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1 강재스트럿을이용한철근콘크리트기초보강재의구조성능평가 Evaluation of the Structural Behavior of RC Foundations Reinforced with Steel Struts 윤상문 * 박현미 ** Yoon, Sang-Moon Park, Hyun-Mi 박종욱 *** 이정윤 **** Park, Jong-Wook Lee, Jung-Yoon Abstract This paper presents a method to increase the strength of reinforced concrete foundations. In the proposed method, a steel plate was placed in the foundation to increase the strength of concrete strut. Eight foundations were tested in order to verify the proposed method. Three main parameters were considered in the experimental investigation: the strengthening of steel plate (without or with plate), depth of foundation (430 mm, 500 mm, and 700 mm), and loading ways(one- or two-way loading). The test results indicated that the steel plate in the diagonal concrete strut increased the strength of foundations. In addition, the strength of foundation calculated by a strut-and-tie model predicted more accuracy with the test results than that calculated by KCI-07 design code. 키워드 : 철근콘크리트기초, 철골플레이트, 전단보강, 스트럿-타이모델 Keywords : RC Foundations, Steel Plates, Shear Reinforcement, Strut and Tie Model 1. 서론산업화와국토의효율적인활용을위하여초고층및장스팬구조물의건설이증가하고있다. 1990년대와 2000 년대에다수의 40층, 50층이상의상업및주거용건물이건설되었으며, 현재에는 100층이상규모의건물이계획되고있다. 건축물이고층화됨에따라서상부의하중이커지게되며이러한하중을안전하게지면에전달하기위하여기초구조물의규모도커지고있다. 40층이상의고층건물의기초의두께는 m 규모의기초에서부터현재는 2m, 3m를넘어 5m의규모로까지기초의두께가점점증가되고있다. 이와같이기초의면적및두께가증대될경우에발생할수있는몇가지문제를요약하면아래와같다. 1 분리타설에의한문제 : 하루에타설되는콘크리트물량의한계로인하여기초를여러구획으로나누어타 * 바로건설기술 ( 주 ) 소장 ** 바로건설기술 ( 주 ) 실장 *** 성균관대학교건축공학과대학원생 **** 성균관대학교건축공학과교수, 공학박사, ( 교신저자 : jylee@skku.ac.kr) 설하여야한다. 콘크리트의분리타설은시공조인트사이의수밀성확보를어렵게하며공기지연을유발시킬수있다. 2 철근물량의증대 : 철근콘크리트구조물의설계기준에서요구되는최소온도철근량이증가한다. 3 수화열 : 대량콘크리트타설로인한수화열문제가발생할수있다. 4 터파기의어려움및공사비증가 : 암반지반에서의기초공사일경우에는기초의면적이증가함에따라서암반터파기로인한공기지연, 공사비증가및소음으로인한민원을유발할수있다. 이와같이기초부의크기는구조, 시공및경제적인측면에서여러문제를유발할수있다. 이연구에서는기존의철근콘크리트기초부의크기를줄일수있는새로운기초보강공법을개발하고개발된공법에대한구조해석을실시하였다. 또한 1차실험 (3개실험체 ) 및 2차실험 (5개실험체 ) 을통하여제안된공법의구조성능을평가하였다. 2. 기초보강재의개발 2.1 기초부의응력흐름 大韓建築學會論文集構造系제 25 권제 9 호 ( 통권 251 호 ) 2009 년 9 월 13

윤상문 박현미 박종욱 이정윤 현재 40층이상인고층철근콘크리트기초부재의두께는 2m 이상인경우가많다. 이와같이기초부재의두께가큰경우에는서론에서언급한기초판의크기 ( 특히, 높이 ) 와관련된여러문제가발생할수있다. 이연구에서는현재일반적으로사용되고있는철근콘크리트기초의크기를작게할수있는부재개발에연구의중점을두었다.

2 윤상문 박현미 박종욱 이정윤 현재 40층이상인고층철근콘크리트기초부재의두께는 2m 이상인경우가많다. 이와같이기초부재의두께가큰경우에는서론에서언급한기초판의크기 ( 특히, 높이 ) 와관련된여러문제가발생할수있다. 이연구에서는현재일반적으로사용되고있는철근콘크리트기초의크기를작게할수있는부재개발에연구의중점을두었다. 효율적으로외력을전달할수있는기초부재보강공법을개발하기위하여두께 1.8m, 크기 5.0m 5.0m인철근콘크리트기초부재에대한탄성해석을실시하여응력의분포를검토하였다. 탄성해석의결과를다음과같이 3가지로요약할수있다. 1 그림 1은기초의탄성해석결과를나타낸다. 그림 1 에서기둥에작용하는상부하중이기초를통하여지면에전달됨으로써압축응력이기둥과지면사이에직접적으로작용한다. 2 기둥을중심으로 2방향전단응력이작용하여 2방향전단에의한파괴발생가능성이높다. 3 휨에의한인장력은기둥에서떨어진기초판의길이가상대적으로작기때문에크지않다. 켰다. 또한 Usui 등 3) 도나선형강재튜브를사용한철근콘크리트기둥의내력향상법을제시하였다. 이연구에서도이와유사하게강재를기초보강재의압축대에배근함으로써콘크리트가받는압축력을저감할수있는공법을제시하였다. (a) 개발공법의철판보강 (b) 기초부분의하중저항메커니즘 (a) 탄성해석에의한응력의흐름 (c) 타이에의한인장저항 그림 2. 인장타이와압축스트럿의저항메카니즘 (b) 기초부분의하중저항메카니즘 그림 1. 기초의탄성해석결과 2.2 강판과타이를이용한기초보강재 탄성해석결과에나타난기둥에서작용하는거대한압축력을지면으로전달하기위해서는압축력에대한보강이필요하다. 강재는일반적으로인장력을보강하기위하여사용되지만경우에따라서는압축재도사용되는경우가많다. Nagisa 등 1, 2) 이제시한기둥보강공법에서는기둥의중심부에작은직경의강관을삽입하여강관과콘크리트구속압에의하여기둥단면의폭을대폭감소시 이연구에서는그림 2와같이기초판내부에아치형의강재및타이를넣어서기초판의크기를줄일수있는공법을제안하였다. 제안된공법에서는강재철판을기둥과기초판의압축대사이에배근하고, 인장재를기초판하부에배근하여강재철판과연결하였다 ( 그림 2(a) 참조 ). 기둥과기초판의압축대사이에배근된철판은그림 2(b) 와같이기둥으로부터전달되는압축하중을압축스트럿에통하여직접지반에효과적으로전달하여 2방향전단내력을향상시킬수있다. 또한수평방향에배근된인장재 (Tie) 는강재철판이받는인장분력을효율적으로저항할수있다. 3. 실험계획제안된기초보강재의구조거동을 8개의실험체를통하 14 大韓建築學會論文集構造系제 25 권제 9 호 ( 통권 251 호 ) 2009 년 9 월

강재스트럿을이용한철근콘크리트기초보강재의구조성능평가 여평가하였다. 실험에서는일방향실험체 (3개) 및양방향실험체 (5개) 를제작하여기초판의구조거동을비교 평가하였다. 3.1 일방향실험체 3.1.1 실험체형상, 재료조건일방향실험에서는기초보강재의유무에따른기초판내력의차이를파악하기위하여철판보강재의유 무와기초의두께를변수로하였다.

3 강재스트럿을이용한철근콘크리트기초보강재의구조성능평가 여평가하였다. 실험에서는일방향실험체 (3개) 및양방향실험체 (5개) 를제작하여기초판의구조거동을비교 평가하였다. 3.1 일방향실험체 실험체형상, 재료조건일방향실험에서는기초보강재의유무에따른기초판내력의차이를파악하기위하여철판보강재의유 무와기초의두께를변수로하였다. 실험체의크기는매트깊이 2,100mm에대하여 1/3 축소모델로제작하였다. 실험체 R500과 T500의기초두께는 500mm이며실험체 T700의기초두께는 700mm이다. 실험체 R500에는기초판의두께가 4mm인 2장의강판을그림 3(a) 와같이배근하였고, 4-16 타이를배근하여강재철판이받는인장력을저항하도록하였다. 실험체 T500은 R500과동일한기초두께지만강재철판보강이없는경우이며, 실험체 T700도기초판의크기가 700mm이며강재철판보강이없는경우이다. 실험체 R500과 T500의배근상세는그림 3과같다. 실험체에사용한콘크리트의압축강도는 20 MPa이었고, 주인장철근 (HD16) 및전단보강철근 (HD10) 의항복강도는각각 490 MPa 및 525 MPa 이었다. 기초보강용철판의항복강도는 240 MPa이었으며인장타이로사용한봉강의항복강도는 530 MPa이었다. 일방향실험체의특징및재료에대한 실험체 표 1. 일방향실험체특성및재료조건 H B d a ( mm ) ( mm ) ( mm ) ( mm ) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) ( mm2 ) ( mm2 ) R , T ,986 - T ,986 - H : 실험체의높이, B : 실험체의폭, d : 실험체유효깊이, a : 실험체의전단경간길이, : 인장철근 ( 하부철근 ) 총단면적, : 콘크리트압축강도, : 인장철근의항복강도, : 강재철판의항복강도, : 인장타이의항복강도, : 인장타이총단면적 상세를표 1 에나타내었다 실험방법및계측실험은일방향중앙부집중가력형태로수행하였으며, 실험기기는 2000 kn UTM을사용하여 5.0 kn/sec의속도로가력하였다. 실험체의상하부주근에그림 3과같이변형률측정게이지를설치하여휨파괴여부를검토하였으며, 실험체하부에는 LVDT를설치하여처짐을측정하였다. 기초보강재의강재철판에는중앙상부의압축응력을받는부분과압축대부분에변형률측정게이지를설치하였으며 ( 그림 3 참조 ), 전단변형을검토하기위하여전단위험단면부분의전단보강철근에변형률측정게이지를부착하였다. (a) R500 ( 단위 :mm) (b) T500 ( 단위 :mm) 그림3. 일방향기초판의크기및배근도 3.2 양방향실험체 실험체형상, 재료조건실제기둥하부에설치되는대부분의기초보강재는양방향이므로, 이연구에서는일방향실험결과에근거하여실제기초판과동일한형상의양방향실험체를제작하였다. 실험에서는보강재의유무및종류를변수로하여양방향기초판의거동을평가하였다. 특히양방향실험체는이방향전단에의하여파괴되는경우가많으므로실험에서는이방향전단내력을비교 평가하였다. 실험체 T430은기초보강재용강재철판이배근되지않은실험체이다. 기초보강재용강재철판의내력을비교평가하기위하여 T430J는그림 4(b) 와같이 J 형전단보강철근을배근하였다. 실험체 R430T, R430C 및 R430S는이연구에서제안하고있는강판을이용한기초보강재를가력점과지점사이에배근한실험체이다. 실험체 R430T 와 R430C는강재철판의두께를 6mm로하고인장타이를 2-19를적용하여인장타이의강성을상대적으로적게하여파괴형태가인장파괴가되도록한실험체이고, R430S는강재철판의두께를 4mm로하고인장타이를 2-30을적용하여압축스트럿의강성을상대적으로적 大韓建築學會論文集構造系제 25 권제 9 호 ( 통권 251 호 ) 2009 년 9 월 15

윤상문 박현미 박종욱 이정윤 게하여 파괴 형태가 압축파괴가 되도록 한 실험체이다. R430T와 R430C의 재료조건은 동일하지만 R430C의 경우 는 집중하중에 의한 이방향 전단을 효율적으로 지지하게 하기 위하여 중간부분에 인장철근을 집중배근한 실험체 이다. 실험체의 크기 및 보강재의 배근을 그림 4에 표시 하였다.

4 윤상문 박현미 박종욱 이정윤 게하여 파괴 형태가 압축파괴가 되도록 한 실험체이다. R430T와 R430C의 재료조건은 동일하지만 R430C의 경우 는 집중하중에 의한 이방향 전단을 효율적으로 지지하게 하기 위하여 중간부분에 인장철근을 집중배근한 실험체 이다. 실험체의 크기 및 보강재의 배근을 그림 4에 표시 하였다. 모든 실험체의 기초판 두께는 430mm 이며 기초 판의 넓이는 1,400 mm 1,700 mm이다. 실험이 수행되는 시점에 측정한 실험체의 콘크리트 압 축강도는 26 MPa이었다. 사용한 주인장철근(D16)의 항복 강도는 505 MPa 이었고, J형 전단보강철근(D10)의 항복 강도는 547 MPa 이었다. 4mm 및 6mm 두께의 기초보강 용 강재 철판의 항복강도는 310 MPa이었으며, 인장타이 로 사용된 강봉의 항복강도는 19 와 30이 각각 733 MPa과 655 MPa 이다. 양방향 실험체의 특징 및 재료에 대한 상세를 표 2에 나타내었다. (d) 실험체 평면도 및 게이지 위치 (단위:mm) 그림4. 양방향 실험체의 크기 및 배근도 (a) T430 (단위:mm) 그림5. 실험체 셋팅 (b) T430J (단위:mm) 실험방법 및 계측 양방향 실험체의 전단 성능을 비교평가하기 위하여 10,000KN UTM을 사용하여 그림 5와 같이 실험체의 중 앙부에 집중하중을 가력하였다. 실험체의 상하부 주근과 보강재 타이에 각각 변형률게이지를 설치하여, 파괴시 강 재의 변형률을 측정하였다. 보강재가 설치된 실험체에서 는 보강용 강재 철판에 압축대가 발생하는 지를 검증하 기 위하여, 가력점과 지점을 연결한 방향 및 이 방향과 직각되는 방향에 게이지를 부착하여 변형률을 측정하였 다. (그림 4참조). 4. 실험 결과 (c) R430T (단위:mm) 16 大韓建築學會論文集構造系 제25권 제9호(통권251호) 2009년 9월 4.1 일방향 실험체

5 강재스트럿을이용한철근콘크리트기초보강재의구조성능평가 기초보강재가설치된 R500실험체는주인장철근이항복하기이전에사인장균열의폭이확대되면서파괴하였지만기초보강재가배근되지않고두께가낮은실험체 T500와부재의높이가두께운 T700실험체는휨철근이항복한이후에파괴하였다. 기초보강재가설치된 R500실험체는그림 6과같이중앙하부에휨균열이먼저발생한이후에, 하중이증가됨에따라휨-전단균열이발전하였다. 최종적으로파괴는휨-전단균열의균열폭이넓어지면서복부콘크리트의콘크리트의압축에의한전단파괴를나타내었다. 인장철근과인장타이의변형률은각각 0.002정도를나타내었으며, 실험계획과동일하게인장부재의항복은발생하지않았다. 압축철근의변형률은 0.001정도를나타내었다. 기초보강재가설치되어있지않은 T500 실험체의초기거동은 R500 실험체와동일하게휨균열이발전하여휨- 전단균열이발생하였다. T500 실험체는균열의수가 R500에비하여적게발생하였으며균열의폭이컸다. 최종적으로파괴는휨-전단균열의균열폭이넓어지면서주인장철근이항복한후에발생하였다. 인장철근의변형 정도로작게나타났다. 전단변형측정을위한스터 그림7. 일방향실험체의하중-변위관계럽의최대변형률은 이었다. T700실험체도다른실험체와동일하게최초중앙하부에서휨균열이먼저발생하였다. 하중이증가됨에따라 표 2. 양방향실험체특성및재료조건 실험체 H d a 인장철근 ( mm ) ( mm ) ( mm ) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) ( ) 타이철근 ( ) 철판두께 (mm) J-형전단보강철근 T D16@ T430J D16@ D10@200 R430T D16@ R430C D16@ R430S D16@ H : 실험체의높이, d : 실험체유효깊이, a : 실험체의전단경간길이, : 인장철근 ( 하부철근 ) 총단면적, : 콘크리트압축강도, : J-형철근의항복강도, : 인장철근의항복강도, : 강재철판의항복강도, : 인장타이의항복강도, : 인장타이총 단면적 표3. 일방향실험체의최대하중및처짐 실험체 (kn) max ( mm ) / / R % 109.7% T % 66.0% T % 100.0% : 최대하중, max : 최대하중에상응하는처짐, : T500 의, : T700 의 그림 6. R500 실험체파괴형상 전단위험단면부근에서도균열이발생하였으며, 점차적으로가력점방향으로기울어지는휨-전단균열로변화하였다. 실험체가거의파괴하중에이르게되었을때지점부분의하부인장철근이배근되어있는곳에서부착파괴 大韓建築學會論文集構造系제 25 권제 9 호 ( 통권 251 호 ) 2009 년 9 월 17

6 윤상문 박현미 박종욱 이정윤 형태의균열이일부발생하였으며, 최종적으로사인장균열폭이넓어지면서파괴되었다. 인장철근의변형률은 로항복변형률보다작았다. 실험체의하중-중앙부처짐의관계를그림 7에나타내었다. 기초보강재가설치되지않은 R500실험체의최대하중은 1,492.9 kn으로기초보강재가설치되지않은실험체 T500의최대하중 kn의 1.66배였다. 부재의깊이가 700mm이며기초보강재가설치되지않은실험체 T700의최대하중 1,360.6 kn으로 R500실험체최대하중의 0.91배였다. R500의휨강성은실험체 T700 보다컸다. 각실험체의최대하중및처짐을표 3에정리하여표시하였다. 4.2 양방향실험체전단보강철근및기초보강강재철판이배근되지않은 T430 실험체는가력부부분의압괴및이방향전단에의하여파괴되었으며, 실험체측면에서는미세한균열이발생하였다. T430의인장철근의변형율의최대값은 로인장철근이항복하지않았다. 상부의압축철근의변형률은기초보강재가적용된실험체보다낮은 이었다. 기초보강강재철판대신에 J-bar형태의전단보강철근을설치한 T430J 실험체도가력부부분의압괴에의하여파괴되었다. T430J의인장철근변형율의최대값은 로인장철근이항복하지않았다. 전단미끌림이발 (a) R430T (b) R430S (c) R430C 그림8. 보강재철판의하중-압축변형률관계 그림9. 양방향기초보강재실험체실험결과생하는면을관통하도록설치한수직철근 (J-bar) 의변형률의최대값은 로전단면을따라하중이균등히전달되었다. 기초보강강재철판이배근된 R430T 실험체는실험계획과동일하게인장철근이항복한이후에양방향전단파괴하였다. 실험체측면에서는미세한균열이발생하였으나, 유의할만한균열은관찰되지않았다. 압축스트럿에배근된강재보강철판의압축변형률도항복변형률을초과하였다. 강재보강철판에서측정된압축변형률은고르게분포되지않았으며일부에서는항복변형률을크게초과하였다. 그림 8은 R430C 실험체의강재철판에부착된변형률게이지로부터측정된하중-압축변형률관계를나타낸다. R430T 실험체와동일한 6mm 두께의기초보강재가설치되었지만가력점부근에주인장철근이집중적으로배근된 R430C 실험체도 R430T 실험체와유사하게인장철근이항복한이후에이방향전단파괴하여주인장철근의배열이기초판전체거동에큰영향을미치지않음을나타내었다. R430C 실험체의강재철판변형률도그림 8(b) 와같이항복변형률에도달하였다. 기초보강강재철판두께 4mm, 인장타이 2-30으로한 R430S 실험체도실험계획과는다르게인장철근이항복한이후에이방향전단파괴하였다. R430S 실험체의강재철판변형률도그림 8(c) 와같이항복변형률에도달하였다. 이는철판을보강한콘크리트의압축대의내력이현행구조설계기준식에의하여예상하여계획한압축대의내력을초과하였기때문으로판단된다. 실험체의하중-중앙부처짐의관계를그림 9에나타내었다. 기초보강재가설치되지않은실험체 T430 및 T430-J의최대하중은각각 3,262.3 kn 및 3,571.7 kn이었다. 18 大韓建築學會論文集構造系제 25 권제 9 호 ( 통권 251 호 ) 2009 년 9 월

강재스트럿을이용한철근콘크리트기초보강재의구조성능평가 실험체 표 4. 양방향실험체의최대하중및처짐 (kn) max (mm) / / T430 3262.3 7.21 100.0% 91.3% (2a) (2b) T430J 3571.7 5.94 109.5% 100.0% (2c) R430T 5138.8 9.19 157.5% 143.9% R430C 5069.7 10.

7 강재스트럿을이용한철근콘크리트기초보강재의구조성능평가 실험체 표 4. 양방향실험체의최대하중및처짐 (kn) max (mm) / / T % 91.3% (2a) (2b) T430J % 100.0% (2c) R430T % 143.9% R430C % 141.9% R430S % 149.1% : 최대하중, max : 최대하중에상응하는처짐, : T430 의, : T430J 의 5. 실험내력평가 5.1 구조설계기준에의한평가 일방향및양방향기초의내력은콘크리트구조설계기준 ) 에근거하여휨내력과전단내력을계산하였다. 1 방향전단강도에대해기준에서는그림 10(a) 과같이기둥단면에서기초의유효깊이 (d) 만큼떨어진위치의전단강도로규정하며, 전단내력 는다음과같이계산한다. 이연구에서는콘크리트구조설계기준 2007에철판에의한내력을추가하여계산하였다. (1) 여기서, β c 는기둥의긴변길이 / 짧은변길이, b 는 o 위험단면의둘레길이, α 는 40( 내부기둥, 위험단면의 s 수가 4인경우 ), 30( 외부기둥, 위험단면의수가 3인경우 ), 20( 모서리기둥, 위험단면의수가 2인경우 ), 는콘크 리트의압축강도, 는단면의유효높이이다. 양방향기초의전단내력도식 (2a, b, c) 에의하여계산한콘크리트의전단내력에보강용철판의내력을더하여계산하였다. 보강용철판에의한전단강도는식 (3) 에의하여계산하였다. (3) 여기서 은철판의철근비이며식 (4) 에의하여계산할수있다. (4) 여기서, V c 는콘크리트에의한전단강도, V s 는전단보강 여기서 은철판의수이며 는철판의두께이다. 철근에의한전단강도, 은보강철판에의한전단강도 이다. 기초판의이방향전단강도는그림 10(b) 와같이기둥주변으로부터기초판유효깊이 ( ) 의 1/2위치에서위험단면의둘레길이를이용하여식 (2 a, b, c) 에의하여계산하였다. 5.2 스트럿 - 타이모델에의한평가 이연구에서는기초의내력을콘크리트구조설계기준에의한평가와함께스트럿-타이모델에의하여계산하 (a) 일방향기초판 (b) 이방향기초판그림10. 기초판의전단내력 그림 차원스트럿 - 타이모델 大韓建築學會論文集構造系제 25 권제 9 호 ( 통권 251 호 ) 2009 년 9 월 19

8 윤상문 박현미 박종욱 이정윤 , (a) 일방향실험체 R500 의 STM P test (kn) (a) KCI 기준과비교 ( 식 (1)) (b) 이방향실험체 R430T 의 STM 3000 그림 12. STM 기하학형상 ( 단위 :mm) 참고문헌 2000 였다. 기초판은부재의기하학적형태와하중이급격하게변화하는 D구역에속하는부재로써평면유지의법칙이적용되지않는응력교란구역이다. 스트럿-타이모델은선정된모델에의하여계산결과에많은차이를나타낸다. 이연구에서는실제하중조건과가장유사한형태인그림 11과같은 3차원스트럿-타이모델을우선선정하였다. 그러나 3차원스트럿-타이모델을계산하기에는다소계산과정이복잡하므로이를그림 12와같이 2차원스트럿-타이모델로단순화하였다. 가력점의하중이 8개의지점으로전달되는 3차원스트럿-타이모델을 2차원 P test (kn) (b) STM해석결과와비교그림13. 실험과해석결과의비교스트럿-타이모델로전환하기위하여 2차원모델을단변방향과장변방향을각각계산한후에이들값을중첩하 표 5. 해석결과및실험결과비교 실험체명 P TEST (kn) P KCI (kn) P STM (kn) P TEST / P KCI P TEST / P STM 파괴모드 실험 KCI STM R 스트럿 휨항복 스트럿 T 휨항복 스트럿 휨항복 T 휨항복 스트럿 휨항복 T 스트럿 휨항복 휨항복 T430J 스트럿 휨항복 휨항복 R430T 휨항복 휨항복 휨항복 R430C 휨항복 휨항복 휨항복 R430S 휨항복 휨항복 스트럿 P TEST : 실험하중, P KCI : 콘크리트구조설계기준에의한계산하중, P STM : 3차원STM에의하여계산한하중 20 大韓建築學會論文集構造系제 25 권제 9 호 ( 통권 251 호 ) 2009 년 9 월

9 강재스트럿을이용한철근콘크리트기초보강재의구조성능평가 여내력을계산하였다. 스트럿-타이모델을선정한이후에기준에서정하는설계법에의하여부재의내력을다음과같이계산하였다. 1 STM의기하학적인형태 ( 부재의 D영역을결정하고, 영역내에서힘의흐름에기초하여압축재, 인장재및절점을배치 ) 2 작용하는하중에근거하여각압축재, 인장재에작용하는축력계산 3 콘크리트의유효압축강도와하중계수를계산하고스트럿의형태와강도계산 4 절점영역의분포와강도계산 사용할경우기초판의깊이를 60% 까지감소시킬수있음을의미한다. (3) 콘크리트구조설계기준 2007 ( 식 (1)) 에근거하여계산된기초판내력은실제내력을최대 66% 까지과소평가하였다. (4) 3차원스트럿-타이모델을단변방향과장변방향으로전환한 2차원스트럿-타이모델에의하여강재보강기초판의내력을비교적정확하게평가하였다. 참고문헌 이연구에서는부재의공칭내력을평가하는것이목적이므로강도저감계수 ( ) 를사용하지않았으며철근의정착및배근에대해서는고려하지않았다. 콘크리트구조설계기준및스트럿-타이모델에의하여계산한결과를표 5에표시하였다. 부록에서는실험체 R430-1에대하여계산한스트럿-타이모델계산과정을상세하게기술하였다. 표 5의파괴모드구분에서 스트럿 이란휨인장철근이항복하기이전에전단파괴함을말하며, 휨항복 이란휨인장철근이항복하고부재가파괴됨을의미한다. 그림 13에는실험에서관찰된내력과해석결과를비교하였다. 표 5 및그림 13에서콘크리트구조설계기준 2007 ( 식 (1)) 에근거하여계산된내력은실제내력을최대 66% 까지과소평가함을알수있다. 스트럿-타이모델에의하여계산한결과는그림 13에서보여지는것과같이비교적정확하게기초판의내력을평가하였다. 1. T. Nagisa, T. Sato, B. Wada, and K. Minami, "Compressive Properties of RC Column with Core Concrete," Architectural Institute of Japan, Journal of Structural Engineering, Vol. 47B 2001, pp T. Nagisa, Y. Nishimaru, T. Sato, B. Wada,, and K. Minami, "Ductility of RC Column with Core Concrete," Architectural Institute of Japan, Journal of Structural Engineering, Vol. 53B 2007, pp A. Usui, T. Sato, K. Minami, and B. Wada, "The Remaining Axial Strength of RC Columns, Reinforced by Thin Steel Spiral Tube, after Alternative Horizontal Load," Proceeding of the Japan Concrete Institute, Vol. 21. No.3, 1999, pp 한국콘크리트학회, " 콘크리트구조설계기준," 한국콘크리트학 회, 부록.1 스트럿타이모델에의한내력평가 6. 결론이연구에서는기존의철근콘크리트기초부의크기를줄일수있는신기초보강공법을개발하고개발된기초보강재에대한구조실험및스트럿-타이모델에의한구조해석을실시하였다. 개발된공법은강재철판을기둥과기초판의압축대사이에배근하고, 인장재를기초판하부에배근하여기둥으로부터전달되는압축하중을압축스트럿을통하여직접지반에효과적으로전달할수있게하였다. 개발된공법을검증하기위하여총 8개의일방향및이방향기초판실험을실시하였다. 이연구에서수행한실험및해석결과를요약하면다음과같다. (1) 기초판의압축대에배근된강재철판은큰미끄러짐이발생함이없이콘크리트와일체화되어상부하중을기초판에직접전달하였다. (2) 강재보강철판을기초판의압축대에배근함으로써기초판의내력은동일형상의무보강실험체에비하여약 60% 이상증가하였다. 이는강재철판을 [ 대상실험체 R430T] Step-1) 기하학적모델설정 Step 2) 경사 Strut의각도와유효폭계산 1 부재의유효깊이 ( ) 를계산한다. = 부재높이-철근과타이의중심까지의거리 = 430-{40+( )/2} = 354.5mm = 부재높이-철근과타이의중심까지의거리 *2 = 430-{40+( )/2}*2 = 279.0mm 2 인장재의폭 ( ) 를계산한다. {40+16/2+(16/ /2)/2} 2 = 149.5mm 3 경사스트럿과부재축이이루는각도를계산한다. tan 4 경사스트럿의폭을계산한다. sin cos sin cos = mm Step 3) 경사 Strut과타이의내력계산 大韓建築學會論文集構造系제 25 권제 9 호 ( 통권 251 호 ) 2009 년 9 월 21

10 윤상문 박현미 박종욱 이정윤 3 경사스트럿력 (C) 에의한절점내력 Step 5) 가력점절점내력계산 부록그림 1. R430T 의 STM ( 단위 :mm) 1 경사스트럿의내력을계산한다. - 스트럿의유효폭 (bs) bs = 지점간의거리 / 2legs = 1260 /2legs = mm - = { + } = kn 2 타이의내력을계산한다. - 유효철근량 = mm2 /m (630)*2/100 = mm2 /leg = mm2 /leg (2-19) - = kn Step 4) 지점절점내력계산 1 반력 (A) 에의한절점내력 2 타이 (B) 에의한절점내력 1 하중 (D) 에의한절점내력 2 수평스트럿 (E) 에의한절점내력 3 경사스트럿력 (F) 에의한절점내력 Step 6) 개개의내력으로부터최대하중산정 1 경사스트럿내력과관련된최대수직하중 sin 면 = sin 면 = kn 2 타이내력과관련된최대수직하중 tan 면 = tan 면 =4312.7kN 3 지점절점내력과스트럿과타이에대한내력의비교검토 ( 接受 : ) 22 大韓建築學會論文集構造系제 25 권제 9 호 ( 통권 251 호 ) 2009 년 9 월

<INPUT DATA & RESULT / 전단벽 > NUM NAME tw Lw Hw 철근 위치 Pu Mu Vu RESULT (mm) (mm) (mm) 방향 개수 직경 간격 (kn) (kn-m)

<INPUT DATA & RESULT / 전단벽 > NUM NAME tw Lw Hw 철근 위치 Pu Mu Vu RESULT (mm) (mm) (mm) 방향 개수 직경 간격 (kn) (kn-m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 NUM NAME tw Lw Hw 철근 위치 Pu Mu Vu RESULT (mm) (mm) (mm) 방향 개수 직경 간격 (kn) (kn-m) (kn) 휨 전단 축력 종합 1 2W1 300 3400 4500 수직 2EA- D13 @150