KR100659471B1 - 슬래브-기둥 접합부 전단보강 구조 - Google Patents

Abstract

철근 콘크리트 구조물의 슬래브-기둥 접합부에 있어서 전단 파괴에 대한 저항력을 증대시키는 전단보강 구조에 관하여 개선된 기술이 개시된다.

본 발명은 트러스형으로 제작된 다수개의 전단 보강체를 사용함으로써 시공성 및 경제성을 확보하면서 슬래브-기둥 접합부의 강도와 연성도를 효과적으로 증대시킬 수 있도록 한 접합부 전단보강 구조에 관한 것으로,

이를 위한 본 발명은 철근 콘크리트 구조물의 슬래브와 기둥이 접합되는 접합부에 다수개의 전단 보강체를 설치하여 전단 내력을 보강할 수 있도록 하는 슬래브 기둥 접합부 전단 보강 구조에 있어서, 상기 전단 보강체는 적어도 하나 이상의 상현재와; 상기 상현재와 일정간격을 두고 나란하게 배치된 적어도 하나 이상의 하현재 및; 상기 상현재와 하현재 사이에 연속적인 파형을 가지도록 설치되는 경사재;를 포함하여 이루어짐으로써 전체적으로 트러스의 형태를 가지도록 한 것을 구성상의 특징으로 하며, 이 때, 상기 전단 보강체는 통상의 트러스형 데크 플레이트에서 금속 플레이트 부분을 제거한 트러스형 철선을 사용하는 것을 특히 바람직한 구성으로서 제공한다.

전단, 보강, 무량판, 트러스, 데크 플레이트, 기둥, 슬래브, 접합부

Description

슬래브-기둥 접합부 전단보강 구조{Shear Reinforcement Structure of Slab - Column Connection}

도1은 기둥 슬래브간 접합부에서 일어나는 전단 파괴의 양상을 보여주는 도면이다.

도2는 종래에 적용되는 전단보강 구조들의 구성을 도시한 도면이다.

도3은 본 발명에 따른 전단보강 구조의 보강 작용을 설명하기 위한 도면이다.

도4는 본 발명에 따른 전단보강 구조의 구성을 도시한 사시도이다.

도5는 기존에 생산되는 트러스형 데크 플레이트의 일예를 도시한 도면이다.

도6은 본 발명에 대한 구조 성능을 시험하기 위한 시험 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도7a 내지 도7c는 본 발명에 대한 구조 성능을 시험하기 위한 시험체들의 구성을 도시한 도면이다.

도8a 내지 도8c는 본 발명에 대한 재하 시험 결과를 도시한 하중-변위 그래프이다.

도9는 본 발명에 따라 보강된 시험체의 성능을 무보강 시험체와 비교하여 나 타낸

도10은 본 발명에 따른 보강 구조와 기존의 보강 접합부의 강도 증가율을 나타내고 있는 그래프이다.

도11은 본 발명에 따른 보강 구조와 기존의 보강 접합부의 연성도 증가율을 나타내고 있는 그래프이다

도12는 Abdel-Salam Mokhtar, Amin Ghali & Walter Dilger에 의한 실험의 결과로서 기존 보강 방식인 shear stud의 성능을 보여주는 그래프이다.

도13는 본 발명에 따른 보강구조와 shear stud(Abdel-Salam Mokhtar, Amin Ghali & Walter Dilger에 의한 실험)의 성능을 normalize하여 비교한 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 본 발명에서의 전단 보강체

10: 상현재 20: 하현재

30: 경사재

본 발명은 철근 콘크리트 구조물의 기둥과 슬래브가 접합되는 부위에 있어 전단 파괴에 대한 저항력을 증대시키기 위한 전단보강 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 트러스형으로 제작된 다수개의 전단 보강체를 사용함으로써 슬래브-기둥 접합부의 강도와 연성도를 효과적으로 증대시킬 수 있도록 한 접합부 전단보강 구조에 관한 것이다.

통상적으로 여러 층으로 건축되는 철근 콘크리트 구조물의 경우 각 층의 바닥을 형성하면서 일정한 면적을 제공하는 슬래브와 상기 슬래브를 지지하며 건축물의 자중 및 각 층에서 발생하는 사용 하중을 기초부로 전달하는 기둥 부재를 포함하여 구성되는 것이 일반적인 형태이다. 이와 같은 철근 콘크리트 구조에 있어서 슬래브와 기둥 부재가 만나는 접합부인 기둥의 주두부(柱頭部)의 경우 기둥 주변을 따라 슬래브와의 사이에서 전단력이 작용하는 바, 이 부위에 대한 내력이 충분치 못할 경우 전단 파괴가 발생할 우려가 있게 된다.

특히 거더나 보를 설치하지 않고 기둥에 의해 슬래브가 직접 지지되는 무량판 구조에 있어서의 슬래브-기둥 접합부는 보-기둥 접합부와는 달리 기둥 주변에 과도한 응력 집중 현상이 발생하고 이로 인하여 슬래브는 도1에 도시된 것과 같이 역 사다리꼴의 표면을 형성하는 2방향 전단파괴(펀칭 전단파괴)를 유발하게 된다. 이러한 전단 파괴는 다른 형태의 파괴 양상과는 달리 매우 취성적(brittle)이어서 슬래브-기둥 접합부의 안전성에 대단히 치명적인 바, 구조 설계를 함에 있어서는 이 부위에 특별한 주의를 기울여 전단파괴가 일어나지 않도록 충분한 조치를 취하여야 하는 것이다.

이에 상기와 같은 무량판 구조에서 기둥-슬래브 접합부를 보강하여 전단내력 을 키우기 위한 방법으로는 기둥 주위에 지판(drop panel) 및 주두(capital)를 설치하는 방식이 통상적으로 사용되고 있다. 그러나 상기와 같이 지판이나 주두를 설치함으로써 단면의 확대를 통하여 전단 응력도(shear stress)를 저감시킬 수는 있으나, 이러한 지판이나 주두의 형성을 위한 거푸집의 제작이 번거로울 뿐 아니라 보강 성능의 측면에서도 그다지 효과적이지 못하다는 문제가 있었다. 따라서 기존에도 기둥-슬래브간 접합부의 전단 성능을 보강하기 위한 방법으로서 접합 부위에 별도의 전단 보강체와 같은 보강 수단을 설치하여 전단 내력을 증가시키는 방식이 개발되어 있으며 이에 대한 종래의 기술로는 스터럽(stirrup)을 이용한 방식, 전단 헤드를 설치하는 방식 및 전단 스터드를 설치하는 방식을 대표적으로 들 수 있다.

이 중, 상기 스터럽을 이용하는 방식은 현재 시공 현장에서 가장 널리 사용되고 있는 방식으로서, 도2(a)에 도시된 바와 같이 기둥-슬래브 접합부를 가로질러 배치된 상, 하부 슬래브 철근에 스터럽(띠철근)을 감아 이것이 전단 내력을 보강하도록 하는 방식이다. 이 때, 상기 스터럽은 일반적으로 D10 이형철근을 공장 또는 현장에서 절곡 가공한 것을 사용하며, 이 방식은 통상의 철근 자재를 사용하여 시공하는 것이므로 전단 보강체의 구성을 위한 별도의 자재를 마련할 필요가 없게 되는 바, 다른 방식에 비하여 자재의 수급이 간편하고 경제적이라는 장점이 있다. 반면, 이 방식은 사용되는 스터럽이 슬래브 철근의 바깥 둘레를 감싸는 형태로 이루어지고 있어 슬래브의 피복 두께를 적절히 유지하기 어렵다는 단점이 있으며, 만일 슬래브의 피복 두께를 유지하려고 하면 상,하부 주근의 간격이 줄어들 수 밖에 없 어 슬래브의 휨 저항 능력이 감소하게 되는 문제가 있다. 따라서 이 방식은 두께가 얇은 슬래브에는 적용하기에 어려움이 있으며, 나아가 다수의 스터럽을 결속함에 따라 현장에서의 공정이 많아지므로 시공성이 상대적으로 떨어진다는 문제점이 지적되고 있다.

또, 상기 전단헤드를 설치하는 방식은 도2(b)에 도시된 바와 같이 H형강 또는 채널을 종,횡으로 접합하여 전단 보강체를 井자형으로 구성하고 이를 기둥과 슬래브의 접합부에 설치함으로써 전단력에 대한 내력을 분담하도록 하는 방식이다. 그러나 이 방식의 경우 형강재의 사용에 따라 필요 이상의 강재가 소요됨은 물론 건물의 자중이 증가되고, 설치된 전단 보강체에 의해 슬래브 및 기둥 철근이 단절될 수 있어 구조상 불리한 영향이 있을 수 있으며, 아울러 콘크리트의 타설시에는 밀실한 충전이 이루어질 수 있도록 세심한 주의가 필요하다는 단점이 있다.

그리고, 상기 전단 스터드(stud)를 설치하는 방식은 도2(c)에 도시된 바와 같이 스트립(strip)의 형태로 가공된 평철판의 상부에 다수의 스터드 볼트를 용접한 것을 조립하여 전단 보강체를 구성하고 이를 기둥과 슬래브가 접합되는 부위에 설치함으로써 전단 내력이 보강되도록 하는 방식이다. 이 방식의 경우 실험에 의하면 스터드 볼트 머리부와 강판에 의한 정착 성능 향상에 의하여 굽힘철근 또는 전술한 스터럽 보강재보다 효과적인 것으로 밝혀진 바 있으나, 반면 이 방식은 다수개의 스터드 볼트에 대한 용접 작업을 필요로 하므로 제작상의 번거로움이 있다는 문제점을 가지고 있었다.

따라서, 전술한 방식들과 같은 접합부 보강 방안들이 가지는 단점들을 해결함과 동시에 시공성과 경제성을 확보하면서 접합부의 구조 성능(강도 및 연성도)를 증진시킬 수 있는 보강 방안의 개발이 요구되고 있었는 바, 본 발명자는 이를 위하여 다양한 연구를 수행한 결과 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술들에 대한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명은 간편한 시공에 의하여 철근 콘크리트 구조물의 슬래브-기둥 접합부의 강도와 연성도를 효과적으로 증대시킬 수 있으며, 특히 접합부의 구조 성능으로서 매우 중요한 연성도면에서 우수한 성능을 발휘할 수 있는 슬래브 기둥 접합부 전단보강 구조를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 철근 콘크리트 구조물의 슬래브와 기둥이 접합되는 접합부에 다수개의 전단 보강체를 설치하여 전단 내력을 보강할 수 있도록 하는 슬래브 기둥 접합부 전단 보강 구조에 있어서, 상기 전단 보강체는 적어도 하나 이상의 상현재와; 상기 상현재와 일정간격을 두고 나란하게 배치된 적어도 하나 이상의 하현재 및; 상기 상현재와 하현재 사이에 연속적인 파형을 가지도록 설치되는 경사재;를 포함하여 이루어짐으로써 전체적으로 트러스의 형태를 가지도록 한 슬래브 기둥 접합부 전단보강 구조를 특징적인 구성으로 서 제공한다.

또한, 여기서 상기 전단 보강체는 일반 철근 또는 철선을 가지고 트러스형으로 제작하여 사용할 수도 있지만 통상의 트러스형 데크플레이트에서 금속 플레이트 부분을 제거한 트러스형 철선을 사용하게 되면 제품 개발이 용이하고 간편한 시공을 기대할 수 있는 것으로, 이 역시 바람직한 구성으로서 본 발명이 가지는 특징 중의 하나이다.

상기와 같이 본 발명은 기존에 다양한 방식으로 적용되고 있던 전단보강 구조에 있어 전단 보강체의 형태를 트러스와 같은 형태를 가지도록 하여 기둥-슬래브 접합부를 보강하도록 함을 구성상의 특징으로 하는 것으로, 이와 같이 본 발명의 전단보강 구조는 트러스 형태의 전단 보강체를 채용함으로써 구조 역학적인 측면에서 기존의 전단 보강체들에 비하여 월등히 우수한 전단 보강 효과를 나타낸다.

즉, 도3(a)의 도시로부터 알 수 있는 것과 같이 하중(W)을 받는 슬래브(S)와 이를 지지하고 있는 기둥(C)이 만나는 결합부의 경우 연직 방향으로의 전단력과 휨하중으로부터 발생하는 수평 응력의 합력으로 인하여 사선 방향으로 인장력이 작용하게 되는데, 주지하는 바와 같이 콘크리트는 인장력에 특히 취약성을 나타내는 재료이므로 그 파괴 양상도 인장력의 작용 방향에 대하여 직각 방향인 주두(柱頭)부로부터 사선 방향으로 균열 및 파괴가 나타나게 된다.

이에 대하여 본 발명에서 채용된 전단 보강체(1)의 경우 상, 하현재(10,20) 사이에 경사재(30)가 연속적으로 설치된 구성을 가지고 있는 바, 이와 같은 구성으 로 인하여 도3(a)에 도시된 바와 같이 주두부 콘크리트에서의 예상 균열은 상기 경사재(30)를 상당한 각도로(수직에 가깝도록) 가로질러 통과할 수 밖에 없으며, 따라서 상기 접합부에 대한 전단 균열의 벌어짐은 이와 같은 경사재(30)에 의해 효과적으로 방지될 수 있는 것이다.

또한, 접합부에 관통 균열이 발생한 경우에 있어서는 도3(b)에 도시된 바와 같이 상,하현재(10,20)와 경사재(30)로 이루어진 트러스 거동에 의하여 접합부의 연성도가 증대되므로 슬래브 전체가 급격히 붕괴되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이하, 전술과 같은 기술적 개념을 가지는 본 발명에 대하여 그 구체적인 구성 및 작용을 첨부한 도면과 함께 더욱 상세하게 설명한다.

도4는 본 발명에 따른 전단보강 구조에 대한 구성을 도시한 사시도로서, 상기 도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 슬래브-기둥 접합부를 보강하기 위한 전단 보강체(1)를 구성함에 있어 상하로 길게 평행 배치된 상현재(10) 및 하현재(20)와 이들을 연결하는 경사재(30)를 포함하여 트러스(truss)의 형태를 가지도록 하고, 이와 같이 구성된 전단 보강체(1)를 기둥(C)과 슬래브(S)가 연결되는 접합 부위에 배치함으로써 이 부위에 대한 전단 저항력을 보강하도록 하고 있는 것이다.

이 때, 상기 전단 보강체(1)는 통상적으로 사용하는 철근 또는 철선 등을 사용하여 상, 하현재 및 경사재를 구비하도록 트러스의 형태로서 제작할 수 있는데, 특히 본 발명에서는 이와 같은 전단 보강체로서 공지의 트러스형 데크 플레이트에 쓰이는 트러스형 철선을 사용하는 것을 바람직한 구성으로서 제안한다. 상기 트러 스형 데크 플레이트는 예컨대 도5에 도시된 것과 같이 아연도 강판과 같은 금속제 플레이트(2')의 상부에 일정 간격으로 트러스형 철선(1')을 부설하여서 제작되는 데크 플레이트의 일종으로서, 이와 같은 트러스형 철선은 상부 철근(10'), 하부 철근(20') 및 이들을 연결하는 연속된 파형의 래티스재(30')으로 구성되어 있는 바, 이는 상현재(10), 하현재(20) 및 경사재(30)로 이루어진 본 발명에서의 전단 보강체에 해당하는 구성을 가지고 있는 것이다.

이와 같은 트러스형 철선으로는 제조 업체에 따라 상, 하부 철근(10',20')의 갯수 등 그 세부적인 형태의 면에서 다소 차이는 있으나 본질적으로 트러스의 형태를 이루고 있는 것으로, 본 발명을 구성함에 있어서는 이와 같은 공지의 트러스형 철선 중에서 적당한 것을 선정하여 사용하면 된다. 특히, 도4에 도시된 예에서와 같이 현재 일반적으로 사용되는 트러스형 철선(1')은 하나의 상부 철근(10')과 두개의 하부 철근(20')을 구비하여 정면에서 볼 때 전체적으로 이등변 삼각형 구도로 이루어져 있는데, 본 발명을 구현함에 있어 상기와 같은 형태로 된 트러스형 철선을 사용하게 되면, 설치에 있어서 단지 슬래브 형틀 상부에 거치하는 것만으로 시공할 수 있는 바 간편하게 설치 작업을 완료할 수 있다는 장점이 나타난다.

한편, 상기와 같은 본 발명에 따르면 슬래브 철근의 배근에 있어서 트러스형 철선(1')에 구비된 상,하부 철근(10',20')에 슬래브 철근을 연결함으로써 기존의 철근 배근을 대체하거나, 혹은 전단 보강체의 전체 높이를 슬래브 상부배근과 하부배근 사이 간격에 해당하는 높이로 제작하게 되면 이를 슬래브 상하 배근 사이에 배치함으로써 기존의 스페이서를 대체하는 용도로서 사용할 수 있게 되는 부수적인 효과도 기대할 수 있다. 아울러 본 발명에서의 전단 보강체의 경우 전체적인 형태가 트러스의 형태로 되어 있는 바, 이는 타설 작업시 콘크리트 내에 쉽게 매설 및 정착될 수 있으므로 많은 수의 전단 보강체를 설치한 경우에도 콘크리트의 밀실한 충전에 대하여 특별히 주의를 하지 않아도 되는 장점이 있다.

다음으로는, 본 발명에 따른 전단보강 구조를 시공하는 방법에 대하여 간략히 설명한다. 상기와 같은 본 발명의 전단보강 구조를 시공함에 있어서는 먼저 구조 계산에 의한 보강 설계에 따라서 적절한 사양 및 길이의 전단 보강체를 결정하고 필요한 갯수만큼 이를 준비하며, 이 때, 상기한 바와 같이 기성 제품으로서 공장 생산된 트러스형 철선을 이용하는 경우에는 각 제조사의 제품 사양을 검토하여 설계 결과에 적합한 제품을 선정하여 준비한다.

상기와 같이 전단 보강체가 준비되고 기둥 및 슬래브 거푸집의 설치가 완료되면, 기둥 상부 슬래브와의 접합부 부근에 상기 전단 보강체(1)를 설치한다. 여기서 상기 전단 보강체(1)의 배치는 도3에 도시된 것과 같이 그 중앙부가 대략 기둥(C)의 상부에 위치하도록 다수개를 병렬로 나란하게 배치하는 것이 구조적으로 가장 안정적일 것이며, 이외에도 기둥을 중심으로 전단 보강체를 방사상으로 배치하는 것과 같은 방식도 고려할 수 있다. 또한 상기 전단 보강체(1)의 배치 간격은 모두 동일한 간격으로 배치할 수도 있으나 기둥(C)으로부터의 거리에 따라 간격을 달리하여(멀어질 수록 넓게) 배치해도 좋다.

이하에서는 전술과 같이 설명된 본 발명이 가지는 구조적 성능을 입증하기 위하여 본 발명의 전단보강 구조에 대한 시험체를 제작하여 재하 시험을 실시한 결과를 제시한다.

상기 재하 시험은 본 발명에 따라 보강된 접합부의 강도 및 연성도를 측정하기 위한 것으로, 도6은 상기와 같은 시험에 사용된 시험체 및 시험 장치를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 시험체는 중심에 기둥이 있는 길이 1.8m의 정사각형 모양의 무량판 형태로 제작된 것으로서, 이는 철제 링빔(ring beam)에 의해 네변이 단순 지지되도록 하였으며 상기 링빔은 철제 블록에 의해 구속되어 있다. 중력 하중은 기둥 상단에 설치된 가력기(Actuator)에 의해 재하된다.

상기와 같은 시험을 수행하기 위하여 철근비(ρ) 및 기둥 형상비(c₁/c₂)를 달리 하는 3가지 타입의 기준 시험체와 이들 각각에 트러스형 철선을 추가한 전단보강 시험체를 제작하였으며, 상기 각 타입에 대한 시험체의 구조를 도7a 내지 도7c에 도시하였다. 그리고, 하기 표1은 각 시험체의 재료적 변수 및 기하학적 변수를 나타낸 것으로서, 시험체 1과 1L(도7a), 시험체 2와 2L(도7b), 시험체4와 4L(도7c) 상호간에 있어서는 트러스형 철선의 유무에서만 차이가 있고 그 이외의 다른 변수들은 일치하고 있음을 알 수 있다. 한편, 하기 표에서 시험체 1, 2, 3은 무보강 시험체를 나타내는 것이며, 시험체 1L, 2L, 3L은 트러스형 철선으로 보강된 시험체를 표시하는 것이다.

[표 1] 시험체의 변수 비교

시험체	재료적 변수				기하학적 변수	전단보강
	ρ		ρfy		c1/c2
	상부	하부	상부	하부
1	0.00792	0.00609	31.68	24.36	1	-
1L	0.00618	0.00463	30.90	23.15	1	트러스형 철선
2	0.01500	0.01131	60.00	45.24	1	-
2L	0.01212	0.00945	60.60	47.25	1	트러스형 철선
3	0.00800	0.00598	32.00	23.92	4	-
3L	0.00668	0.00454	33.40	22.70	4	트러스형 철선

이상과 같은 조건에서 재하 시험을 수행하고 그 결과를 아래에 나타내었다.

(1) 시험체 1(무보강 시험체)과 시험체 1L(보강 시험체)의 비교

최초균열은 시험체 1에서는 6t(58.8kN), 시험체 1L에서는 8t(78.4kN)에서 발생하였다. 도8a에 도시된 하중-변위 그래프 및 아래 표2에 나타낸 바와 같이, 시험체1과 시험체1L의 최고강도는 각각 230.18kN, 308.05kN이었으며, 변형은 11.25mm, 69.86mm로서, 전단보강 효과는 강도면에서 33.8% 증가, 변형면에서 6.21배 증가한 것으로 측정되었다.

[표 2] 전단보강에 따른 강도, 변형의 증가(시험체 1, 1L)

	강도(kN)	변형(mm)
시험체1	230.18	11.25
시험체1L	308.05	69.86
시험체1L / 시험체1	133.8%	6.21

(2) 시험체2(무보강 시험체)과 시험체 2L(보강 시험체)의 비교

최초균열은 시험체 2에서는 10t(98.0kN), 시험체 2L에서는 8t(78.4kN)에서 발생하였다. 도8b에 도시된 하중-변위 그래프 및 아래 표3에 나타낸 바와 같이, 시험체 1과 시험체 1L의 최고강도는 각각 316.84kN, 541.46kN이고, 변형은 7.86mm, 86.92mm로서 전단보강 효과는 강도면에서 70.9% 증가, 변형면에서 11.06배 증가한 것으로 측정되었다.

[표 3] 전단보강에 따른 강도, 변형의 증가(시험체 2, 2L)

	강도(kN)	변형(mm)
시험체2	316.84	7.86
시험체2L	541.46	86.92
시험체2L / 시험체2	170.9%	11.06

(3) 시험체 4(무보강 시험체)과 시험체 4L(보강 시험체)의 비교

최초균열은 시험체 4에서는 15t(147.0kN), 시험체 4L에서는 12t(117.6kN)에서 발생하였다. 도8c에 도시된 하중-변위 그래프 및 아래 표4에 나타낸 바와 같이, 시험체1과 시험체1L의 최고강도는 각각 536.90kN, 717.44kN이고, 변형은 7.00mm, 71.56mm로서 전단보강 효과는 강도면에서 33.6% 증가, 변형면에서 10.22배 증가한 것으로 측정되었다.

[표 2] 전단보강에 따른 강도, 변형의 증가(시험체 4, 4L)

	강도(kN)	변형(mm)
시험체4	536.90	7.00
시험체4L	717.44	71.56
시험체4L / 시험체4	133.6%	10.22

(4) 무보강 접합부와의 종합 비교

도9에 나타난 바와 같이 본 발명에서 제안하는 트러스형 철선으로 보강된 접합부는 무보강 접합부에 비하여 구조 성능을 획기적으로 증가시킴을 확인할 수 있었다. 실험결과를 종합하면 보강 접합부는 강도면에서 평균적으로 46.1%의 성능 증가, 연성도 면에서는 무려 9.16배의 성능 증가 효과를 나타내었다.

다음으로는, 상기와 같은 시험 결과를 기초로 본 발명에 따른 전단보강 구조의 성능을 보강을 기존의 보강 방법들과 비교한다.

현재 무량판 구조의 접합부 전단 보강방법으로서 가장 성능이 뛰어나다고 알려져 있는 shear stud와 본 발명에서 채용된 트러스형 철선의 구조 성능을 비교하면 도10 및 도11에 도시된 바와 같다. 도10은 보강 접합부의 강도 증가율을 나타내고 있는 것으로, 대부분의 shear stud 성능 실험에서 shear stud로 전단 보강한 시험체가 전단 보강을 하지 않은 시험체에 비하여 전단 강도가 20~40% 정도 증가함을 알 수 있다. 트러스형 철선으로 전단보강한 본 실험에서도 트러스형 철선으로 인한 전단강도 증가율은 약 34%(시험체 2L은 70.9%)로서 강도적인 측면에서는 shear stud와 거의 비슷한 효과를 발휘한다고 볼 수 있다.

도11은 보강접합부의 연성도 증가율을 나타내고 있는 것으로 상기 도면에 나 타난 바와 같이 트러스형 철선은 shear stud에 비하여 변형 능력을 크게 증가시키는 것으로 나타났다. 즉 기존의 전단보강 방식인 shear stud의 경우에는 변형능력이 전단보강 하지 않은 것에 비해 2.07~2.39배 증가하는 것에 그쳤으나, 트러스형 철선을 이용한 본 실험에서는 변형능력이 6.21~11.06배로 크게 증가하였다. 접합부의 취성적인 파괴가 무량판 구조의 가장 치명적인 약점임을 고려할 때, 이러한 변형 능력의 탁월한 증가는 트러스형 철선이 기존의 shear stud 보강 방법에 비해 무량판 구조 접합부의 전단 보강재로서 더욱 효과적으로 작용함을 보여준다.

특히 Abdel-Salam Mokhtar, Amin Ghali & Walter Dilger에 의한 실험 (참고 문헌: "Stud Shear Reinforcement for Flat Concrete Plates", ACI Structural Journal V.82, No.5, September-October 1985, pp.676-683)은 본 실험과 시험체의 크기, 실험방법 등이 상당히 유사하여 shear stud와 트러스형 철선의 성능을 직접적으로 비교하는데에 좋은 자료를 제공한다. 도12는 위 실험의 결과로서 shear stud의 성능을 보여주는 그래프이다.

도13은 트러스형 철선과 shear stud(Abdel-Salam Mokhtar, Amin Ghali & Walter Dilger에 의한 실험)의 성능을 normalize하여 비교한 것으로서, y축의 Vu는 실험강도, Vc는 ACI code에서 제시하는 강도를 뜻하며, x축은 전단보강을 하지 않은 시험체의 변형을 1로 두었을 때 전단보강한 시험체의 상대적인 변형을 뜻한다. 상기 도면에서 확인되는 바와 같이 변형 및 강도에 있어서 트러스형 철선에 의한 전단보강이 shear stud에 의한 전단보강에 비하여 탁월한 성능을 나타내고 있음을 알 수 있다.

이상에서 상세하게 설명한 본 발명에 따르면, 철근 콘크리트 구조물의 슬래브-기둥 접합부에 있어 무보강 접합부에 비하여 강도와 연성도를 효과적으로 증대시킬 수 있으며, 특히 접합부의 구조 성능으로서 매우 중요한 연성도면에서 우수한 성능을 발휘할 수 있게 되는 효과를 얻을 수 있다. 또한 전단 보강체로서 트러스형 철선을 이용하는 경우 기존의 공장 생산품인 트러스형 데크 플레이트를 이용하는 것이기 때문에 제품의 수급이 용이하며, 시공에 있어서는 트러스형 철선을 단순히 슬래브 형틀 위에 거치하는 것만으로 간편하게 설치 작업을 완료할 수 있어 시공이 간편하다는 장점이 나타난다. 나아가 본 발명에서의 전단 보강체는 슬래브 상하 주근에 대한 간격재의 역할도 수행할 수 있어 별도의 간격재의 설치를 하지 않아도 되므로 작업량이 감소할 뿐 아니라 슬래브 상하 철근의 위치를 정확히 유지할 수 있어 슬래브의 구조 성능을 확보함에 있어서도 유리하다.

Claims (3)

1. 철근 콘크리트 구조물의 슬래브와 기둥이 접합되는 접합부에 다수개의 전단 보강체를 설치하여 전단 내력을 보강할 수 있도록 하는 슬래브 기둥 접합부 전단 보강 구조에서,

   상기 전단 보강체는 하나의 상현재와; 상기 상현재와 일정간격을 두고 나란하게 배치된 두개의 하현재; 및 연속적인 파형을 갖고 상기 상현재와 하현재를 각각 연결하는 경사재;를 포함하여 이루어짐으로써 전체적으로 트러스의 형태로 구성되되,

   상기 경사재는 상기 하현재의 하방향으로 일정길이만큼 연장되어 상기 경사재 파형의 하단이 상기 하현재와 일정간격을 갖도록 형성되고,

   상기 전단 보강체는 그 중앙부가 기둥의 상부에 위치하도록 다수개를 병렬로 나란하게 배치된 것을 특징으로 하는 슬래브-기둥 접합부 전단보강 구조.
2. 제1항에서, 상기 전단 보강체는 통상의 트러스형 데크 플레이트에서 금속 플레이트 부분을 제거한 트러스형 철선을 사용함을 특징으로 하는 슬래브-기둥 접합부 전단보강 구조.
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