철근 콘크리트 보에 대한 연구와 보 파괴 실험 결과 분석

소개글

철근 콘크리트 보에 대한 연구와 보 파괴 실험 결과 분석에 대한 보고서 자료입니다.

목차

제 1장 서 론
1.1 실험 배경 및 목적
1.2 실험 방법

제 2장 기존 연구 현황
2.1 휨 이론
2.1.1 휨 이론의 일반사항
2.1.2 해석 및 설계를 위한 가정
2.1.3 보 설계의 기본 개념 및 휨강도
2.1.4 균형 상태
2.1.5 보의 파괴 양상
2.1.6 최대 철근비와 최소철근비
2.2 기존 연구 현황
2.2.1 휨부재의 일반적 거동과 균열
2.2.2 인장 증강에 대한 연구
2.2.3 유효한 회전 능력 (available rotation capacity)
2.2.4 철근콘크리트 보의 아치작용과 주인장 철근력

제 3장 보 설계
3.1 보 설계 일반 사항
3.1.1 단근보 설계
3.1.2 복근보 설계
3.2 실험체의 설계
3.2.1 기준 실험체의 설계
3.2.2 변수 실험체의 설계

제 4장 실 험
4.1 실험 계획
4.2 실험체 제작
4.3 실제 실험체의 변형 검토
4.3.1 기준 실험체의 변형 검토
4.3.2 변수 실험체의 변형 검토
4.4 실험 결과 예상 연구
4.4.1 예상 파괴 양상
4.4.2 예상 처짐-하중 그래프 양상

제 5장 실험 결과
5.1 실험 결과의 고찰
5.1.1 균열 발생 상황 및 파괴 상황
5.1.2 실험 그래프

제 6장 실험 결과 분석
6.1 변수 실험체와 기준 실험체의 하중-변위 거동 비교
6.2 변수 실험체 실험 실패의 원인 분석

제 7장 결 론

제 8장 끝마치며...

제 9장 참고 문헌

본문내용

항복하는 지점에서도 변수체의 철근은 항복이 이루어지지 않음을 의미하며, 이는 바꿔 말해 변위체가 기준체의 경우보다 철근이 과대 철근되었을 경우의 보의 거동과 비슷한 양상을 띄게 됨을 의미한다. 이를 보의 휨거동의 전체적 측면에서 보면, 실제로 기준체 보다 철근이 많이 배근된 상황과 상호작용을 하여, 과대 철근비의 양상을 더 극적으로 드러나는 원인이 되었을 가능성이 있다.
(2) 인장력을 부담해야 하는 콘크리트
실체 인장력을 부담해야 하는 철근이 상향 배근 되면서, 인장측의 콘크리트는 거의 무근 콘크리트의 상황이 된다. 따라서 철근이 배근된 지점까지 보의 응력이 전달되기 전까지는 거의 모든 인장력을 콘크리트가 부담하게 되며, 인장력에 약한 콘크리트는 빠른 파괴 양상을 나타내게 된다.
실제로 콘크리트는 인장력을 거의 견뎌내지 못해, 인장측에 빠른 균열현상이 일어났으며, 인장력이 상위에 배근된 철근이 지지되게 하는 지점까지 왔을때에는, 이미 중립축을 넘어선 지점까지 균열이 벌어져 더 갑작스러운 파괴가 일어났다.
다시 말해, 콘크리트가 부담한 인장 측의 초기균열의 정도가 빠른 파괴를 가져왔고, 이는 실제로 인장철근이 버티는 시간을 단축 시켰을 것이라는 결론을 도출할수 있게 된다.
(3) 철근비에 따른 강성의 차이
이 실험을 하면서 분석이 가장 어려웠던 부분이 변수체에서 철근에 의해 구속되는 콘크리트의 단면적 변화(유효춤의 감소에 따른 단면적 감소)가 일어 났음 에도 불구하고 보가 견디어낸 하중 값이 더 높게 나왔다는 사실이다. 이는 실제 제작된 보를 중심으로 다시 계산된 극한 하중값이 기준체의 극한 하중값보다 더 적게 나온 것과는 판이하게 다른 결과였다.
수식적인 해석에는 무리가 따랐으나 이는 최종 실험 데이터에 의해 그 결론을 도출 할수 있었다. 그것이 바로 하중-병위 그래프에서 보여진 두 실험체의 강성의 차이였다.
이러한 강성의 차이는 철근비와도 연결되는 이야기로, 유효춤의 변화와 상관없이 실제 제작된 보에는 기준체보다 더 많은 철근이 사용되었고, 철근양의 변화는 더 큰 하중을 버텨내는데에 역할을 해내었다고 본여진다. 이에 대한 증거로써, 변수체의 경우 기준체와 비교하여 더 높은 하중값에도 적은 변위를 보였으며, 이는 강성의 차이라는 결과적 해석값이 눈으로 직접 확인 되었다.
제 7장 결 론
이번 실험을 목적은 인장철근의 정상적인 보와 인장측의 과다 철근이 보강된 보의 철근비에 따른 다른 파괴양상에 대한 연구였다. 하지만 예상과는 전혀 다른 실험결과는 철근비 외에 다른 요소 또한 철근 콘크리트 보의 파괴 양상에 영향을 미칠수 있음을 알게 해 주었으며, 이는 실험 분석에 있어 전혀 다른 관점의 분석이 필요로 함을 의미하였다. 따라서 변수체의 파괴 거동의 원인을 찾는 것에 분석의 초접이 맞추어 졌으며, 이 분석을 위해 두 실험체의 실험 결과의 거동 비교가 선행되었다.
먼저 실험 결과 동향 변화는 실험체의 제작 단계에서의 실수가 가장 큰 이유임을 밝혀 둔다. 실험체를 제작할 때 간과 했던 인장 철근의 상향 배근에 의해 피복두께의 값이 크게 변화 했으며, 이는 전혀 다른 실험 결과를 가져오게 되었다.
이러한 실험 결과와 분석을 토대로 변수 실험체의 거동의 원인에 대해 아래와 결론이 도출 되었다.
(1) 유표춤의 변화에 따른 중립축의 변화는 철근의 항복 변위율의 크기에 변화를 일으킨다. 이는 철근의 항복 지점의 차이를 가지고 오며, 보의 전체 파괴 거동에 영향을 미치게 된다. 본 변수 실험체의 경우에는 중립축이 상향 조정 되었으며, 이는 같은 지점에 있어서 철근의 항복 변형률이 기준 실험체보다 더 크게 나타나게 되는 결과를 가져왔다. 이를 통해 변수 실험체에서 철근의 최종항복이 늦게 나타나는 과대 철근비의 파과 패턴, 즉, 취성파괴의 패턴을 읽어 낼 수있다.
(2) 철근의 상향 배근은 결과적으로 인장측의 콘크리트의 초기 균열을 촉진시키는 결과를 가져 왔다. 인장에 약한 콘크리트가 파괴의 초기에 인장력을 부담하게 됨으로써, 초기균열의 속도가 빨라지고, 인장철근이 인장력을 부담하는 지점에 이르러서는 이미 많은 파괴가 진행되어, 빠른 취성파괴 패턴을 미처 막지 못함으로서 최종적인 파괴가 일어났다.
(3) 변수 실험체가 기준 실험체보다 더 높은 하중까지 견뎌낼 수 있었던 이유는 강성의 차이로 최종 실험 데이터를 통해 설명할 수 있다. 유효춤의 감소에 따라 실제 제작된 변수 실험체가 견디어 낼수 있는 극한 하중값은 오히려 더 줄어들것이라는 예상과는 달리 처음 설계했던 실험체의 예상 극한 하중값과 비슷한 값을 나타낸 이유는 유효춤과는 별도로 늘어난 철근비에 따른 강성의 차이 때문에 일어난 것이라고 설명할 수 있다.
제 8장 끝 마치며...
실제 우리 조에서 행해져야 했던 연구는 과대로 배근된 인장 철근량에 따른 다른 파괴 양상에 대한 조사였다. 하지만 실험 결과가 전혀 다른 패턴으로 나타나면서 결과적으로 휨재에 대한 총 두가지 특징을 조사하는 기회가 되었다. 처음 변수 실험체가 의도했던 것과는 다르게 제작되어 처음 예상과 너무 다른 실험 결과 값이 나와 많은 난향을 겪었지만, 이 시간을 통해 보에 대해 좀더 자세하게 여러 가지를 공부 할 수 있는 기회가 될 수 있었던 것 같다.
실제 구조물에서도 우리가 겪었던 많은 난향들과 변수들이 생길 수 있음을 이번 기회를 통해 알게 되면서, 현장에서 건축인이 되었을때 작은 작업 하나 하나가 얼마나 중요한지에 대해 깨달을 수 있는 좋은 기회였다.
마지막으로 방학기간까지 밤샘을 해가며 같이 작업한 조원들과 좋은 경험을 할수 있게 좋은 수업 프로그램을 만들어 주신 교수님께 감사드린다.
제 9장 참고 문헌
1. 철근콘크리트 보의 휨 파괴 연성에 관한 실험 <대한건축학회 논문집>
2. 단순보의 구조 거동에 대한 철근 부착 효과의 실험 연구<대한건축학회 논문집>
3. 휨을 받는 철근 콘크리트 보의 3차원 비선형 거동 해석<건국대학교 대학원-이정엽>
4. 철근콘크리트 병렬전단벽과 철골커플링보 접합부의 내진성능<대한건축학회 논문집>
5. 철근콘크리트 보의 아치작용과 주인장 철근력 <대한 건축학회 논문집>
6. 철근콘크리트 구조 <기문당>

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철근콘크리트 보,   보 파괴 실험,   휨이론,   보 설계