KR100698357B1 - Concrete-confined shear connector - Google Patents
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Abstract
본 발명은 강콘크리트 합성 구조나 복합 구조에서 강재와 콘크리트간의 완전한 합성작용을 위해 강재면에 접합되고 콘크리트에 매입되는 전단 연결재로서, 강판에 다수개의 구멍을 천공하고 소정의 형상으로 절곡함으로써 접합될 강재와의 사이에 콘크리트가 채워지는 공간부가 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 콘크리트 구속형 전단 연결재를 제공한다.The present invention is a shear connecting member bonded to the steel surface and embedded in the concrete for the complete synthesis between the steel and concrete in a steel concrete composite structure or composite structure, the steel to be joined by drilling a plurality of holes in the steel sheet and bending to a predetermined shape Provides a concrete constrained shear connector, characterized in that the space portion is formed between the filling and the concrete filling.
전단 연결재, 강재, 콘크리트, 합성구조, 보, 슬래브 Shear connector, steel, concrete, composite structure, beam, slab
Description
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 전단 연결재를 H형강보의 상부 플랜지에 용접한 상태를 도시한 사시도1A and 1B are perspective views showing a state in which a shear connector is welded to an upper flange of an H-beam according to an embodiment of the present invention.
도 2a 내지 도 2c는 도 1a 및 도 1b에 도시된 전단 연결재의 변형예를 도시한 사시도.2A to 2C are perspective views showing a modification of the shear connector shown in FIGS. 1A and 1B.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전단 연결재의 사시도.3A and 3B are perspective views of a shear connector according to another embodiment of the present invention.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전단 연결재의 사시도.4A and 4B are perspective views of a shear connector according to another embodiment of the present invention.
도 5a는 본 발명에 따른 전단 연결재를 이용하여 강재 보와 콘크리트 슬래브를 합성시킨 상태의 횡단면도이고, 도 5b는 그 종단면도.Figure 5a is a cross-sectional view of a steel beam and concrete slab synthesized state using the shear connector according to the present invention, Figure 5b is a longitudinal cross-sectional view thereof.
도 6은 전단 연결재로 일반적으로 사용되고 있는 스터드 커넥터의 사시도.6 is a perspective view of a stud connector generally used as a shear connector.
도 7은 종래 유공강판 연결재의 사시도. 7 is a perspective view of a conventional perforated steel sheet connecting member.
< 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ><Explanation of Signs of Major Parts of Drawings>
11 : 강판 12 : 홈11: steel sheet 12: groove
13 : 구멍 14 : 일측이 개방된 구멍13
15 : 접합부 20 : H형강 보15: joint 20: H-beam
30 : 콘크리트 슬래브 32 : 상부 슬래브 철근30: concrete slab 32: upper slab rebar
34 : 하부 슬래브 철근 36 : 배력철근34: lower slab reinforcement 36: lifting bar
40 : 스터드 커넥터 50 : 유공강판 연결재40
본 발명은 강콘크리트 합성 구조나 복합 구조에서 강재와 콘크리트간의 완전한 합성작용을 위해 강재면에 접합되고 콘크리트에 매입되는 전단 연결재에 관한 것이다.The present invention relates to a shear connector bonded to the steel surface and embedded in the concrete for a complete synthesis between the steel and concrete in a steel concrete composite structure or composite structure.
일반적으로 건축, 토목분야에서 강재와 콘크리트 사이의 합성효과를 기대할 목적으로 도 6에 도시된 스터드 커넥터(40)를 전단 연결재로 사용하여 이종재료간의 면내 전단력을 전달하도록 하고 있다.Generally, the
스터드 커넥터(40)는 헤드(42)와 몸체(44)가 일체로 된 구성으로서 현장이나 공장에서 강재에 자동 또는 수작업으로 용접되므로 사용되는 강재의 종류나 직경에 제한(최대 22mm)이 따른다. 따라서 콘크리트 속에 매입되었을 경우 단면의 저항 능력이 작으며 수평력에 대한 저항 강성도 작다. The
또한, 헤드(42)가 작아 상방향 인발력에 대해 재료 분리 방지 및 정착 효과 등의 측면에서 충분한 합성효과를 발휘하지 못하기 때문에 많은 양을 매우 조밀하게 설치하여야 한다. In addition, since the
상기한 스터드 커넥터의 문제점을 감안하여 도 7에 도시된 바와 같이 강판(52)에 다수개의 구멍(54)을 천공한 유공강판(perforated plate)(50)이 강재와 콘크리트간의 연결재로 사용되기도 한다. In view of the above problems of the stud connector, as shown in FIG. 7, a
유공강판 연결재는 수평 전단력에 대해 강판 단부 수직면과 강판 표면의 부착면적에 의해 외력에 저항하는 방식이므로 하중 저항 능력이 우수한 장점이 있다. The perforated steel sheet connecting material has an excellent load resistance capability because it resists external force by the attachment area of the steel sheet end vertical plane and the steel plate surface with respect to the horizontal shear force.
그러나 최대 내력시 발생하는 변위가 상당히 미소량이므로 전체적 거동은 취성적인 거동특성을 나타내며, 유공강판의 단부 수직면과 인접한 콘크리트에는 매우 높은 국부 지압응력이 발생하게 된다. However, since the displacement generated at the maximum strength is very small, the overall behavior exhibits brittle behavior, and very high local acupressure is generated in the concrete adjacent to the vertical end surface of the perforated steel sheet.
따라서 유공강판과 나란하게 콘크리트에는 종방향이 균열이 발생하게 되며, 최종 파괴는 유공강판에 의한 콘크리트의 국부 지압성 파괴가 된다. 즉, 유공강판 연결재는 유공강판 사이의 콘크리트에 주 균열(main crack)이 발생되고 유공강판에 접한 콘크리트가 지압파괴 되는 문제점이 있다.Therefore, parallel to the perforated steel sheet, the longitudinal crack in the concrete is generated, the final failure is the local shiatsu fracture of the concrete by the perforated steel sheet. In other words, the perforated steel plate connecting material has a problem that the main crack (main crack) is generated in the concrete between the perforated steel sheet and the concrete in contact with the perforated steel sheet is broken under pressure.
본 발명은 상기한 스터드 커넥터와 유공강판의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 강재와 콘크리트간의 분리 방지 및 하중 전달 효과가 우수하며, 콘크리트 지압면적을 확대시킨 연결재를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been devised in view of the problems of the stud connector and the perforated steel sheet, and the object of the present invention is to provide a connection material having excellent separation prevention and load transfer effect between steel materials and concrete, and an enlarged concrete acupressure area.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 분명해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments associated with the accompanying drawings.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 강콘크리트 합성 구조나 복합 구조에서 강재와 콘크리트간의 완전한 합성작용을 위해 강재면에 접합되고 콘크리트에 매입되는 전단 연결재로서, 강판에 다수개의 구멍을 천공하고 소정의 형상으로 절곡함으로써 접합될 강재와의 사이에 콘크리트가 채워지는 공간부가 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 콘크리트 구속형 전단 연결재를 제시한다.In order to achieve the above object, the present invention is a shear connecting material bonded to the steel surface and embedded in the concrete for the complete synthesis between the steel and concrete in the steel concrete composite structure or composite structure, and drills a plurality of holes in the steel sheet The present invention provides a concrete constrained shear connector characterized in that a space portion in which concrete is filled is formed between steel materials to be joined by bending in shape.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일실시예에 따른 전단 연결재를 H형강보의 상부 플랜지에 용접한 상태를 도시한 사시도이다.1A and 1B are perspective views illustrating a state in which a shear connector according to an embodiment of the present invention is welded to an upper flange of an H-beam;
도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전단 연결재는 폭방향의 중앙부에 구멍을 뚫은 강판(11)을 대략 반원형으로 구부려 절곡부분에 홈(12)이 형성되도록 한 것이다. As shown in Figure 1a and Figure 1b, the shear connector according to an embodiment of the present invention bends the
이때, 홈(12)의 형상은 구멍의 형상에 의해 결정되는데, 원형, 타원형, 사각형, 다이아몬드형 등 다양한 형상으로 할 수 있다. 또한, 강판(11)의 절곡은 전단 연결재가 접합되는 강재면과의 사이에 공간부를 형성할 수 있게 절곡하면 되므로, 반원형 이외에 U자형, "∧"자형, "ㄷ"자형 또는 사다리꼴형상을 갖도록 절곡할 수 있다. 한편, 강판(11)의 표면에는 다수개의 요철이나 돌기를 형성시켜 콘크리트와 의 부착이나 마찰효과를 증대시킬 수 있다.At this time, the shape of the
이렇게 구성된 전단 연결재를 H형강 보(20)에 용접하게 되면 전단 연결재와 H형강 보(20) 사이에 콘크리트가 채워지는 공간부가 형성된다.When the shear connector configured as described above is welded to the H-
전단 연결재의 수는 구조계산에 의해 결정되며, 도 1a에 도시된 바와 같이 H형강 보(20)의 상부 플랜지에 일정 간격으로 다수개를 접합하거나, 도 1b에 도시된 바와 같이 H형강 보(20)의 전체 길이에 걸쳐 하나의 전단 연결재를 접합할 수 있다. The number of shear connectors is determined by structural calculation, and a plurality of joints are bonded to the upper flange of the H-
도 2a 내지 도 2c는 상기한 실시예의 변형예로서, 도 2a는 강판(11)의 폭방향 상, 하부에도 다수개의 구멍(13)을 뚫어 절곡한 것이며, 도 2b는 강판(11)의 폭방향 상, 하부에 일측이 개방된 구멍(14)을 더 뚫어 절곡한 것이다. 이상의 전단 연결재는 모두 강재면에 용접 접합되는데, 도 3c에 도시된 전단 연결재는 네일 접합 또는 볼트 접합을 위해 H형강 보(20)에 접합되는 강판(11)의 단부를 절곡하여 접합부(15)를 더 형성한 것이다. 2A to 2C are modified examples of the above-described embodiment, and FIG. 2A shows a plurality of
도 3a와 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전단 연결재를 도시한 것으로, 상기 실시예들과 달리 구멍(13)을 강판(11)의 폭방향 상, 하부에만 뚫어 절곡하거나(도 3a 참조), 네일 접합 또는 볼트 접합을 위해 H형강 보에 접합되는 강판(11)의 단부를 절곡하여 접합부(15)를 더 형성한 것이다(도 3b 참조). 본 실시예에서는 구멍(13)을 통해 주위에 형성되는 콘크리트와 강재의 연속성을 확보할 수 있다.3A and 3B illustrate a shear connector according to another embodiment of the present invention. Unlike the above embodiments, the
도 4a와 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전단 연결재를 도시한 것으로, 도 4a에 도시된 전단 연결재는 일측이 개방된 구멍을 강판(11)의 폭방향 상, 하부에 뚫어 절곡하였을 때 강판(11)의 하부(즉, 강재와 접합되는 부분)에 홈(14)이 형성되도록 한 것이고, 도 4b에는 네일 접합 또는 볼트 접합을 위해 H형강 보에 접합되는 강판(11)의 단부를 절곡하여 접합부(15)를 더 형성한 전단 연결재가 도시되어 있다.4A and 4B illustrate a shear connector according to another embodiment of the present invention, wherein the shear connector shown in FIG. 4A is bent by opening a hole having one side open in the width direction of the
도 5a는 이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 전단 연결재를 이용하여 강재 보와 콘크리트 슬래브를 합성시킨 상태의 횡단면도이고, 도 5b는 그 종단면도이다. 5A is a cross-sectional view of a steel beam and concrete slab synthesized by using the shear connector according to the present invention configured as described above, and FIG. 5B is a longitudinal cross-sectional view thereof.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전단 연결재를 H형강 보(20)의 상면에 용접하고 홈(12)에 슬래브 하부철근(34)을 배근하고 이와 직교하게 배력철근(36)을 배근한 후 슬래브 상부철근(32)과 배력철근(36)을 배근한 다음 콘크리트를 타설하게 된다.As shown, the shear connector according to the present invention is welded to the upper surface of the H-
이때, 전단 연결재에 형성된 홈(12)을 통해 슬래브 하부철근(34)을 배근함으로써 슬래브 철근의 배근작업이 용이하게 된다. 또한, 홈(12)을 통해 공간부에 슬래브 콘크리트(30)가 채워지므로 H형강 보(20)와 슬래브 콘크리트(30)의 연속성을 확보할 수 있다. 그리고 공간부에 채워진 콘크리트는 전단 연결재에 의해 구속되게 됨으로써, 전단 연결재의 양측단부면에 접하는 콘크리트에 국부적으로 작용하는 지압응력을 넓게 분포시켜 콘크리트가 종방향으로 할열 파괴되는 것이 방지된다.At this time, by reinforcing the slab
한편, 강재 표면에 다수개의 요홈이나 돌기를 형성한 경우 콘크리트와의 부착효과나 마찰효과를 증대시킬 수 있다.On the other hand, when a plurality of grooves or protrusions formed on the surface of the steel can increase the adhesion effect and friction effect with the concrete.
따라서 전단 연결재는 H형강 보(20)와 슬래브 콘크리트(30)의 접합면에 작용하는 수평, 수직 전단력에 대하여 장부 작용을 하여 슬래브 콘크리트(30)가 층상으로 수평 및 수직 방향으로 분리되는 것을 방지할 수 있다. Therefore, the shear connector acts on the horizontal and vertical shear forces acting on the joint surface of the H-
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 강재와 결합되는 콘크리트의 연속성을 확보할 수 있게 하고 수평, 수직 전단력에 대하여 장부 작용을 하여 콘크리트가 층상으로 수평 및 수직 방향으로 분리되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to secure the continuity of the concrete combined with the steel material and by carrying a book action on the horizontal and vertical shear force to prevent the concrete from separating in the horizontal and vertical direction in the layered manner have.
또한, 연결재의 측단부면에 접하는 콘크리트에 국부적으로 작용하는 지압응 력을 넓게 분포시켜 콘크리트가 종방향으로 할열 파괴되는 것을 방지하는 효과가 있다.In addition, there is an effect of preventing the concrete from splitting heat in the longitudinal direction by widely spreading the acupressure stress locally acting on the concrete in contact with the side end surface of the connecting member.
또한, 강재 표면에 다수개의 요홈이나 돌기를 형성한 경우 콘크리트와의 부착효과나 마찰효과를 증대시킬 수 있다.In addition, when a plurality of grooves or protrusions are formed on the surface of the steel, it is possible to increase the adhesion effect or friction effect with the concrete.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명에서는 전단 연결재의 재질이 강재인 경우에 대해 설명하였지만 알루미늄, 스테인레스 등이 사용될 수도 있다. 따라서 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 어떠한 수정이나 변형도 포함할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. That is, the present invention has been described in the case where the material of the shear connector is a steel material, aluminum, stainless, etc. may be used. Accordingly, the appended claims will include any modifications or variations that fall within the spirit of the invention.
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