5. 프리캐스트 고인성 섬유복합체를 적용한 내진개선 콘크리트 기둥의 설
5.3 고인성 섬유복합체 적용 기둥의 설계 전단강도
여기서, 는 ECC의 인장강도 감소계수이고, 는 ECC의 휨 인장강도로서, 고 인성 섬유복합체의 섬유혼입률 (%)이 1.0 ~ 2.0% 범위에서의 실험으로부터 다음과 같이 제안한다.
[식 5-10]여기서,
: 고인성 섬유복합체 적용 기둥의 공칭 휨강도
: 고인성 섬유복합체의 압축 강도
: 인장철근 위치에서부터 기둥단면의 소성중심 거리
′ : 기둥단면의 폭, 높이, 유효높이 및 압축철근위치
: 인장철근의 단면적 및 항복응력
′ ′ : 압축철근의 단면적 및 응력
: 중립축 위치
: 기둥에 작용하는 축력
[식 5-11]
≥
[식 5-12]위 식에서 전단강도감소 계수 을 작용하고, 는 콘크리트에 의한 공칭전 단강도, 는 전단철근에 의한 공칭전단강도, 는 압축력에 의한 공칭전단강도로 정 의된다. 강도감소계수 는 [그림 5-2], [그림 5-3]와 같이 변위연성계수 ∆값 및 곡 률연성 계수 에 따라 결정된다. [그림 5-2]에서 변위연성계수의 값이
≤ ∆≤ 에서의 연성감소계수 는 값을 사용하고, 연성계수의 값이
∆≥ 일 경우 그래프에서 추정한 값으로 사용한다.(Priestley, Seible, Benzoni, 1994)37)
여기서, 는 기둥의 유효단면적으로 기둥 전단면적의 로 정의되고, ′는 콘크리트의 강도이다.
′ [식 5-13]
[그림 5-2] 변위연성계수 ∆값에 따른 강도 감소계수
[그림 5-3] 곡률 연성계수 값에 따른 강도 감소계수
원형철근 기둥 및 사각기둥 단면의 전단철근의 공칭전단강도는 다음 식들로 정의된 다. 여기서, ′는 심부 콘크리트의 지름으로 외부 후프철근의 중심간 거리로 원형단 면과 사각단면 모두 [그림 5-4]와 같이 정의할 수 있다.
′
cot [식 5-14]
′
cot [식 5-15]
압축력에 의한 공칭 전단강도 는 다음 식과 같이 정의된다. 캔틸레버 기둥부재의 경우 기둥의 중심축과 압축스트럽이 이루는 각 는 하중작용점으로부터 기둥의 임계 소성힌지단면의 휨 압축영역의 중심 사이의 각으로 정의된다. [그림 5-5]와 같은 휨을 받는 기둥부재의 경우 는 기둥의 양단의 휨 압축력의 중심 사이의 각으로 정의할 수 있다.
tan [식 5-16]
[그림 5-4] 심부 콘크리트의 지름 ′
[그림 5-5] 기둥의 중심축과 압축스트럽이 이루는 각
원형단면의 기둥부재를 두께 만큼의 프리캐스트 고인성 섬유복합체로 적용한 경우 고인성 섬유복합체의 프리캐스트 박스가 부담하는 전단강도는 Jacket 층의 간격
, 단면적을 로 후프철근에 등가로 고려하여 전단저항 메카니즘에서 주된 역할인 골재의 맞물림 효과와 강진 작용시 부재의 파손을 방지하기 위해 고인성 섬유 복합체의 인장강도 의 수준까지 설계에 적용한다. 따라서 원형단면 기둥부재에 고인성 섬유복합체의 프리캐스트 박스가 부담하는 전단내력은 [식 5-14]를 수정하여 [식 5-17]와 같이 정의할 수 있고, 사각단면 기둥 부재의 경우 [식 5-18]과 같이 정의 된다.
Circular Section :
cot
[식 5-17]
Rectangular Section : cot
여기서, 는 기둥부재의 모서리에서 반대쪽 모서리로 진전되는 사인장 균열이 기둥 의 축방향과 이루는 각도로 안전측 평가를 위해 일반적으로 45°로 정의한다. [식 5-19], [식 5-20]에 의해 원형단면 기둥부재와 사각단면 기둥부재의 전단저항에 필요 한 고인성 섬유복합체 프리캐스트 박스의 두께가 산정된다.
≥
cot
[식 5-19]
≥
cot
[식 5-20]