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재희 애
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1 Journal of the Korea Concrete Institute Vol. 26, No. 2, pp. 109~116, April, 초고강도섬유보강콘크리트분절형박스거더의휨거동 궈칭용 1,2) 한상묵 1)* 1) 금오공과대학교토목환경공학부 2) 하얼빈공정대학교건축공학부 Flexural Behavior of Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete Segmental Box Girder Qingyong Guo 1,2) and Sang-Mook Han 1)* 1) School of Civil and Environmental Engineering, Kumoh National Institute of Technology, Gumi , Korea 2) School of Architecture Engineering, Harbin Engineering University, Harbin , China ABSTRACT The flexural behavior test of UHPC segmental box girder which has 160 MPa compressive strength and 15.4 m length was carried out. The effect of steel fibers in combination with reinforcing bars on improving the ductile performance of UHPC box girder was evaluated by comparing the flexural behavior of the UHPC segmental box girders made by the two kinds of mixing portion. The test variables are volume fraction of steel fibers and the arrangement of reinforcing bars. The behavior of UHPC box girder BF2 composed of 1% volume fraction of steel fibers and longitudinal reinforcing bars in web and upper flange with stirrup showed the similar ductile behavior with the girder BF1 composed of 2% volume fraction without stirrup in elastic stress region. But BF1 had the better stiffness and showed the more ductile behavior in inelastic stress region. Segmental interfaces of UHPC box girder have not any crack and slide until the final flexural collapse load. Keywords : ultra high performance concrete (UHPC), segment box girder, flexural behavior, reinforced bars, steel fiber 1. 서론 1) 초고강도섬유보강콘크리트 (ultra high performance fiber reinforced concrete) 는보통또는고강도콘크리트에비해매우높은압축강도와인장강도를가지고있으며최적충전밀도배합으로인한우수한내구성을가지고있다. 초고강도콘크리트로시공된구조물은단면적및형고를줄일수있으며, 자중감소효과로인해수월한시공및신속을요하는긴급한공사에적용될수있다. 초고강도콘크리트로시공된구조물은형고대비긴경간을가지고있어형하공간을크게확보할수있는장점이있다. 초고강도로인한상부구조의경량화로교각및기초에재하되는하중의경감으로교각과기초에서경제적인시공이수반되는효과를가진다. 또한최적충전밀도이론에의해구성된분체콘크리트는염화칼슘침투, 중성화, 동결융해저항성및수밀성부분에서월등한내구성을가지고있어기존콘크리트보다장수명의이점을가지고있다. 1) *Corresponding author smhan@kumoh.ac.kr Received August 19, 2013, Revised December 17, 2013, Accepted January 3, 2014 c2014 by Korea Concrete Institute 초고강도섬유보강콘크리트에서강섬유의역할은최적충전밀도에따른취성파괴특성을강섬유로구속하면서압축및인장응력구역에서연성파괴거동으로유도하는데있다. 2) 콘크리트내의섬유는균열의진전을억제하고, 전단철근대신전단력을부담하는역할을한다. 이러한초고강도섬유보강콘크리트를사용하여 1997년에처음보도교량에적용된후현재여러나라에서보도교량과차량교량에그적용예가증가하고있다. 1997년캐나다 Sherbrooke Ultra High Performance Concrete( 이하 UHPC) 보도교량이처음시공되었으며, 2002년에는한국의 UHPC 선유교, 일본의사카다-미라이 UHPC보도교량이시공되었고, 현재까지뉴질랜드, 캐나다, 독일등에서파이형거더, 박스형거더, I형거더의 UHPC 보도교량이다수시공되었다. 또한 2002년도프랑스에최초의 UHPC 차량교량인 Bourg-Les-Valence 교량이시공되었고, 이후 2009년까지호주, 미국등에서총 7개의 UHPC 차량교량이시공되어, 이새로운재료와형태에대한적용성을계속시도하고있다. 3) 그러나 UHPC 구조물을실무적으로적용하는데많은걸림돌이있다. 기존의프리스트레스콘크리트구조물에비해구조거동이잘알려지지않았고, UHPC 구조물실 This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 109

2 험에대한충분한자료가없으며, 재료비용이고가인점이적용확대의문제점으로인식되고있다. 4) 압축강도 150 MPa급 UHPC를사용하여구조물의형고및자중감소를도모한구조물은압축강도 40~50 MPa 범위의고강도콘크리트구조물보다구조적인여러장점을가지고있다. 이러한장점으로는최적충전밀도를가진분체콘크리트로인한내구성증진효과, 강섬유혼입으로초고강도임에도콘크리트의연성거동특성부여, 형고감소로인한강구조물과같은날렵한형상의구조물구현, 구조물의자중감소효과로인한시공성의향상그리고자중감소로인한교각및기초의연쇄적인설계하중의감소효과등을들수있겠다. 5) 이논문은압축강도 150 MPa의초고강도섬유보강콘크리트로제작된 15.4 m의프리스트레스트 3분절박스형거더의강섬유혼입률과종방향철근배근형태를실험변수로하여휨실험을수행하였다. 강박스와비슷한형상의초고강도섬유보강콘크리트박스거더에대한하중과처짐관계, 하중에따른중립축의변화, 분절면에서균열및변형상태, 거더의연성거동등을실험변수에따라파악하고, 구조체로서안정성을검증하는데이논문의목표로두고있다. 즉, 하나의셀또는두개의셀로구성된기존의큰규모의고강도콘크리트박스거더대신작은규모의독립적인다수의셀로구성된초고강도콘크리트박스거더의구조체로서의거동을파악하고자한다. 2. 실험실험체는 3분절초고강도섬유보강콘크리트박스거더로써강섬유혼합비율과종방향철근배근에따라 2가지의실험체즉, BF1, BF2로분류하며 Table 1과같은실험체특성을가지고있다. BF1의경우, PS강선과강섬유혼입률 2% 의 UHPC로구성되었다. 복부와상부플랜지에종방향철근은배근되지않았으며하부플랜지에만종방향철근이배근되었다. 강섬유는직경 0.2 mm 길이 13 mm 강섬유를사용하였다. BF2의경우, PS강선, 상하부플랜지와복부에종방향철근이배근되었으며강섬유혼입률 1% 의 UHPC로구성되었다. 비 0.23, 실리카퓸 0.23, 실리카플로우 0.3로써전형적인 RPC 6) 에가까운배합을사용하였으며자세한배합비는 Table 2와같다. 잔골재는 0.4 mm이하의 SiO 2 성분이높은모래를사용하였고, 실리카퓸은분말도 0.1 µm 이상의초미립자를사용하였고, 실리카플로우는평균직경 10~15 µm의 SiO 2 성분이 99.5% 이상인규사분말을사용하였다. 강섬유는직경 0.2 mm 길이 13 mm의강섬유를사용하였다. Table 3과같이 BF1, BF2 부재의공시체압축응력은각각 167 MPa, 160 MPa이며, 직접인장응력은각각 9.2 MPa, 6.5 MPa로측정되었다. Fig. 1의 UHPC 응력-변형률관계는최대응력까지선형증가형태를보이는데이는공극이적은분체콘크리트의특성이반영된것으로본다. 최대응력에대한변형률은 BF1의압축공시체의경우 , BF2는 로서보통강도콘크리트또는고강도콘크리트의최대응력에대한변형률보다크며, 이런특성으로인해파괴시휨부재의수직방향처짐이큰특성을보이고있다. 강섬유혼입률이 2% 인 BF1과 1% 인 BF2의압축응력의비는 1.043이고, 최대응력에대한변형률의비는 1.19 로서강섬유의구속효과로인한차이로판단된다. Table 2 Mixing proportion (weight ratio) of UHPC W/C Binder Silica Steel fiber Silica Sand C flow (%) fume BF BF Table 3 Yield stress of UHPC f c (MPa) f t (MPa) BF BF 실험부재의재료및압축강도 실험체의 UHPC 배합비는시멘트중량대비물시멘트 Table 1 Kinds of UHPC box girder Specimen Volume fraction of steel fiber Upper flange Longitudinal steel reinforcement Web Lower flange BF1 V f =2.0% BF2 V f =1.0% Fig. 1 Compressive stress-strain relationship of UHPC 110 한국콘크리트학회논문집제 26 권제 2 호 (2014)

3 2.2 실험부재제작초고강도섬유보강콘크리트분절형박스거더는 Fig. 2 와같이길이 15.4 M 3분절로제작하였다. 단부분절은 5.2 M이고중앙분절은 5.0 M로서박스단면을형성하기위해내부에스티로폼을넣었고, 각분절의양단부에통단면이형성되도록 Fig. 2의측면도와같이각분절의스티로폼의길이를각분절길이보다작게제작하여양단부에간격을띄우도록배치하였다. 일반적으로 UHPC거더는압축강도 150 MPa 이상, 강섬유혼입률 2% 를가진분체콘크리트로구성되어있어휨철근및전단철근을설치하지않고, UHPC압축력의우력과프리스트레스힘의인장력으로내하력을형성할수있는구조물이다. UHPC 구조물은내구성이월등하고지간대비형고를강구조물만큼줄일수있으며, 자중을기존콘크리트보의 1/2정도로줄일수있다. 그러나 UHPC 구조물은강섬유의가격비중이커서기존의프리스트레 (a) Ground plan (b) Front view Fig. 2 The ground plan and front view of segmental UHPC box girder (unit: mm) 스트콘크리트보다많은장점이있음에도그적용성의한계를가지고있다. 경제적인제작단가를구현하기위해강섬유의혼입률을 1% 로줄이고상하부플랜지및복부에항복강도 f y =400 MPa인 D13의종방향철근을배근한 BF2와강섬유를체적대비 2% 혼입하고하부종방향철근만배근한 BF1과의거동을비교하여경제적인제작단가를가진 BF2의구조물로서의거동의유효성을검증하려한다. Fig. 3(a) 는 BF1 단부분절부재의지점부분에서의단면을표시하였으며, 하부에철근을배근하고단부에정착구를배치하기위해중앙부보다큰단면을가지고있다. Fig. 3(b) 의중앙분절중앙단면에서보듯이하부플랜지의철근, 포스트텐션텐던의위치및박스내부공간의형태를도시하였다. Fig. 4(a) 는 BF2 거더단부분절부재의지점단면으로서복부및상하부플랜지에철근을배근한형태를보여주고있다. Fig. 4(b) 는 BF2의중앙분절부재분절단면으로서상하부플랜지, 양복부에종방향철근을배근하고포스트텐션텐던을배치한단면이다. 하부텐던은 15.2 mm 7연선 16개씩 2개의텐던에배치하여총 32개의강연선을사용하였고, 상부텐던은 15.2 mm 7연선 7개씩 2개의텐던에배치하여총 14개의강연선을사용하였다. 하부포스트텐션은 6400 kn으로긴장하였으며, 상부포스트텐션은 2800 kn을도입하였다. 분절면은 Fig. 5와같이직사각형전단키 9개로구성되었고, 상하부플랜지에설치된전단키는두께가 20 mm, 복부에설치된전단키는두께가 35 mm가되도록제작하였다. 박스거더강재폼은 3개의분절폼으로제작되었으 (a) A-A (a) A-A (b) B-B Fig. 3 Section of BF1 (unit: mm) (b) B-B Fig. 4 Section of BF2 (unit: mm) 초고강도섬유보강콘크리트분절형박스거더의휨거동 111

며, 분절면과분절면사이에 Fig. 5의전단키가성형되어있는강재폼을 Fig. 6과같이배치하였다. Fig. 6은 BF2 단부분절부재와중앙분절부재의분절연결부분으로서 Fig.

BF1은하부플랜지철근과포스트텐션텐던을배치한후 2% 강섬유를혼입한 UHPC를타설하였고, BF2는상하부플랜지철근, 양쪽복부의철근, 스터럽및포스트텐션텐던을배치한후강섬유혼입률 1% 의 UHPC를타설하여제작하였다. Fig.

7(b) 는 BF2 단부분절부재의지점단부거푸집내부로서하부플랜지철근, 복부양측의철근, 상부플랜지철근및포스트텐션쉬스가배치된상태를보여주고있다.

분절박스거더는분체재료계량이가능한전용배쳐플랜트가있는프리캐스트콘크리트공장에서제작되었다. 타설된콘크리트는 24시간의공기양생이후, 48시간동 안 90 증기양생을수행하였다. 분절면의양면에프라이머리를칠하고하루경과한후에폭시를도포한후결합시켰다.

4 며, 분절면과분절면사이에 Fig. 5의전단키가성형되어있는강재폼을 Fig. 6과같이배치하였다. Fig. 6은 BF2 단부분절부재와중앙분절부재의분절연결부분으로서 Fig. 5와같은분절면강재폼으로철근과콘크리트는단절되어있기때문에콘크리트타설후거푸집을탈형하면박스거더는분리되어진다. 쉬스는분절면강재폼을통과하여연결시켜포스트텐션을할수있는공간이형성되어있다. BF1은하부플랜지철근과포스트텐션텐던을배치한후 2% 강섬유를혼입한 UHPC를타설하였고, BF2는상하부플랜지철근, 양쪽복부의철근, 스터럽및포스트텐션텐던을배치한후강섬유혼입률 1% 의 UHPC를타설하여제작하였다. Fig. 7(a) 는박스거더내부의하부철근과쉬스가배치된이후 BF1 박스거더의내부공간을만들기위한스티로폼과상부쉬스가배치된모습이다. Fig. 7(b) 는 BF2 단부분절부재의지점단부거푸집내부로서하부플랜지철근, 복부양측의철근, 상부플랜지철근및포스트텐션쉬스가배치된상태를보여주고있다. UHPC는배합후점성이있음에도워커빌리티가양호하며, 자기충전기능이있으나매끄러운표면상태를가지기위해서는거푸집표면의진동다짐이요구된다. Fig. 8은 BF1의단부분절부재거푸집에점성이있으면서워커빌리티가좋은 UHPC를타설하는모습이다. 분절박스거더는분체재료계량이가능한전용배쳐플랜트가있는프리캐스트콘크리트공장에서제작되었다. 타설된콘크리트는 24시간의공기양생이후, 48시간동 안 90 증기양생을수행하였다. 분절면의양면에프라이머리를칠하고하루경과한후에폭시를도포한후결합시켰다. 프라이머리는표면의코팅제로써에폭시와연결단면의부착을돕고분절면의부착단면에공극을메꿔부착강도를증진시키는역할을한다. 에폭시는경화시강도가 100 MPa로써전단키와더불어분절면사이의전단내력과축방향내력을보조하는역할을한다. 분절거더는양단면의수직과수평위치가정확하게맞도록조정한후에폭시가양단면에 0.5~1.0 mm 도포된상태에서 20 MPa이하의프리스트레스트힘으로연결하였다. 에폭시가경화하는시간인 24시간이지난이후 (a) BF1 (b) BF2 Fig. 5 Shear key of segmental section (unit: mm) Fig. 7 Arrangement of bar Fig. 6 Segmental section of BF2 Fig. 8 The flow of UHPC 112 한국콘크리트학회논문집제 26 권제 2 호 (2014)

프리스트레싱으로인한편심을방지하기위해상하부의프리스트레싱힘을여러번나누어서긴장하였다. Fig. 9 와 10에서연결부의연결전모습과연결이완료된이후모습을볼수있다. 2.3 실험방법 Fig. 11과같이단순지지경계조건으로 UHPC 박스거더에대한 3점휨실험을수행하였다. 용량 1000 kn 액츄에이터를사용하여하중을가하였다.

또한하중과처짐간의관계를파악하기위하여중앙부와 1/4 및 3/4지점에 LVDT를설치하였다. 하중증가에따른최초균열, 균열의전이양상을측정하였으며, 측정된 LVDT 변형과변형률게이지의변형데이터를분석하여 UHPC 분절형박스거더의거동특성을파악하였다. 3. 실험결과및고찰 3.1 하중과처짐간의관계 Fig.

400 kn까지 BF1과 BF2의하중-처짐관계는선형거동을보인다. 430 kn에서 BF2가 BF1보다상대적으로강성이약간강한상태를보이다가 522 kn 이후의하중에서는 BF1보다강성이상대적으로저하되는것을볼수있다. 670 kn에서 BF2의처짐은 171 mm 로써 BF1의 160 mm보다 7% 더많은처짐을보였다.

5 프리스트레싱으로인한편심을방지하기위해상하부의프리스트레싱힘을여러번나누어서긴장하였다. Fig. 9 와 10에서연결부의연결전모습과연결이완료된이후모습을볼수있다. 2.3 실험방법 Fig. 11과같이단순지지경계조건으로 UHPC 박스거더에대한 3점휨실험을수행하였다. 용량 1000 kn 액츄에이터를사용하여하중을가하였다. 단면의변형률변화와중립축의변동을측정하기위하여보의중앙단면의양면에 5개씩 10개의전기저항식변형률게이지를 Fig. 12 와같이부착하였으며, 지점에서 1/4지점, 3/4지점의전면부에만 3개씩 6개의변형률게이지를부착하였다. 실험체제작시하부플랜지의철근중앙부와 1/4지점, 3/4지점의철근의양옆에변형률게이지설치하여종방향의철근변형률을측정하였다. 또한하중과처짐간의관계를파악하기위하여중앙부와 1/4 및 3/4지점에 LVDT를설치하였다. 하중증가에따른최초균열, 균열의전이양상을측정하였으며, 측정된 LVDT 변형과변형률게이지의변형데이터를분석하여 UHPC 분절형박스거더의거동특성을파악하였다. 3. 실험결과및고찰 3.1 하중과처짐간의관계 Fig. 9 Before connection of the UHPC box Fig. 10 After connection of the UHPC box 강섬유혼입률이체적대비 2% 인 UHPC박스단면의하부플랜지에만종방향철근이배근된 BF1과강섬유혼입률이체적대비 1% 인 UHPC박스단면의상하부플랜지, 양복부에종방향철근이배근된 BF2의하중-처짐관계를 Fig. 13에도시하였다. 400 kn까지 BF1과 BF2의하중-처짐관계는선형거동을보인다. 430 kn에서 BF2가 BF1보다상대적으로강성이약간강한상태를보이다가 522 kn 이후의하중에서는 BF1보다강성이상대적으로저하되는것을볼수있다. 670 kn에서 BF2의처짐은 171 mm 로써 BF1의 160 mm보다 7% 더많은처짐을보였다. 즉, 비선형거동영역에서 BF1 UHPC의향상된인장강도효과는 BF2 UHPC와양복부및상부플랜지에배근된종방향철근의조합효과보다강성이약간큰것을볼수있다. BF1의최초균열은 470 kn에서발생하였고, BF2의최초균열은 420 kn에서발생한것으로볼때, BF2의종방향철근보강보다는 BF1 UHPC의인강강도특성이최초균열하중증대효과가있음을볼수있다. 동일한내하력에서 BF2의처짐이크며 BF1의극한하중이 BF2보다 7% 큼을볼수있다. Fig. 11 Loading conditions and support Fig. 12 Arrangement of strain gauges and LVDTs (unit: mm) Fig. 13 Loading-deflection relationship 초고강도섬유보강콘크리트분절형박스거더의휨거동 113

3.2 중앙단면에서변형률과중립축의변화중앙단면전면부와후면부에각각 5개씩 10개의변형률게이지를설치하였고, 중앙단면 5개변형률게이지의하중에따른변형률을전면부와후면부변형률게이지변형률의평균값으로 Fig. 14(a), (b) 에도시하였다. Fig. 14(a) 에서 BF1의경우 400 kn전까지인장과압축변형률이선형적으로증가됨을볼수있다.

6 3.2 중앙단면에서변형률과중립축의변화중앙단면전면부와후면부에각각 5개씩 10개의변형률게이지를설치하였고, 중앙단면 5개변형률게이지의하중에따른변형률을전면부와후면부변형률게이지변형률의평균값으로 Fig. 14(a), (b) 에도시하였다. Fig. 14(a) 에서 BF1의경우 400 kn전까지인장과압축변형률이선형적으로증가됨을볼수있다. 400 kn이후즉, 철근의인장변형률이 988 µm이후부터비선형적으로증가하였고 460 kn 이후하단부에균열이최초발생하였다. 이후하중이증가함에따라서균열폭이증가하였고 460 kn이후에중립축도상승함을볼수있다. 하중 668 kn에서압축변형률은 1913 µm만큼진행되었다. Fig. 14(b) 의 BF2 경우 350kN전까지인장과압축변형률이선형적으로증가되었고, 350 kn 이후즉, 이때의철근의인장변형률 887 µm 이후부터비선형적으로증가하였다. 410 kn 이후하단부에균열이최초발생하였으며이후하중이증가함에따라서균열폭이증가하면서중립 축도상승함을볼수있다. 하중 718 kn에서압축변형률은 2244 µm만큼진행되었다. Fig. 15(a) 와 (b) 와같이 BF1은 415 kn에서 BF2는 400 kn에서중립축상승이시작되었다. BF1의경우, 강섬유혼입률이체적대비 2% 로 UHPC 인장응력이큰효과로인해 400 kn 이후파괴하중까지의중립축상승이강섬유혼입률이체적대비 1% 인 BF2보다적음을알수있다. 하중 650 kn에서의 BF1의중립축상승값은 100 mm로서 BF2의 120 mm보다 20 mm만큼작게상승되었다. BF1은최초균열발생후하중이증가함에따라중립축이점진적으로증가하는데비해 BF2는상대적으로작은인장강도로인해최초균열후중립축상승률이 BF1에비해급하게상승하다가변형이진행되면서철근과조합작용이커져상승률이감소하고이후 700 kn에서갑작스럽 (a) BF1 (a) BF1 (b) BF2 Fig. 15 Change of neutral axis (b) BF2 Fig. 14 Strain of the central cross-section Fig. 16 Deformation of segmental section under the 620 kn load 114 한국콘크리트학회논문집제 26 권제 2 호 (2014)

게중립축이상승함을볼수있다. 3.3 균열진행양상과파괴형태 Fig. 16에서보듯이하중 620 kn까지균열부단면표시한그리드에변형차이가없음을알수있다. BF1과 BF2 모두 600 kn 근처에서분절부단면의미세한수직균열이발생하였으며, 이는분절단면에서전단거동이삼분절박스거더의지배적인파괴거동이아님을알수있다. Fig. 17(a) 와같이 BF1의경우 460 kn에서초기균열이발생하였으며하중이증가함에따라균열의깊이와수가증가됨을볼수있다.

7 게중립축이상승함을볼수있다. 3.3 균열진행양상과파괴형태 Fig. 16에서보듯이하중 620 kn까지균열부단면표시한그리드에변형차이가없음을알수있다. BF1과 BF2 모두 600 kn 근처에서분절부단면의미세한수직균열이발생하였으며, 이는분절단면에서전단거동이삼분절박스거더의지배적인파괴거동이아님을알수있다. Fig. 17(a) 와같이 BF1의경우 460 kn에서초기균열이발생하였으며하중이증가함에따라균열의깊이와수가증가됨을볼수있다. 특히 600 kn에서균열의깊이는단면의중간높이까지올라왔으며 680 kn에서는단면의 2/3 까지올라왔으며균열의수도많이증가되었음을볼수있다. Fig. 17(b) 와같이 BF2의경우 410 kn에서초기균열이발생하였으며하중이증가함에따라 BF1에비해서더많은균열이발달하고그깊이도더높게진행되었음을알 수있다. 550 kn의경우균열이단면중간이상까지진행하였으며그수도 BF1에비해서현저하게많음을볼수있다. 660 kn의경우단면상부에서종방향으로균열이발생하였으며이로인해복부와상부플랜지가분리되는파괴현상이발생되었다. 420 kn 이후하중과처짐관계, 중립축의변화양상그리고균열의진행패턴으로볼때강섬유혼입률 2% 의 BF1 휨거동이강섬유혼입률 1% 와종방향상부플랜지및복부철근의조합을가진 BF2보다더강성이있음을알수있다. 탄성영역에서즉, 420 kn 이전의하중구간에서는 BF1과 BF2의강성이비슷하여하중에대한처짐이거의동일하나비선형거동구간에서는동일한하중하에서 BF2의처짐이더크게발생하며, 하중 620 kn의경우 BF1의처짐보다 14% 가량크게발생하였다. BF1의파괴형상은단부분절부재는전단변형또는휨변형이발생하지않았으며중앙분절부재의중앙단면에는휨변형에의한파괴가진행되었다. BF2의파괴형상은단부분절부재는전단변형또는휨 (a) BF1 at each load (b) BF2 at each load Fig. 17 Crack patterns 초고강도섬유보강콘크리트분절형박스거더의휨거동 115

8 변형이발생하지않았으나중앙분절부재의중앙단면에는휨변형이진행되다가상부플랜지와복부가분리되는파괴형태를보였다. 즉, 강섬유혼입률체적대비 1% 의콘크리트인장력이부족하여파괴시상부플랜지와복부가일체화를유지못하고분리됨을볼수있다. 단부분절의경우 BF1과 BF2 모두휨변형이나전단변형이발생하지않아강섬유혼입률체적대비 1% 의 UHPC사용으로도내력이충분함을알수있다. 단부분절은 1% 의강섬유혼입률 UHPC를사용하고중앙분절은 2% 의강섬유혼입률 UHPC를사용하는것이비선형거동및최대하중이후의거동에서연성적특성을확보할수있는설계가될것이다. 4. 결론강섬유혼입률 2% 의초고강도섬유보강콘크리트 3분절박스거더와상부플랜지와복부에종방향연성보강철근을배근한강섬유혼입률 1% 의초고강도섬유보강콘크리트박스거더에대한휨실험을수행한결과다음과같은결론을얻었다. 1) 초고강도섬유보강콘크리트박스거더응력의탄성영역에서초고강도콘크리트의압축력과프리스트레스힘의인장력에의한우력으로강섬유혼입률 2% 의박스거더와강섬유혼입률 1% 와종방향연성보강철근을배근한박스거더는거의동일한거동을보인다. 2) 초고강도섬유보강콘크리트박스거더의비선형응력영역에서의거동은하중과처짐관계, 중립축의변화양상그리고균열의진행양상으로볼때강섬유혼입률 2% 의박스거더가강섬유혼입률 1% 와종방향연성보강철근을배근한박스거더보다더높은혼입률의강섬유인장강도증진효과로인해의해강성이약간더크고, 중립축의상승률이점진적인연성거동을보이며, 더적은수의균열진전상태를보이고있다. 3) 2% 강섬유혼입에의해압축응력구역에서콘크리트매트릭스의구속력을강화하고인장응력이우수한초고강도콘크리트의거동특성을 1% 또는그보다낮은강섬유혼입과종방향의지름이작은연성보강철근배근조합으로압축응력영역에서구속력보강및인장응력영역에서연성보강을도모할 수있어초고강도콘크리트구조물시공의경제성을기할수있는가능성을보여주고있다. 4) 압축강도가 160 MPa인초고강도섬유보강콘크리트삼분절박스거더의중앙분절부재가휨파괴상태에도달하더라도중앙분절과단부분절사이의분절면에서슬립이나균열이발생하지않았다. 이는초고강도콘크리트의높은압축강도로인해분절면에서휨응력과전단응력의파괴상태까지충분한여유를가지고있음을의미하며, 초고강도콘크리 트가분절부재요소로서안정적인특성과적합성을가지고있음을보여주고있다. 감사의글 이연구는금오공과대학교연구비로수행되었고이에감사드립니다. References 1. Chan, S. Y. N., Feng, N. Q., and Tsang, M. K. C., Durability of High Strength Concrete Incorporating Carrier Fluidifying Agent, Magazine of Concrete Research, Vol. 52, No. 4, 2000, pp Hsu, L. S. and Hsu, T., Stress-Strain Behavior of Steel- Fiber High-Strength Concrete under Compression, ACI Journal of Structure, Vol. 91, No. 4, 1994, pp Korea Institute of Construction and Transportation, Development of Bridge Girder Using Ultra-High Performance Concrete Composites, Final Report of Development and Research of the Core Technique in Construction, Ministry of Construction and Transportation, 2005, pp Benjamin, A. and Graybeal. B., UHPC in the U. S. Highway Transportation System, Proceedings of the Second International Symposium on UItra High Performance Concrete, Kassel, Germany, 2008, pp Han, S. M. and Guo, Q. Y., Flexural Experiment of Over Reinforced Prestressed High Performance Fiber Reinforced Concrete Girder, Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 11, No. 3, 2011, pp Pierre Richard, Marcel Cheyrezy, Composition of Reactive Powder Concretes, Cement and Concrete Research, Vol. 25, No , pp 요약압축강도 160 MPa 과길이 15.4 m 를가진초고강도섬유보강콘크리트분절박스거더의휨거동실험을수행하였다. 초고강도섬유보강콘크리트분절박스에연성거동특성을보강하기위한강섬유와종방향철근의조합효과를두종류의강섬유혼입률로제작된초고강도분절형박스거더의휨거동을비교함으로써평가하였다. 강섬유혼입률이 1% 이고전단철근과상부플랜지와복부에종방향철근으로보강한초고강도콘크리트박스거더 BF2 의거동은탄성응력대에서전단철근없이강섬유혼입률 2% 인초고강도섬유보강콘크리트박스거더와유사한연성거동을보여준다. 그러나비선형응력대에서는 BF1 의강성이약간더크고안정적인연성거동형태를보여주고있다. 초고강도섬유보강콘크리트박스거더의분절면은휨파괴시까지균열이나슬립이발생하지않았다. 핵심용어 : 초고강도콘크리트, 분절형박스거더, 휨거동, 철근보강, 강섬유 116 한국콘크리트학회논문집제 26 권제 2 호 (2014)

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14.531~539(08-037).fm G Journal of the Korea Concrete Institute Vol. 20, No. 4, pp. 531~539, August, 2008 š x y w m š gj p { sƒ z 1) * 1) w w Evaluation of Flexural Strength for Normal and High Strength Concrete with Hooked