100MPa급 초고강도 섬유보강 콘크리트 보의 휨 강도 산정

Abstract

사회가 발전함에 따라 구조물은 점차 대형화 고층화 되고 있으며, 이에 따라 건축 재료 및 구조적 관심이 증대되고 있다. 건축물의 대형화 고층화는 건축 재료의 고강도화 및 경량화를 요구하게 되었고, 이에 따라 고강도 콘크리트의 연구 및 현장 적용은 점차 늘어나고 있다. 1980년대 이후 유럽을 중심으로 개발된 반응성 분체 콘크리트(Reactive Powder Concrete, RPC)는 고강도 콘크리트를 만드는 방법 중 하나로, 압축강도 150MPa 이상의 고강도화가 가능하게 되었다. 또한 고유동화제의 개발과 상용화로 RPC의 낮은 물-결합재비를 개선시켜 시공연도를 높여주고 있다. 또한 고강도 콘크리트의 최대 약점인 취성적인 파괴를 방지하고자 강섬유(Steel Fiber)를 보강한 RPC의 연구가 활발히 진행되어지고 있으며, 실제 현장 적용 역시 점차 늘어나고 있다.(국내 선유보도교 활용 및 일본 Haneda 공항의 슬래브 사용 예정 등) 하지만 기본적으로 초고강도 영역에서의 연구 실적이 적고, 활용되는 국내외 기준에서 역시 고강도 콘크리트 영역에 있어 제한적이다. 휨 강도를 산정함에 있어 쉽게 사용되는 응력분포 블록 역시 압축강도 기준 최대 90MPa 까지 제한을 두었다. 따라서 현재 적용되거나 적용되어 있는 초고성능 콘크리트를 사용한 부재들은 유한요소 해석과 같은 복잡한 응력 해석과 여러 실험을 거쳐 설계 된 것으로 현행 기준이 보장하는 설계 기준에 의해 설계할 경우 안전성을 만족시키기 어려울 수 있다. 이에 본 연구에서는 현행 기준이 보장하는 설계 기준 압축강도를 벗어나는 강도를 가지며, 인장강도와 기존의 보통 강도 콘크리트에 비해 높게 나타나는 초고강도 섬유보강 콘크리트의 휨 설계 방안을 제안하고자 한다. 기존 연구의 분석을 통하여 초고강도 섬유보강 콘크리트의 휨 강도 산정 시 고려해야 할 요소를 찾아내어 초고강도 압축강도 영역에서 활용 가능한 응력분포 보델을 새로 제안하고자 한다. 초고강도 콘크리트의 특성에 맞게 압축측 영역과 인장측 영역을 나누어 총 9가지 응력분포 모델을 제안하여, 수계산을 통한 휨 강도 산정이 가능하게 하였다. 제안된 9가지 모델을 검증하고자 200MPa 휨 실험체를 설계하여 실험결과와 비교하였으며, 기존 연구자들의 실험을 통하여 22개의 초고강도 영역에서 신뢰성을 갖는지 살펴보았다.

본 논문은 총 5장으로 구성되어 있으며, 제 1장은 서론, 제 2장은 초고강도 섬유보강콘크리트의 기계적 성질, 제 3장은 초고강도 섬유보강 콘크리트 부재의 휨 강도, 제 4장은 실험결과 및 분석, 5장은 결론 등으로 나누어 기술하였으며, 각 장의 내용을 간략히 요약하면 다음과 같다.

제 1장에서는 연구의 배경 및 목적에 대하여 명시하였다.

제 2장에서는 본 연구에서 사용된 섬유가 보강된 초고강도 콘크리트의 배합과 재료에 대하여 소개하였으며, 공시체 실험을 통한 기계적 성질에 대하여 압축과 인장거동에 대하여 연구하였다.

제 3장에서는 초고강도 콘크리트의 휨 강도 산정에 앞서 기존 연구자들의 제안을 비교 분석하여 초고강도 영역에서 휨 강도 산정에 필요한 응력분포 모델에 대하여 9가지로 제안하였다. 또한 새로 제안한 9가지 모델의 검증을 위한 실험체를 제작하여 실험을 진행하였다.

제 4장에서는 3장에서의 실험을 토대로 제안된 모델을 비교하여 평가하며, 신뢰성 확보를 위하여 기존 실험체들의 실험 결과를 본 연구에 적용하여 정확성을 알아보았다.

제 5장에서는 본 연구의 실험·분석을 통하여 얻은 결론을 기술하였다.