직선철근 이음과 초고성능 콘크리트 채움재료를 적용한 신형식 프리캐스트 바닥판의 구조성능 평가

국문 초록 (Abstract)

직선철근 이음과 초고성능 콘크리트 채움재료를 적용한 신형식 프리캐스트 바닥판의 구조성능 평가 단국대학교 대학원 토목환경공학과 구조공학전공 고 우 영 지도교수： 최 명 성 현재 프리캐스트 바닥판에 적용되는 루프이음과 비대칭 요철형 단면을 적 용한 연결시스템은 부재 제작 시 제작 난이도가 높고, 연결부재 간 일체화 및 구조성능 확보를 위한 겹침이음길이와 연결부 폭이 길어 다량의 채움재 료 타설 공정이 요구되어 시공성이 낮은 문제점이 존재한다. 또한 비대칭 루 프이음 바닥판 연속화 공법의 현장 시공성 개선을 위해 채움재료를 초고성 능 채움재료로 대체하고 그에 따른 강도 특성을 고려하여 연결부 철근 겹침 이음길이를 감소시킬 수 있지만 국내 현행 철근 겹침이음길이 규정의 경우, 초고성능 채움재료의 강도 특성을 고려해주지 못하는 문제가 존재한다. 이러 한 문제점을 해결하기 위해 제작 난이도가 낮은 직선철근이음과 초고강도 재료의 사용으로 부착성능을 향상시켜 철근 겹침이음길이, 연결부 폭을 줄일 수 있는 초고성능 채움재료(Ultra-High-Performance Fiber-Reinforced Cement Composite, UHPFRCC)를 적용한 신형식 프리캐스트 바닥판 연결시스템을 제안 하였다. 또한 제안된 프리캐스트 바닥판 연결시스템의 구조안정성과 다양한 설계 변수에 따른 구조성능 영향을 평가하기 위해 요소 실험체를 제작하여 정적 4점 휨 실험을 수행하였다. 구조실험결과, 신형식 프리캐스트 바닥판 연결시스템은 기존 비대칭 루프 이음 연결시스템보다 불리한 겹침이음길이 설계 조건임에도 비대칭 루프이 음 연결시스템만큼의 내하력 및 연성능력을 확보하는 것으로 나타났다. 그 이유는 부착성능이 매우 우수한 초고성능 채움재료(UHPFRCC)를 타설하여 기존 루프이음 연결시스템만큼의 일체화를 확보한 것으로 판단된다. 다음으 로 신형식 프리캐스트 바닥판 연결시스템은 요철형 격벽 개수와 요철형 격 벽 길이에 따른 구조성능 영향은 미비한 것으로 나타났다. 또한, 신형식 프 리캐스트 바닥판 연결시스템은 구조성능 확보를 위해 최소 200 mm의 연결 부 폭이 요구되는 것을 본 연구의 구조실험을 통하여 도출하였다. 요철형 격 벽 단면에 전단키 형상을 적용하면 최대 내하력 이후 충분한 연성거동이 나 타났다. 이는 하중 재하 시 전단키 형상을 따라 채움재료-프리캐스트 콘크리 트 간 맞물림 효과가 발생하여 최대하중 이후 시험체 하부 처짐이 증가된 것으로 판단된다. 신형식 프리캐스트 바닥판 연속화 공법의 구조성능 평가와 그 결과를 토대 로 비선형 유한요소해석프로그램(Diana FEA)를 이용하여 검증하였다. 이를 토대로 신형식 프리캐스트 바닥판 연속화 공법의 구조안정성 검토와 상세 설계를 도출하였다. 주제어: 신형식 프리캐스트 바닥판, 구조성능 평가, 초고성능 채움재료, 해석 적 평가

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 ⅰ
• 목 차 ⅲ
• 표 목차 ⅴ
• 그림목차 ⅵ
• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 필요성 ·1
• 1.2 연구 동향 3
• 1.3 연구 목적 및 내용 6
• 제 2 장 신형식 프리캐스트 바닥판 연결시스템의 휨 성능 평가 ·7
• 2.1 개요 ·7
• 2.1.1 루프철근 겹침이음길이 설계지침 9
• 2.1.2 섬유보강 SUPER Concrete 구조설계지침 ·10
• 2.2 실험체 설계 및 제작 14
• 2.3 휨 성능 평가 조건 및 측정항목 25
• 2.4 휨 성능 평가 결과 및 분석 27
• 2.4.1 연속화 공법별 하중-처짐 관계 ·27
• 2.4.2 요철형 격벽 개수에 따른 하중-처짐 관계 28
• 2.4.3 연결부 폭에 따른 하중-처짐 관계29
• 2.4.4 요철형 격벽 길이에 따른 하중-처짐 관계 29
• 2.4.5 요철형 격벽 단면 형상에 따른 하중-처짐 관계 ·30
• 2.4.6 단위폭 당 모멘트-처짐 관계 32
• 2.4.7 균열 발생 특성 및 파괴양상 분석 ·36
• 2.4.8 하중-균열폭 관계 분석 38
• 2.4.9 하중-철근 변형률 관계 분석 40
• 2.5 소결 42
• 제 3 장 채움재료 강도 특성을 고려한 연결부 구조성능 해석적 평가 44
• 3.1 유한요소해석모델 구성 ·44
• 3.2 재료모델 46
• 3.2.1 프리캐스트 콘크리트의 재료모델 46
• 3.2.2 초고성능 콘크리트 채움재료(UHPFRCC)의 재료모델·49
• 3.2.3 철근의 재료모델 51
• 3.2.4 연결부 경계면의 접촉조건 52
• 3.3 구조실험 및 해석적 평가 결과 비교 분석 53
• 3.4 채움재료 강도별 겹침이음길이 설계 및 구조성능 해석적 평가 ·56
• 3.4.1 채움재료 강도별 변수해석 결과 비교 분석 56
• Ⅳ. 결론59
• 참고문헌 61
• Abstract 64