를 제안하기 위한 연구의 일환으로 수행되었다. 본 연구에서는 CFT 구조에 적용된 스터드의 전단강도를 결정하는 주된 파괴모드를 검토하기 위하여 무근콘크리트를 적용한 직접전단실험체를 이용하여 실험을 수행하고 파괴모드를 분석하기 위한 유한요소해석을 실시하였다. 직접전단실험 및 유한요소해석결과로부터 CFT 구조에 적용된 스터드 전단연결재의 주된 파괴모드는 콘크리트의 쪼갬파괴이며, 이러한 파괴모드로 인하여 철근콘크리트에 적용된 스터드에 비해 전단강도가 감소한다는 사실을 확인할 수 있었다.

CSB (Confined Socket Bolt) 전단연결재의 전단 성능 평가

황승현,문주현,홍종국,전종철,심재일 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.27 No.2

This study evaluated a shear capacity of confined socket-bolt (CSB) shear connector developed for utilizing cast in placed pile (CIP) as apermanent underground wall. The push-out tests were performed in the specimens with different CIP types, CSB shear connector types, , andconcrete compressive strengths of concrete pile, and with or without waterproofing at interfaces between CIP and underground wall. Test results showedthat the specimens with a H-shaped pile were fractured in the CSB shear connector, while the fracture concentrated in the concrete part of the specimenswith a reinforced concrete pile was alleviated as the compressive strength of the concrete pile increased, resulting in the severe fracture of CSB shearconnector. The maximum shear capacities of the specimens with high strength bolts and reinforcing bars used as CSB shear connector were approximately1.22 and 1.20 times higher than those of the specimens with a H-shaped pile, respectively, and 1.10 and 1.16 times higher than those of the specimenswith a reinforced concrete pile, respectively. Meanwhile, the maximum shear capacity was not significantly affected by the embedding length of theCSB shear connector and overlapping length of reinforcing bar. The predicted shear capacities calculated from the KDS standards were lower thanthe measured values of all specimens tested in this study. 이 연구에서는 흙막이용 CIP(cast in placed pile)를 영구적인 지하외벽으로 활용하기 위해 제시한 CSB(confined socket bolt) 전단연결재의 전단 성능을 평가하였다. CSB 전단 성능 평가를 위한 푸쉬아웃(push-out) 실험의 주요 변수는 CIP의 종류, CSB 전단연결재 종류, ,무근 콘크리트, 방수재 및 철근콘크리트 말뚝의 압축강도로 설정하였다. 실험결과, H-형강 말뚝 실험체들의 파괴모드는 모두 CSB 전단연결재파단에 의해 지배되었다. 철근콘크리트 말뚝 실험체들의 파괴모드는 철근콘크리트 말뚝의 압축강도가 증가할수록 콘크리트의 파괴보다 CSB 전단연결재의 파단에 의해 지배되었다. 고강도 볼트 및 이형철근의 CSB 전단연결재 실험체의 최대 내력은 일반강도 볼트의 CSB 전단연결재 실험체에비해 H-형강 말뚝의 경우 약 1.22배 및 1.20배 높았으며, 철근콘크리트 말뚝의 경우 약 1.10배 및 1.16배 높았다. 그리고 푸쉬아웃 실험에서 최대 내력은 CSB 전단연결재의 길이 및 철근 중첩에 대한 영향이 미미하였다. KDS 기준에 의해 산정된 전단내력은 실험결과를 안전측으로 평가하였다.