1. 축력분포 2. 최대전단응력분포 (a) 단순지지 된 콘크리트 구조부재 응력분포
1. 축력분포 2. 최대전단응력분포
(b) 양단고정 된 콘크리트 구조부재 응력분포 [그림 4.3] 지점상태에 따른 부재 구조해석결과
제2절 곡선 및 비정형 구조부재
단면을 단계적으로 변화하였다. 부재의 중앙 단면에서 압축응력을 부담하는 상부측 은 HPC의 압축강도가 최대한 반영되도록 상부압축측 면적을 극대화하였고 인장응력 을 부담하는 하부인장측은 보강철근 배치에 필요한 최소한 면적을 확보할 수 있다.
초기 제안된 단면은 하부 폭은 상부 폭보다 더 좁으며 전반적으로 사다리꼴 형상에 가깝다. 이후 구조적인 성능을 확보하면서 부재 역동적인 느낌을 주고자 직선 요소 를 탈피하여 곡선 요소를 반영하여 전체적으로 선의 흐름이 자연스럽고 연결되도록 하여 부재 자체적으로 곡선미를 형성하도록 한다. 기본적인 곡선 및 비정형 부재 단면 형상설계는 [그림 4.5]와 같으며 압축면적, 부재 폭 및 부재 높이 변화에 따 라 달라질 수 있는 곡선 및 비정형 부재의 단면 변화를 [그림 4.6]과 같이 보여준 다.
[그림 4.5] 곡선 및 비정형 부재 단면형상 설계
(a) 압축면적 변화 (b) 부재 폭 변화 (c) 부재 높이 변화
[그림 4.6] 곡선 및 비정형 부재의 단면 변화
나. 곡선 및 비정형 단면 최적화 예시
개발된 곡선 및 비정형 부재단면의 최적화 형상에 대해 평가하고자 한다. 기존 의 일반 콘크리트와 HPC 적용 여부, 부재의 높이 및 인장철근 단면적에 변수를 두 고 [그림 4.7]과 같이 예제 부재의 설계 강도 산정식에 의한 결과를 통해 제안된 단면에 대한 구조적 성능을 비교하였다.
(a) 직사각형 단면 (b) 곡선 및 비정형 단면
(c) 길이 단면
[그림 4.7] HPC 및 RC 곡선 및 비정형 단면적용 부재 예제 (1) HPC 적용
예제에 대해 단면형태를 변수로 설계 강도 산정결과를 [표 4.1]과 같이 정리하 고 분석하였다. 산정된 설계 강도 값을 비교 시 HPC 적용 제안된 곡선 및 비정형 단면을 고려한 부재는 철근콘크리트 직사각형 부재의 성능이 유지될 수 있도록 부 재 단면을 확보하며 설계자의 의도대로 자유로운 형상으로 최적화 설계가 가능할 것으로 판단된다.
예제
단면 유형 부재 높이
[mm]
설계 압축강도
[MPa]
인장철근/
단면적 [mm2]
전단철근 간격 [mm]
설계 휨강도 [kN-m]
설계 전단강도
[kN]
RC (a)-500 34
8-D19/
2292.17 (전단 D10)
100 304.00 285.02 HPC (a)-500
130
100 544.23 1144.79
HPC (b)-500 100 446.40 1144.79
HPC (b)-500 0 446.40 911.11
RC-일반 철근콘크리트, HPC-고성능 섬유보강 시멘트복합재
[표 4.1] 곡선 및 비정형 단면 부재 예제 설계 강도 산정(1)
(2) 부재의 높이
예제에 대해 곡선 및 비정형 단면을 유지하면서 부재의 높이에 변수로 설계 강 도 산정결과를 [표 4.2]와 같이 정리하고 분석하였다. 산정된 설계 강도 값을 비교 시 HPC 적용 제안된 곡선 및 비정형 단면을 고려한 부재는 철근콘크리트 직사각형 부재의 성능을 유지하고 곡선 및 비정형 단면의 높이를 줄이면서 경량화 부재의 최 적화 설계가 가능할 것으로 판단된다.
예제
단면 유형 부재 높이
[mm]
설계 압축강도
[MPa]
인장철근/
단면적 [mm2]
전단철근 간격 [mm]
설계 휨강도 [kN-m]
설계 전단강도
[kN]
RC (a)-500 34
8-D19/
2292.17 (전단 D10)
100 304.00 285.02 HPC (b)-500
130
100 446.40 1144.79
HPC (b)-450 0 396.29 809.88
HPC (b)-400 0 333.50 708.64
RC-일반 철근콘크리트, HPC-고성능 섬유보강 시멘트복합재
[표 4.2] 곡선 및 비정형 단면 부재 예제 설계 강도 산정(2)
(3) 인장철근의 단면적
예제에 대해 곡선 및 비정형 단면을 유지하면서 부재의 높이와 인장철근 단면 적에 변수로 설계 강도 산정결과를 [표 4.3]과 같이 정리하고 분석하였다. 산정된
설계 강도 값을 비교 시 HPC 적용 제안된 곡선 및 비정형 단면을 고려한 부재는 기 존의 철근콘크리트 직사각형 부재의 성능을 유지하면서 단면의 높이와 인장철근 감 소에 따른 하부인장측면적을 줄임으로써 더욱더 역동적일 수 있는 설계가 가능할 것으로 판단된다.
예제
단면 유형 부재 높이
[mm]
설계 압축강도
[MPa]
인장철근/
단면적 [mm2]
전단철근 간격 [mm]
설계 휨강도 [kN-m]
설계 전단강도
[kN]
RC (a)-500 34 8-D19/
2292.17 (전단 D10)
100 304.00 285.02 HPC (b)-500
130
100 446.40 1144.79
HPC (b)-450 0 396.29 809.88
HPC (b)-450
6-D19/
1719.13 (전단 D10)
0 308.91 809.88
RC-일반 철근콘크리트, HPC-고성능 섬유보강 시멘트복합재
[표 4.3] 곡선 및 비정형 단면 부재 예제 설계 강도 산정(3)