고강도 경량콘크리트 슬래브의 뚫림전단강도에 대한 기둥 형상비의 영향

Abstract

콘크리트는 현대 구조물의 가장 보편화된 구조재료로서 폭넓게 활용되고 있으며, 그 성능이 비교적 우수한 것으로 평가되고 있으나, 낮은 비강도 때문에 부재단면이 확대되어 자중의 증대 및 사용면적의 축소라는 기본적인 문제를 가지고 있으며 한정적인 자원인 천연골재의 수급에 있어서도 어려움이 있는 실정이다. 따라서 선진 각국에서는 구조물 자중감소를 위해서 고강도 경량콘크리트의 적용이 보편화 되어 사용되고 있다. 하지만 경량콘크리트는 경량골재 자체의 강도가 보통중량골재보다 작기 때문에 재료역학적, 구조역학적 성능이 다소 떨어지는 것으로 알려져 있으며, 국내외 기준에서도 이러한 특성을 반영하여 보통중량콘크리트의 경우 보다 더큰 안전율을 두는 방향을 취하고 있다. ACI Building Code1) 에서는 콘크리트의 전단강도(Vc)를 계산함에 있어서 잔골재를 모래로 사용한 경우(Sand lightweight concrete)는 강도저감계수(λ)를 0.85로 사용하게 되어있다. 주거를 중심으로 한 복합용도의 초고층 건축물 건립이 증가하고 있으며, 층고절감과 공기단축 및 경제성 향상 등의 장점을 활용하기 위하여 무량판 구조시스템이 활발히 사용되고 있으며 최근에는 평면계획의 융통성을 위하여 벽체와 유사하게 형상비가 큰 wall column 형식의 장방형 기둥으로 설계되는 경우가 많다. 또한 초고층 시공시 적용되는 수직, 수평 분리타설공법은 공기지연 등의 이유로 내민길이 타설을 현실적으로 어렵게 하므로 수직재의 초고강도 적용시 슬래브와 수직부재의 강도차이가 1.4배 이내로 하기 위해서는 슬래브의 고강도화가 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 실험을 통하여 고강도 경량콘크리트를 적용한 플랫플레이트의 뚫림전단강도에 대한 기둥형상비(column aspect ratio) 및 강도저감계수(λ)에 관한 영향을 평가하고 현행 설계식의 적용성을 검토 하였다.; The purpose of this study is to investigate punching shear strength of interior flat plate slab using lightweight concrete supported by rectangular column, with respect to column aspect ratio varied between 1 to 5. To inspect the effect of column aspect ratios(long side length/short side length of column section) and shear strength reduction factor(λ) 0.85 on the punching shear behavior for light weight concrete, eight specimens made of normal weight and light weight concrete were held constant the length of shear critical section. As increased column aspect ratios, punching shear strengths decreased due to the concentration of applied loads to the short side of column support. Punching shear strength of light weight concrete specimens are the same as 91~93% of nomal weight concrete, ACI building code unnecessarily overestimate the reduction factor(λ) 0.85. This study consists of 5 chapters as follows; Chapter 1 : Described background , purpose, range and contents for study. Chapter 2 : Described effect of column aspect ratio about punching shear failure mechanism, internal and external code and punching shear strength. Chapter 3 : Described material test, overview of test, test plan, method of test. Evaluated calculating table of punching shear strength by investigating influence of each variable based on the test. Chapter 4 : Evaluation of design codes according to strength reductino factor based on database from previous and present test. Chapter 5 : Described conclusion of this study. Reached a conclusion through comparative analysis about test result of flat plate slab - column connection adopting variables. 1) As column aspect ratio increases, shear delivery area of short side of slab decreases. As a result, punching shear failure occurs earlier in the parallel with short side than long side of loaded area. 2) Slab reinforcements that arranged through cloumn have an effect on punching shear behavior. After punching shear failure, slab-column connection that arranged transverse bar maintains about 71~79% of maximum punching shear capacity and leads gradually progressive collapse. 3) Punching shear strength of light weight concrete specimens are the same as 91~93% of nomal weight concrete. And all of the ratio of measured to predicted shear strength (VTEST/VPRED) are over 1.0. In conclusion, ACI code and Euro code unnecessarily underestimate to light weight concrete. 4) EC 2 - 04 is more appropriate predicted shear strength than ACI 318 - 05 in effect of concrete strength and slab reinforcement ratio. Because It considered with a cube root of concrete strength. And in the design code, it has directly considered about slab reinforcement ratio. Therefore ACI 318 - 05 is necessary to newly design of appropriate predict shear strenth.