횡 하중 작용 시 중력저항 시스템으로 설계된 포스트 텐션 플랫 플레이트 슬래브 내부 기둥 접합부의 이력거동

Abstract

포스트텐션(Post-Tensioning) 공법은 최근에 급격한 성장을 보이고 잇는 신공법이라 할 수 있다. 아직까지 국내에서는 포스트 텐션 공법이 건축 구조물에서 보편적으로 사용되는 실정은 아니나, 북미 등의 지역에서는 주택에서부터 초고층 건물에 이르기까지 RC건축물에 널리 사용되고 있으며, 국내에서도 점차적으로 포스트 텐션 공법의 구조적 효율로 인해 관심이 커지고 있다. 포스트 텐션 공법은 RC구조에서 장 스팬 보, 트랜스퍼 거더, 플랫 플레이트 슬래브등에 다양한 적용이 가능하며, 특히 플랫 플레이트 슬래브에 보스트텐션 공법이 적용되었을 경우(이하 PT 플랫 플레이트) 구조물 중량 감소 및 충고 절감, 장 스팬 등의 효과가 있으며, 또한 공사비용 절감 및 구조 시스템의 효율성을 높일 수 있는 장점이 있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고, PT플랫 플레이트는 슬래브-기둥 접합부의 뚫림 전단에 취약성을 가지고 있으며, 지진등의 횡 하중이 작용하였을 경우 이러한 취약성은 더욱 심해지는 것으로 나타나고 있다. 본 연구는 중력저항 시스템으로 설계된 PT플랫 플레이트에 횡 하중이 작용하였을 경우, 슬래브-기둥 접합부의 거동 파악을 목적으로 하여 수행되었다. 일반적으로 PT플랫 플레이트 구조물의 경우 PT 슬래브는 중력저항 시스템으로 설계되며, 지진등의 횡 하중은 별도의 횡력 저항시스템이 저항하는 것으로 가정하여 설계된다. 그러나 실제 횡 하중 작용 시, 횡력 저항시스템과 PT 슬래브는 동시에 같은 횡 변위가 발생되며, 이로인해 횡 하중이 작용할 경우 슬래브-기둥 접합부에 불균형 모멘트가 발생되며 이로 인한 편심전단 응력은 중력하중에 의한 전단응력과 더해져 뚫림 전단 파괴의 위험성이 더욱 커지게 된다. 또한 횡 하중 작용 시, 중력하중에 저항하기 위하여 설치된 긴장재(Tendon)와 프리스트레싱(Prestressing)의 도입이 접합부의 이력거동에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되며, 그에 따른 연구의 필요성이 대두되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 비 부착 긴장재(Post-tensioned unbonded tendon)와 철근(rebar)으로 보강된 내부 PT플랫 플레이트 슬래브-기둥 접합부 실험체 5개에 대하여 실험을 실시·분석하였다. 제시된 실험체는 f_(pc)(작용하중을 저항하는 단면의 중심에서 콘크리트의 평균 압축응력)과 ρ_(bo)(슬래브하부 철근비)를 변수로 위험 단면에서의 전단 강도(v_(c)), 슬래브-기둥 접합부의 불균형 모멘트(M), 변형률(DR), 강성지수(K), 연성지수(μ_(Δ)), 누적 소산 에너지 그리고 하부철근의 변형률을 실험적 방법으로 파악하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 현 기준에는 중력저항 시스템으로 설계된 PT플랫 플레이트 슬래브-기둥 접합부 하부에 최소 철근규정이 없으나, 본 실험적 연구를 통해서 포스트 텐션의 영향으로 접합부 단면 하부에 인장 응력이 발생하게 되고 횡 하중 작용 시 모멘트 역전 현상으로 인해 인장응력이 더욱 커지게 되는 것으로 파악하였고, 이러한 인장응력에 대한 보강으로 하부 철근의 배치가 바람직한 것으로 나타났다. 2) 기준에 제시된 설계 전단 강도식에서 전단 강도(v_(c))는 프리스트레스에 의한 콘크리트 압축응력(f_(pc))의 증가에 비례하여 증가하는 것으로 정의 되어있으나, 본 연구에서 실험을 통하여 측정된 전단강도는 긴장량이 작은(f_(pc)=1.15MPa) 실험체가 긴장량이 큰(f_(pc)=1.68) 실험체보다 더 크게 나타났다. 이는 기준과는 상이한 결과로 접합부의 전단강도는 f_(pc)의 증가에 비례하지 않는 것으로 나타났다. 3) 중력저항 시스템으로 설계된 PT플랫 플레이트의 시스템에 횡 하중이 작용할 경우 슬래브-기둥 접합부의 성능은 긴장량이 작은 실험체가 긴장량이 큰 실험체보다 연성, 에너지 소산 능력이 더 우수한 것으로 나타났다. 4) 본 실험적 연구로 프리스트레스에 의한 콘크리트 압축응력(f_(pc))이 PT플랫 플레이트 슬래브-기둥 접합부의 이력거동에 영향을 주는 요소임을 확인했다. 그러나 제한적 실험(실험체 5개)으로 f_(pc)의 영향이 접합부 성능에 미치는 영향을 정확히 파악할 수 없으며 향후 추가적 연구로 f_(pc)가 접합부 성능에 어떠한 영향을 미치는지 수치 해석적 연구와 실험적 연구가 필요할 것으로 사료된다.; Post-tensioned flat plate systems have been used as a gravity load resisting systems in buildings. However, this system should be subjected to gravity loads combined with lateral displacement-induced unbalanced moments due to lateral forces such as winds and earthquakes. In this paper, a series of given specimens are tested under combined gravity and lateral loads as the testing specimens represent interior slab-column connections with post-tensioned flat plate. In the five tests, the amounts of the prestressed and the nonprestressed reinforcements were changed. Test variables of this experimental study are (average compressive stress in concrete due to effective prestress force only) of , and (ratio of bottom re-bar) of 0%, 0.06%, 0.1%. The objective of this paper is to estimate structural performance of interior slab-column connections with prestressed slabs based on and . The results of the experimental program showed that the lower indicates a more effective performance on hysteretic behavior of prestressed slab.