KR101073610B1 - Reinforced Concrete Beam Strengthened with Slit Type Steel Plate - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철근콘크리트 보에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬릿형 강판을 이용하여 전단강성 및 전단내력이 보강된 철근콘크리트 보에 관한 것이다.The present invention relates to a reinforced concrete beam, and more particularly to a reinforced concrete beam reinforced with shear stiffness and shear strength using a slit-shaped steel sheet.
본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 철근콘크리트 보에 있어 전단경간 내의 보의 양측면에 접착제를 이용해 다수개의 경사진 슬릿이 형성된 경사 슬릿형 강판을 부착한 것을 특징으로 하는 슬릿형 강판으로 보강된 철근콘크리트 보가 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the reinforced concrete beam is reinforced concrete reinforced with a slit steel sheet, characterized by attaching a slanted slit steel sheet having a plurality of slanted slits formed using adhesive to both sides of the beam in the shear span. A beam is provided.
철근 콘크리트 보, 전단보강, 슬릿형 강판 Reinforced concrete beam, shear reinforcement, slit steel plate
Description
본 발명은 철근콘크리트 보에 관한 것으로, 보다 상세하게는 슬릿형 강판을 이용하여 전단강성 및 전단내력이 보강된 철근콘크리트 보에 관한 것이다. The present invention relates to a reinforced concrete beam, and more particularly to a reinforced concrete beam reinforced with shear stiffness and shear strength using a slit-shaped steel sheet.
철근콘크리트 구조물은 재료, 시공, 설계의 오류, 노후화, 용도변경에 의한 사용하중의 증가 또는 리모델링 등으로 인하여 부재강성 및 부재내력이 부족한 경우가 빈번하게 발생하며, 철근콘크리트 보의 전단파괴는 갑작스럽고 취성적이다. 자중을 크게 증가시키지 않고 보강으로 인한 모체의 손상을 최소화하면서 전단강성 및 전단내력을 증가시키는 보강방법으로 강판이나 유리섬유, 아라미드섬유 및 탄소섬유로 된 판 또는 시트를 전단내력이 부족한 철근콘크리트 보의 표면에 직접 접착하는 방법이 실무에서 많이 사용되고 있다. 보강재의 형태는 보강면적, 보강재료의 강성과 연성을 중심으로 경제성과 시공성을 고려하여 보의 복부 표면에 전면보강, 부분보강 및 스터럽처럼 보강재를 불연속적인 띠 형태로 적용되고 있다. Reinforced concrete structures often have insufficient member stiffness and member strength due to material, construction, design errors, aging, increased use load or remodeling due to repurposed applications, and shear failure of reinforced concrete beams is sudden. It is brittle. It is a reinforcement method that increases the shear stiffness and shear strength while minimizing the damage of the mother due to reinforcement without significantly increasing the weight of the reinforced concrete beams. Direct bonding to the surface is widely used in practice. The shape of the reinforcement is applied in the form of discontinuous bands like front reinforcement, partial reinforcement and stirrup on the abdominal surface of the beam considering economical and constructability, focusing on the reinforcement area, rigidity and ductility of the reinforcement material.
그러나 보강재료 각각의 물성을 고려한 접착식 전단보강방법에 대한 연구는 부족한 실정이다. 또한 설계는 주로 보강재를 완전부착으로 가정하여 보강재의 내 력을 평가하고 있다. 보강재료와 모체인 철근콘크리트 표면의 부착은 에폭시를 사용한다. 강판과 같은 보강재료는 시공성을 확보하기 위하여 케미컬 앵커를 사용한다. 실제로 보강재 부착면 내단부에 발생하는 전단파괴거동은 모체 콘크리트와 보강재의 상대적인 재료강도 차이, 에폭시 충진면적 및 보강재 면적에 따라 접착계면의 박리 및 보강재 탈락 등으로 인하여 설계시 완전부착으로 가정하여 강도설계법으로 구한 설계강도를 발휘하지 못하는 경우가 흔히 발생한다. However, research on adhesive shear reinforcement method considering the properties of each reinforcing material is insufficient. Also, the design mainly evaluates the strength of stiffeners assuming stiffeners are fully attached. Epoxy is used to attach the reinforcement material and the parent concrete surface. Reinforcing materials such as steel sheets use chemical anchors to secure workability. In fact, shear failure behavior occurring at the inner end of the reinforcement attachment surface is assumed to be completely attached at the time of design due to the difference in the material strength of the parent concrete and the reinforcement, the peeling of the adhesive interface according to the epoxy filling area, and the reinforcement area. It is not uncommon to fail to achieve the design strength obtained by.
본 발명은 강판을 이용한 전단보강방법의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 강판의 자중을 줄이면서 구조성능과 시공성을 개선하며 접착면적의 증대로 모체와의 일체성이 높아져 연성거동의 향상을 기대할 수 있는 슬릿형 강판을 이용하여 전단성능이 보강된 철근콘크리트 보를 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention has been devised in view of the problems of the shear reinforcement method using a steel sheet, while improving the structural performance and workability while reducing the weight of the steel sheet and increase the bonding area can be expected to improve the ductility behavior of the parent body The purpose of the present invention is to provide a reinforced concrete beam reinforced with shear performance using a slit steel plate.
본 발명의 적절한 실시형태에 따르면, 철근콘크리트 보에 있어 전단경간 내의 보의 양측면에 접착제를 이용해 다수개의 경사진 슬릿이 형성된 경사 슬릿형 강판을 부착한 것을 특징으로 하는 슬릿형 강판으로 보강된 철근콘크리트 보가 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the reinforced concrete beam is reinforced concrete reinforced with a slit steel sheet, characterized by attaching a slanted slit steel sheet having a plurality of slanted slits formed using adhesive to both sides of the beam in the shear span. A beam is provided.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 경사 슬릿형 강판에 천공된 슬릿은 예상 사인장 응력의 작용방향에 대해 직각을 이루도록 천공된다.According to another embodiment of the present invention, the slit perforated in the slanted slit steel sheet is perforated to be perpendicular to the direction of action of the expected sinusoidal stress.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 철근콘크리트 보에 접착되는 경사 슬릿형 강판의 면에는 테두리를 따라 간격재가 설치된다.According to still another embodiment of the present invention, a spacer is provided along the rim of the surface of the inclined slit steel sheet bonded to the reinforced concrete beam.
본 발명에 따르면 강판의 자중을 줄이면서 구조성능과 시공성을 개선할 수 있다. 또한 강판과 모체의 접착면적의 증대로 모체와의 일체성이 높아져 연성거동의 향상을 기대할 수 있다.According to the invention it is possible to improve the structural performance and workability while reducing the weight of the steel sheet. In addition, due to the increase in the adhesion area between the steel sheet and the mother, the integration with the mother can be increased, and the ductile behavior can be improved.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 표기하며, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same components or parts are denoted by the same reference numerals as much as possible, and detailed descriptions of related known functions or configurations are omitted.
도 1a는 본 발명에 따른 경사 슬릿형 강판으로 보강된 철근콘크리트 보(100)를 나타낸 것으로, (가)는 측면도이고, (나)는 횡단면도이며, 도 1b는 경사 슬릿형 강판과 철근콘크리트 보 사이의 부착상태를 보여주는 횡단면도이다. Figure 1a shows a reinforced
보에 하중이 작용하면 보의 단면에는 휨모멘트와 전단력이 일어난다. 휨에 대해 안전하도록 설계된 보가 전단력이 크게 작용하는 단면에서 사인장균열이 발생하여 파괴되는 경우가 있다. 이러한 전단파괴는 휨 파괴에 달라서 예고없이 돌발적으로 일어난다. 따라서 전단파괴가 일어나지 않도록 설계할 필요가 있다. 그런데 철근콘크리트 구조물은 재료, 시공, 설계의 오류, 노후화, 용도변경에 의한 사용하중의 증가 또는 리모델링 등으로 인하여 부재강성 및 부재내력이 부족한 경우가 빈번하게 발생한다. 그러므로 부재강성 및 부재내력이 부족한 경우 보강을 할 필요가 생긴다. When a load is applied to the beam, bending moments and shear forces occur at the cross section of the beam. Beams designed to be safe against bending may cause sinusoidal cracks to break at sections where shear forces are large. This shear failure occurs suddenly without notice due to the bending failure. Therefore, it is necessary to design so that shear failure does not occur. However, the reinforced concrete structure frequently lacks member rigidity and member strength due to material, construction, design error, aging, increase in use load due to use change or remodeling. Therefore, there is a need for reinforcement in case of lack of member rigidity and member strength.
도 1a에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서는 철근콘크리트 보(110)에 있어 전단력을 주로 받는 구간, 즉 전단경간(Shear span)에 접착제를 이용해 경사 슬릿형 강판(120)을 보의 양측면에 부착하여 보의 전단내력과 전단강성을 증대시킨다. 이때, 전단경간은 일반적으로 다음과 같이 나타낼 수 있다.As shown in Figure 1a, in the present invention, the reinforced
여기서, a는 전단경간, M은 휨모멘트, V는 전단력을 나타낸다.Where a is the shear span, M is the bending moment, and V is the shear force.
본 발명에서 경사 슬릿형 강판(120)이란 일정한 크기와 두께를 갖는 강판에 폭은 좁고 길이가 길며 경사진 구멍(슬릿, 122)을 다수 개 낸 강판을 말한다. 경사 슬릿형 강판(120)은 구멍이 천공되지 않은 통판에 비해 경량이며, 접착제가 정밀하게 충진되는 시공적 장점과 통판에 발생할 수 있는 국부응력현상을 일으키지 않는 구조적 장점이 있다. 또한 스터럽처럼 보강재를 불연속적인 띠 형태로 적용하는 것에 비해 시공성이 향상되는 장점이 있다. In the present invention, the slanted
한편, 도 1b에 도시한 바와 같이, 경사 슬릿형 강판(120)과 철근콘크리트 보(110) 사이 특히 슬릿 사이의 강판 하면에 접착제(140)가 밀실하게 충진될 수 있도록 철근콘크리트 보(110)에 접착되는 경사 슬릿형 강판(120)의 면(배면)에는 테두리를 따라 간격재(130)가 설치될 수 있다. 간격재(130)로는 철근콘크리트 보와 강판(120)에 소정의 간격이 형성되도록 일정한 두께를 갖는 것이라면 특별히 제한되지는 않는다. 예를 들어, (가)에 나타낸 것처럼 고무를 테두리를 따라 접착할 수도 있고 강판(120)의 테두리를 가공하여 간격재 역할을 하도록 할 수도 있다. 또한 (나)에 나타낸 것처럼 강판(120)에 가스켓(130a)을 결합할 수도 있다. 그리고 접착제(140)가 새어나오지 않도록 실링재(150)로 밀폐시킨다. 이렇게 간격재를 두고 접착제를 충진하면 보다 밀실하게 접착제가 충진됨으로써 경사 슬릿형 강판(120)을 보다 확실하게 철근콘크리트 보에 접착시킬 수 있다. On the other hand, as shown in Figure 1b, between the slanted slit-
후술하는 바와 같이 경사 슬릿형 강판의 두께와 슬릿의 폭, 간격, 길이 및 각도를 변수로 하여 실험한 결과, 두께는 보강효과에 큰 차이가 없는 것으로 확인 되었으며, 폭과 간격을 크게 할 경우 내력은 떨어지고 처짐은 크게 발생하나 강판과 에폭시 부착면적을 줄이면서 통판과 유사한 강성, 내력 및 파괴성상을 발휘할 수 있는 것으로 나타났다. 한편, 슬릿의 각도를 사인장균열의 직각방향인 45도 경사로 변화시킬 경우, 다시 말해서 슬릿을 예상 사인장응력(전단응력)의 작용방향에 대해 직각을 이루도록 천공할 경우 우수한 사인장균열 제어능력을 보였으며 그 결과 보의 파괴성상은 휨파괴거동을 나타내었으며 보의 휨거동은 취성파괴가 아닌 연성파괴로 유도가 가능한 것으로 확인되었다. As will be described later, the thickness of the slanted slit steel sheet and the width, spacing, length and angle of the slit as a result of the experiment, it was confirmed that the thickness does not have a significant difference in the reinforcing effect, the strength is increased when the width and spacing is increased It was found to fall and sag largely, but it was found to be able to exert similar stiffness, strength, and fracture properties as the plate while reducing the adhesion area of steel sheet and epoxy. On the other hand, when the angle of the slit is changed to the inclination of 45 degrees, which is orthogonal to the sinusoidal crack, that is, when the slit is punctured at right angles to the direction of the expected sinusoidal stress (shear stress), it exhibits excellent sinusoidal crack control. As a result, the fracture behavior of the beam showed flexural failure behavior, and the flexural behavior of the beam was found to be induced by ductile failure rather than brittle failure.
본 발명에서 경사 슬릿형 강판을 철근콘크리트 보에 접착시키기 위한 접착제로는 공지된 합성수지계 접착제로부터 선택될 수 있고 바람직하게는 에폭시 수지를 사용한다. In the present invention, the adhesive for bonding the inclined slit steel sheet to the reinforced concrete beam may be selected from known synthetic resin adhesives, and preferably epoxy resins are used.
아래에는 슬릿의 폭, 간격, 길이 및 각도를 변화시킨 다양한 실험체를 제작하여 본 발명에 따른 슬릿형 강판의 보강효과를 살펴본 실험결과를 나타내었다. Below, the experimental results of examining the reinforcing effect of the slit steel sheet according to the present invention by making a variety of test specimens varying the width, spacing, length and angle of the slit.
철근 콘크리트 보의 단면치수는 125mm X 250mm이고, 길이는 2,000mm이다. 보의 압축철근과 인장철근은 각각 2개의 D10으로 배근하였으며 전단경간 내에 전단보강철근은 배근하지 않았다. 모든 실험체에 대해 전단파괴를 유도하기 위해 폭 50mm, 두께 1.2mm인 탄소판 2매를 보의 인장측인 하면 전길이에 걸쳐 나란히 부착하였다. 슬릿형 강판은 전단경간 300mm의 양측면에 에폭시 주입공법으로 두께 약 3.00mm 이상의 간격이 유지되도록 부착하였다.The cross-sectional dimension of reinforced concrete beams is 125mm x 250mm and length is 2,000mm. The compressive and tensile reinforcing bars of the beam were reinforced with two D10s, respectively, but the shear reinforcing bars were not reinforced within the shear span. In order to induce shear failure for all the specimens, two
No
Subject name
thickness
3.2
3.2
45
45
170
170
90
90
도 2는 각 실험체의 균열상황을 도식적으로 나타낸 그림이고, 도 3a는 SD 시리즈의 하중-처짐 관계를 나타낸 그래프이며, 도 3b는 SV 시리즈의 하중-처짐 관계를 나타낸 그래프이고, 도 4는 SD 시리즈의 하중-처짐 관계를 비교한 그래프이며, 도 5는 각 실험체의 최대하중을 비교한 그래프이다. FIG. 2 is a diagram schematically showing a crack situation of each test specimen, FIG. 3A is a graph showing a load-deflection relationship of the SD series, FIG. 3B is a graph showing a load-deflection relationship of the SV series, and FIG. 4 is a SD series. Figure 5 is a graph comparing the load-deflection relationship of Figure 5 is a graph comparing the maximum load of each test body.
도 2 내지 도 5를 참조하여 슬릿의 각도변화에 따른 보강효과를 살펴보면,Looking at the reinforcing effect of the angle change of the slit with reference to Figure 2 to 5,
슬릿의 각도를 사인장균열의 직각방향인 45도 경사로 변화시킨 SD-02-50은 SV-02-50과 유사한 최대하중과 처짐을 나타냈으나 파괴성상은 휨파괴로 서로 다른 거동양상을 보였다. SD-25-50 실험체의 최대하중과 처짐은 SV-25-50 실험체에 비해 각각 1.38배와 1.49배 높게 나타났다. 또한 파괴양상은 휨파괴를 나타내었다. SD-25-75의 최대하중과 처짐은 SV-25-75와 유사하게 나타났으나 파괴양상은 다른 실험체들과 같은 휨파괴를 나타내었다. 따라서 슬릿의 각도를 수직형(SV)이 아닌 예상 사인장균열의 직각방향(SD)으로 변화시켜 보강할 경우 SD 시리즈의 적용은 동일한 조건의 SV 시리즈 보다 다소 큰 휨강성과 전단내력의 확보가 가능하다. 또한 SD 시리즈는 우수한 사인장균열 제어능력을 보였으며 그 결과 보의 파괴성상은 SV 시리즈에서 나타난 전단파괴와는 다른 휨파괴거동을 나타내었다. 그리고 SD 시리즈 슬릿을 적용할 경우 보의 휨거동은 취성파괴가 아닌 연성파괴로의 유도가 가능한 것 으로 확인되었다.SD-02-50, which had a slit angle of 45 degrees, orthogonal to the sinusoidal crack, exhibited a maximum load and deflection similar to that of SV-02-50, but its fracture characteristics showed different behavior due to flexural failure. The maximum load and deflection of the SD-25-50 specimens were 1.38 and 1.49 times higher than those of the SV-25-50 specimens, respectively. Also, the fracture pattern showed flexural failure. The maximum load and deflection of SD-25-75 were similar to those of SV-25-75, but the fracture behavior showed the same flexural failure as other specimens. Therefore, if the slit angle is reinforced in the perpendicular direction (SD) of the expected sinusoidal crack instead of vertical (SV), the application of the SD series can secure the bending strength and shear strength somewhat larger than that of the SV series under the same conditions. In addition, the SD series showed excellent sinusoidal crack control, and as a result, the fracture behavior of the beams showed different flexural failure behavior than the shear failure seen in the SV series. In case of applying SD series slit, the flexural behavior of beam can be induced to ductile failure rather than brittle fracture.
다시 도 2 내지 도 5를 참조하여 경사 슬릿의 폭과 간격변화에 따른 보강효과를 살펴보면, Referring again to Figures 2 to 5 looking at the reinforcement effect of the width and spacing change of the slanted slit,
슬릿의 간격이 1.50배 큰 SD-25-75의 최대하중은 SD-25-50보다 10.00% 작게 나타났고, 처짐은 1.04배 크게 나타났다. 슬릿의 폭이 2mm인 SD-02-50의 최대하중은 SD-25-50보다 6.20% 작게 나타났고, 처짐은 1.24배 크게 나타났다. 슬릿의 폭과 간격변화는 전단경간 내의 슬릿의 강판의 단면적 차이와 함께 에폭시의 부착면적을 좌우한다. SD 시리즈 실험체는 강판과 에폭시 북착면적을 줄이면서 통판을 부착한 실험체인 PL-00-00과 유사한 강성, 내력 및 파괴양상을 발휘할 수 있는 것으로 비교되었다.The maximum load of SD-25-75 with 1.50 times larger slit spacing was 10.00% smaller than that of SD-25-50, and the deflection was 1.04 times larger. The maximum load of SD-02-50 with 2mm width of slit was 6.20% smaller than that of SD-25-50, and the deflection was 1.24 times larger. The width and spacing variation of the slit, together with the difference in the cross-sectional area of the steel sheet of the slit within the shear span, influence the adhesion area of the epoxy. The SD series specimens were compared with those of PL-00-00, a plate-attached specimen with reduced sheet and epoxy braking area, and showed similar stiffness, strength, and fracture behavior.
이상에서 본 발명을 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.Although the present invention has been described above with reference to the drawings, the present invention is not limited to the embodiments and drawings disclosed herein, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. Can be done.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.The following drawings, which are attached in this specification, illustrate the preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description thereof, serve to further understand the technical spirit of the present invention. It should not be construed as limited.
도 1a는 본 발명에 따른 경사 슬릿형 강판으로 보강된 철근콘크리트 보를 나타낸 것으로, (가)는 측면도이고, (나)는 횡단면도이다.Figure 1a shows a reinforced concrete beam reinforced with an inclined slit steel plate according to the present invention, (a) is a side view, (b) is a cross-sectional view.
도 1b는 경사 슬릿형 강판과 철근콘크리트 보 사이의 부착상태를 보여주는 횡단면도이다. Figure 1b is a cross-sectional view showing the attachment state between the inclined slit steel plate and the reinforced concrete beam.
도 2는 각 실험체의 균열상황을 도식적으로 나타낸 그림이다. 2 is a diagram schematically showing a crack situation of each specimen.
도 3a는 SD 시리즈의 하중-처짐 관계를 나타낸 그래프이며, 도 3b는 SV 시리즈의 하중-처짐 관계를 나타낸 그래프이다. 3A is a graph showing a load-deflection relationship of the SD series, and FIG. 3B is a graph showing a load-deflection relationship of the SV series.
도 4는 SD 시리즈의 하중-처짐 관계를 비교한 그래프이다. 4 is a graph comparing the load-deflection relationship of the SD series.
도 5는 각 실험체의 최대하중을 비교한 그래프이다. 5 is a graph comparing the maximum load of each specimen.
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