TTC 절점 내 대구경 확대머리 철근의 정착성능 평가 = Evaluation on Anchorage Capacity of Headed Bars with Large Diameter in TTC Node

국문 초록 (Abstract)

확대머리 철근은 갈고리나 직선 정착이 발생시키는 배근의 혼잡과 같은 문제를 해결해줌에 따라 최근 많은 연구가 이루어져 오고 있다. 확대머리 철근은 접합부에 발생하는 CCT 절점이나 컷오프된 인장철근의 정착구간에 발생하는 TTC 절점 등에 사용이 가능하다. 그러나 기존 연구를 살펴보면 CCT 절점 및 이음구간에 대한 정착성능 평가는 많이 이루어졌으나, TTC 절점에서의 정착성능 평가는 아직 수행되지 않았다. TTC 절점의 경우 확대머리의 지압력에 의해 높은 수직 인장력이 발생되기 때문에 CCT 절점에서 보다 불리한 조건이 형성된다. 본 연구에서는 이러한 TTC 절점 내 확대머리 철근의 정착성능을 평가하기 위한 목적으로 컷오프 구간을 모사한 4점 가력 보 실험을 수행하였으며, 실험을 통해 측정된 확대머리 철근의 정착성능을 ACI 318 기준의 직선정착 성능과 비교하였다.
TTC 절점에서는 철근이 구속되어 있지 않음에 따라 수직 인장력이 발생하게 되는데, 횡보강근이나 콘크리트 수평면적은 이러한 수직 인장력에 저항하게 된다. 따라서 본 연구에서는 TTC 절점 내 정착성능에 큰 영향을 미치는 순간격과 횡보강근의 양을 변수로 하여 TTC 절점 실험을 수행하였다.
실험결과, 실험체의 파괴 거동은 횡보강근의 유무에 따라 확연히 구분되었다. 횡보강근이 배근 되지 않은 실험체의 경우 확대머리 부근에 대각 균열이 발생한 이후 곧바로 쪼갬균열이 확대머리 철근을 따라 진전되며 파괴되었다. 그러나 횡보강근이 배근된 실험체의 경우 확대머리 부근에 대각 균열이 발생한 이후에도 하중이 계속 증가하였으며 횡보강근이 충분히 배근된 실험체의 경우 추가적으로 파괴 시 연성적인 거동까지 보였다. 계획한 변수의 영향력을 살펴보았을 때, 순간격이나 횡보강근 양이 증가함에 따라 정착강도는 증가하는 경향을 보였으며, 이러한 구속효과의 영향력은 현재 ACI 318 기준에서 직선정착에 대해 고려하고 있는 구속효과의 영향력과 유사하게 나타났다. 이러한 TTC 절점 내 확대머리 철근의 정착성능을 ACI 318 기준의 직선정착길이식을 통해 계산한 정착성능과 비교해보았을 때, 구속효과 항이 2.5이상인 실험체의 경우, 추가 정착길이를 연장하지 않았는데도 불구하고 추가정착길이를 고려하여 계산한 기준의 요구 정착성능보다 높게 나타났다.
이러한 TTC 절점 실험체의 파괴 모드를 이론적으로 접근하여 TTC절점 실험체의 정착성능을 정량적으로 평가하고자 해석적 연구를 수행하였다. 이를 위해 확대머리 철근의 강도 발현 메커니즘을 트러스 모델로 접근하여 TTC 절점에 작용하는 수직 인장력을 계산하고 이러한 계산값을 이론적 파괴내력값과 비교하여 해석 모델의 적절성을 평가하였다. 여기서 부착력에 의해 발생하는 수직 인장력의 경우 분산트러스 모델을 사용하여 계산하였으며, 지압력에 의해 발생하는 수직 인장력의 경우 단일 트러스 모델을 이용하여 계산하였다.
해석 결과, 제안하는 트러스 모델을 이용하여 계산한 수직 인장력은 콘크리트의 인장강도 및 횡보강근의 항복강도로 고려되는 수직 내력과 그 크기가 유사하게 나타났다. 여기서 지압력의 기여분이 발생시키는 수직 인장응력은 전체 수직인장응력의 37~47% 정도로 나타났다. 지압력에 의한 수직 인장력은 확대머리 부근에서 집중하중으로 발생되기 때문에 확대머리 부근에 횡보강근을 집중 배치하는 배근상세를 제안하였다. 이러한 배근상세를 고려할 경우 지압력에 의한 수직력이 발생하지 않는다는 가정하에 재해석한 결과, TTC 절점 내 확대머리 철근의 정착성능이 크게 증가되는 것으로 나타났으며, 구속효과 항을 추가 확보하였을 경우 TTC 절점에서도 기준에서 제시하는 확대머리 철근의 요구정착성능을 만족하는 것으로 나타났다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Headed bars were developed to address the problems that arise from the use of conventional anchorage. Previous researchers evaluated anchorage capacity of headed bars in lap splice region and CCT node. However, anchorage tests in TTC node have not been conducted. TTC Node exists in an anchorage region of cut-off tensile bars. For a wide use of headed bar, anchorage tests in TTC node should be conducted.
Therefore, in this research, anchorage capacity of headed bar in TTC node was evaluated. For this TTC node tests, which consider cut-off region, were conducted. Clear spacing and transverse reinforcement were considered as variables. Test results present that each specimen show different failure mode according to transverse bar. Failure of specimen without transverse bar is determined by tensile failure of concrete around the head. Failure of specimen with transverse bars is determined by yield of transverse bars. Clear spacing and transverse bars show similar effect on anchorage capacity and increase the anchorage capacity. Specimens with transverse bars present the greater anchorage capacity than straight anchorage, even if additional anchorage length is not considered. Finally, using the truss model, analysis research on failure mode of TTC specimen was conducted.

목차 (Table of Contents)

• 국문요지 iv
• 목 차 vi
• 표 목차 ix
• 그림 목차 x
• 제 1장. 서론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 TTC 절점과 CCT 절점의 비교 2
• 1.3 ACI 318 기준 휨철근 정착 상세 3
• 1.4 연구목적 5
• 제 2장. 실험계획 7
• 2.1 변수 분석 7
• 2.1.1 변수 영향력 7
• 2.1.2 구속효과 영향력 8
• 2.1.3 TTC 절점 실험 변수 11
• 2.2 TTC 절점 실험체 상세 13
• 2.3 재료 시험 결과 18
• 2.4 측정 계획 19
• 2.4.1 변형률 측정 19
• 2.4.2 하중 및 처짐 측정 20
• 2.5 실험 과정 21
• 2.6 실험체명 22
• 제 3장. 실험결과 23
• 3.1 파괴모드 23
• 3.1.1 횡보강근이 없는 실험체 23
• 3.1.2 횡보강근이 있는 실험체 26
• 3.2 변수 영향력 29
• 3.3 부착력 및 지압력의 기여분 30
• 3.4 직선정착 성능과 비교 32
• 제 4장. 해석적 연구 33
• 4.1 쪼갬파괴 발생 요인 33
• 4.1.1 쐐기작용 34
• 4.1.2 휨 균열 35
• 4.1.3 장부작용 36
• 4.1.4 컷오프 철근 38
• 4.2 제안 해석 모델 41
• 4.3 트러스 모델-부착력 44
• 4.3.1 지압력 계수- 44
• 4.3.2 기본 가정사항 46
• 4.3.3 평형조건 47
• 4.3.4 접합조건 47
• 4.4 트러스 모델-지압력 52
• 4.5 해석모델 검증 54
• 제 5장. 배근 상세 제안 57
• 5.1 TTC 절점 실험 결과와 ACI 318 기준의 비교 57
• 5.2 횡보강근 배근 상세 제안 60
• 5.3 TTC 절점 내 정착길이 식 제안 62
• Chapter 6. 요약 및 결론 66
• 6.1 요약 66
• 6.2 결론 68
• 6.3 추후 연구 방향 제안 70
• 참고문헌 71
• ABSTRACT 73