전단보강재의 강도감소를 고려한 플랫 플레이트 슬래브-기둥 접합부의 뚫림전단강도

Abstract

플랫 플레이트 구조는 보가 없이 슬래브에 가해지는 하중을 기둥에 직접 전달하는 구조시스템으로 시공성, 경제성, 공간 활용성이 라멘구조나 벽식 구조보다 뛰어나다. 하지만 슬래브-기둥접합부의 응력 집중으로 인해 뚫림전단 파괴에 취약하고 이로 인해 건물의 연쇄붕괴가 일어날 가능성도 매우 높다. 따라서 뚫림전단강도를 높이기 위해 고강도 콘크리트 사용, 슬래브 유효춤 증가, 기둥단면 크기 증가, 휨철근량 증가 등의 방법이 있지만 시공성과 경제성 면에서 전단보강재를 삽입하는 방법이 가장 효율적이다. 따라서 스터럽(stirrup), 벤트업바(bentup bar), 쉐어레더(shear ladder), 쉐어헤드(shear head) 등 많은 전단보강재들이 개발되었다. 본 연구에서는 기존에 개발된 전단보강재보다 더욱 강도와 연성증진 효과가 뛰어나며 시공성과 경제성이 좋은 나선형 철근 전단보강재를 개발하였고 실험적 연구를 통하여 성능을 규명하였다. 실험의 주요 변수는 나선형 철근 전단보강재의 유무와 전단보강재의 직경이며, 플랫플레이트-기둥 접합부 실물크기의 실험체를 pull-out 방식으로 가력하였다. 실험결과 나선형 전단보강재는 강도와 연성능력 증가에 높은 효과가 있는 것으로 판명되었다. 현행 기준식(KCI2007)은 전단보강재가 항복한다고 가정하고 있지만, 실제 항복강도에 이르기 위해서는 여러 조건들을 만족하여야 한다. 따라서 유한요소 해석 프로그램 LUSAS ver1.43 을 사용하여 콘크리트 강도, 정착근의 위치, 정착 길이를 변수로 전단보강재의 항복강도에 영향을 미치는 영향을 해석하였으며 해석결과 강도감소계수를 도출하였다. 한편, 현행 기준식은 휨철근비와 크기효과(size effect)를 뚫림전단강도식에 반영하고 있지 않음에 따라, 낮은 철근비를 갖거나 두꺼운 슬래브에 대해 실험식을 과대평가할 위험을 가지고 있다. 본 연구에서는 CEB-FIP technical report bulletin 12 에 수록된 실험데이터를 분석해 휨철근비와 크기효과를 고려한 뚫림전단강도식을 회귀분석을 통해 제안하였으며. 현행 기준식보다 실험값과 더욱 잘 일치하는 결과를 보였다. 전단보강된 플렛 플레이트-기둥 접합부의 전단강도식을 제안하기 위해 스터럽(Stirrup), 벤트업바(Bentup bar), 유스터럽(U-Stirrup), CS-Bar, SS-Bar, 와이어메쉬(Wiremesh)등 으로 보강됐으며, 전단보강재를 가로지르는 균열이 발생한 실험체를 대상으로 기존식과 제안식을 실험값과 비교하였다. 해석적 연구를 통해 도출한 강도감소계수를 적용한 전단보강된 뚫림전단강도식은 아래식과 같으며, 현행 기준식보다 실험값과 더욱 잘 일치하며 분산값도 작게 나타났다.