DOI QR코드

DOI QR Code

휨 철근이 배근된 HPFRCC 보 부재의 휨 거동

Flexural Behavior of High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites (HPFRCC) Beam with a Reinforcing Bar

  • 신경준 (충남대학교 토목공학과) ;
  • 김재화 ((주)써포텍 기술연구소) ;
  • 조재열 (서울대학교 건설환경공학부) ;
  • 이성철 (토론토대학교 토목공학과)
  • 투고 : 2010.09.14
  • 심사 : 2010.11.25
  • 발행 : 2011.04.30

초록

이 논문에서는 철근의 효과를 고려한 고인성 섬유 보강 콘크리트의 휨 거동을 분석하기 위해 이에 대한 휨 실험을 수행하였다. 실험 결과, 부재의 파괴 시 까지 안정적인 인장 응력을 보여주는 HPFRCC로 인해 휨 강도가 증가하는 것으로 나타났으며, 특히 인장 철근이 항복할 때까지 균열이 국부화되지 않고 고르게 분산되는 것으로 나타났다. 단면 해석을 통해, 직접 인장 실험으로부터 측정된 인장강도를 이용하여 해석할 경우 R/HPFRCC의 휨 강도를 과대평가하는 것으로 나타난 반면, 인장 강성 실험으로부터 도출된 인장강도를 이용하여 해석할 경우 실험 결과와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다. 실험 및 이론적 연구를 바탕으로 이 논문에서는 휨 파괴 기준을 단면 상단에서의 콘크리트 압축파괴에 의한 것과 단면 하단부의 인장 파괴에 의한 것으로 구분하였다. 정의된 두 가지 휨 파괴 기준에 근거하여 이 논문에서는 극한 휨 강도를 산정할 수 있는 식을 제안하였으며, 제안된 식은 R/HPFRCC 부재의 설계 및 해석에 유용할 것으로 사료된다.

In this study, the flexural test for reinforced high performance fiber reinforced cementitious composites (R/HPFRCC) members has been conducted in order to investigate the flexural behavior including the effect of an ordinary tensile reinforcing bar. Through the test, it was observed that the flexural strength increased due to the stable tensile stress transfer of HPFRCC, even up to the ultimate state. In addition, no localized crack appeared until the yielding of the reinforcement. From the layered section analysis of the tested members, it was found that the analysis with the tensile model obtained from the tension stiffening test showed better agreement with the flexural test results, whereas the analysis with direct tension test results overestimated the flexural capacity. Through the experimental and analytical studies, two flexural failure modes have been defined in this paper; concrete crushing at the top compression layer or tensile failure at the bottom tensile layer of the beam section. Based on these two flexural failure modes, a simple formula that estimates the ultimate flexural strength of the member has been proposed in this paper. The proposed equations can be useful in a design and an analysis of R/HPFRCC members.

키워드

참고문헌

  1. Bentur, A. and Mindess, S., Fiber Reinforced Cementitious Composites, McGraw-Hill, 1990, 601 pp.
  2. Naaman, A. E. and Reinhardt, H. W, High Performance Fiber Reinforced Cement Composites 2 (HPFRCC2), E&Fn Spon, 1995, 505 pp.
  3. Naaman, A. E. and Reinhardt, H. W., High Performance Fiber Reinforced Cement Composites 4 (HPFRCC4), E&Fn Spon, 2003, 546 pp.
  4. Fischer, G. and Li, V. C., International RILEM Workshop on High Performance Fiber Reinforced Cementitoius Composites (HPFRCC) in Structural Applications, E&Fn Spon, 2006, 580 pp.
  5. 김우석, 곽윤근, 김주범, “강섬유 보강 콘크리트 보의 휨 내력 예측식의 제안,” 콘크리트학회 논문집, 18권, 3호, 2006, pp. 361-370.
  6. 곽계환, 조선정, 석인수, “강섬유 보강 철근콘크리트 2경 간 연속보의 피로거동에 관한 연구,” 콘크리트학회 논문집, 15권, 2호, 2003, pp. 163-172. https://doi.org/10.4334/JKCI.2003.15.2.163
  7. 원종필, 박찬기, 장창일, 이상우, 김완영, “강섬유 보강 고강도 콘크리트와 고장력 철근의 부착 특성,” 콘크리트학회 논문집, 19권, 5호, 2007, pp. 631-637.
  8. 오영훈, 김정해, “전단 보강이 없는 강섬유 보강 콘크리트 휨 부재의 휨 및 전단강도의 평가,” 콘크리트학회 논문집, 20권, 2호, 2007, pp. 257-267.
  9. 양인환, 조창빈, 강수태, 김병석, “강섬유로 보강된 초고 성능 콘크리트의 휨 거동에 관한 실험 연구,” 콘크리트 학회 논문집, 21권, 6호, 2009, pp. 737-744.
  10. Fischer, G., “Prefabricated Modular Structures Using ECC Technology,” The 3rd International Conference on Construction Materials: Performance, Innovations and Structural Implications, Vancouver, BC, Canada, 2005, CD-Room.
  11. 윤현도, 양일승, 한병찬, H. Fukuyama, 전에스더, 김선우, “고인성 섬유 보강 시멘트 복합체의 인장 강성,” 한국콘크리트학회 가을 학술대회 논문집, 16권, 2호, 2004, pp. 441-444.
  12. Fischer, G. and Li, V. C., “Influence of Matrix Ductility on Tension-Stiffening Behavior of Steel Reinforced Engineered Cementitious Composites (ECC),” AC1 Structural Journal, Vol. 99, No. 1, 2002, pp. 104-111.
  13. Maalej, M. and Li, V. C., “Introduction of Strain-Hardening Engineered Cementitious Composites in Design of Reinforced Concrete Flexural Members for Improved Durability,” AC1 Structural Journal, Vol. 92, No. 1, 1995, pp. 167-176.
  14. 이성철, 김재화, 조재열, 신경준, “철근 보강 고성능 섬유 보강 콘크리트의 인장 강성,” 콘크리트학회 논문집, 22권, 6호, 2010, pp. 859-866.
  15. Collins, M. P. and Mitchell, D., Prestressed Concrete Structures, Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 2002, 720 pp.
  16. Park, R. and Pauley, T., Reinforced Concrete Structures, New York, John Wiley & Sons, 1975, 800 pp.

피인용 문헌

  1. Fiber Orientation Factor on a Circular Cross-Section in Concrete Members vol.26, pp.3, 2014, https://doi.org/10.4334/JKCI.2014.26.3.307
  2. Cracking Behavior and Flexural Performance of RC Beam with Strain Hardening Cement Composite and High-Strength Reinforcing Bar vol.27, pp.1, 2015, https://doi.org/10.4334/JKCI.2015.27.1.037