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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김대진
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 경희대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
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철선일체형 데크플레이트 시스템은 국내에서 건축물의 슬래브 시공 시 가장 많이 사용되는 바닥판 공법으로 support 없이 시공 시 구조물의 휨강성의 한계성으로 5m미만의 스팬에서 적용이 가능하다. 이에 본 논문에서는 기존의 시스템에서 휨 거동 시 상대적으로 성능이 취약한 이형 철선의 상현재를 C형강 형태의 충전형 상현재로 대체하고 충전형 상현재의 비어 있는 내부에 고성능 시멘트계 재료인 고강도 모르타르, UHPC와 같은 충전재를 적용하는 시스템을 제안하였다. 제안한 시스템을 통해 단면 변형률 분포가 개선되고 휨강성이 증대됨에 따라 기존에 support 없이는 불가능했던 6m 스팬도 시공이 가능할 것으로 판단되며, 이에 대한 구조적 성능을 확인하고자 실험 및 해석을 수행하였으며, 최종적으로는 제안한 시스템에 대한 설계법을 제안하였다.
시공단계에서의 구조성능 평가를 위해 4점 휨 실험을 수행하였으며, 실험을 통해 제안한 시스템이 기존의 시스템 대비 2배 이상의 강성 및 강도가 확보됨을 확인하였다. 그리고 시공단계 실험체를 기준으로 시공단계에서의 휨과 전단에 의한 좌굴 파괴 거동을 모사할 수 있는 초기 변형 적용 후좌굴 해석모델을 제안하였으며, 해석모델이 실제 실험의 거동과 매우 유사한 거동과 최대하중이 나타났다. 따라서 제안한 유한요소해석모델이 구조물의 시공단계에서의 실제 거동을 잘 예측하는 것으로 보인다.
합성단계의 휨성능 평가를 위해 4점 휨 실험을 수행하였고 실험 결과, 실험체들은 모두 최대하중에서 하현재의 변형률이 항복변형률의 2배 이상이 도출되는 인장지배적인 거동이 나타났고 이에 따라 실험체 간에 서로 유사한 최대하중이 나타났다. 실험체를 기준으로 1/4 크기의 유한요소해석모델을 제안하였고, 제안한 해석모델의 거동과 최대하중이 실험과 유사함을 확인하였다. 따라서 제안한 유한요소해석모델이 구조물의 합성단계에서의 실제 거동을 잘 예측하는 것으로 보인다.
제안한 시스템과 기존의 시스템에 대한 시공단계에서의 공칭휨강도와 공칭전단강도, 합성단계에서의 공칭휨강도에 대한 설계법을 제안하였으며, 제안한 설계법들을 각 단계에 대한 실험 결과와 비교하였다. 시공단계의 경우 비교를 통해 압축 좌굴 부재의 유효 좌굴 길이 계수를 새로이 제안하였고 제안한 유효 좌굴 길이 계수를 적용 시 실험체 종류별 설계법을 통해 예측되는 파괴유형이 실제 실험의 결과와 동일한 것을 확인하였다. 제안한 설계법을 통해 합성단계에서의 공칭휨강도를 계산하고 비교한 결과, 상현재의 종류나 충전재의 종류가 달라지더라도 하현재의 인장강도값이 동일하면 공칭휨강도 값이 서로 유사하게 나타났다. 이는 실험의 경향성과 유사하며, 이를 통해 제안한 설계법이 구조물의 특성을 잘 반영하는 것으로 판단된다.
제안한 설계법을 기존의 설계법에 적용하여 시공단계 실험체별 최대 허용 스팬을 산정하였다. 충전형 상현재와 충전재를 적용함에 따라 기존의 시스템 대비 최대 허용 스팬이 5~20% 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 제안한 시스템에 대해서 상현재의 단면적, 데크플레이트 높이, 충전량을 변수로 설정했을 때의 최대 허용 스팬의 경향성을 살펴본 결과, 상현재의 단면적의 비율보다는 데크플레이트 높이와 충전량에 의한 최대 허용 스팬의 격차가 컸으며, 충전량의 경우 60%만 적용하더라도 구조성능과 사용성 측면에서 충전량 100%와 큰 차이가 없을 것으로 판단된다.
시공단계에서의 구조성능 평가를 위해 4점 휨 실험을 수행하였으며, 실험을 통해 제안한 시스템이 기존의 시스템 대비 2배 이상의 강성 및 강도가 확보됨을 확인하였다. 그리고 시공단계 실험체를 기준으로 시공단계에서의 휨과 전단에 의한 좌굴 파괴 거동을 모사할 수 있는 초기 변형 적용 후좌굴 해석모델을 제안하였으며, 해석모델이 실제 실험의 거동과 매우 유사한 거동과 최대하중이 나타났다. 따라서 제안한 유한요소해석모델이 구조물의 시공단계에서의 실제 거동을 잘 예측하는 것으로 보인다.
합성단계의 휨성능 평가를 위해 4점 휨 실험을 수행하였고 실험 결과, 실험체들은 모두 최대하중에서 하현재의 변형률이 항복변형률의 2배 이상이 도출되는 인장지배적인 거동이 나타났고 이에 따라 실험체 간에 서로 유사한 최대하중이 나타났다. 실험체를 기준으로 1/4 크기의 유한요소해석모델을 제안하였고, 제안한 해석모델의 거동과 최대하중이 실험과 유사함을 확인하였다. 따라서 제안한 유한요소해석모델이 구조물의 합성단계에서의 실제 거동을 잘 예측하는 것으로 보인다.
제안한 시스템과 기존의 시스템에 대한 시공단계에서의 공칭휨강도와 공칭전단강도, 합성단계에서의 공칭휨강도에 대한 설계법을 제안하였으며, 제안한 설계법들을 각 단계에 대한 실험 결과와 비교하였다. 시공단계의 경우 비교를 통해 압축 좌굴 부재의 유효 좌굴 길이 계수를 새로이 제안하였고 제안한 유효 좌굴 길이 계수를 적용 시 실험체 종류별 설계법을 통해 예측되는 파괴유형이 실제 실험의 결과와 동일한 것을 확인하였다. 제안한 설계법을 통해 합성단계에서의 공칭휨강도를 계산하고 비교한 결과, 상현재의 종류나 충전재의 종류가 달라지더라도 하현재의 인장강도값이 동일하면 공칭휨강도 값이 서로 유사하게 나타났다. 이는 실험의 경향성과 유사하며, 이를 통해 제안한 설계법이 구조물의 특성을 잘 반영하는 것으로 판단된다.
제안한 설계법을 기존의 설계법에 적용하여 시공단계 실험체별 최대 허용 스팬을 산정하였다. 충전형 상현재와 충전재를 적용함에 따라 기존의 시스템 대비 최대 허용 스팬이 5~20% 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 제안한 시스템에 대해서 상현재의 단면적, 데크플레이트 높이, 충전량을 변수로 설정했을 때의 최대 허용 스팬의 경향성을 살펴본 결과, 상현재의 단면적의 비율보다는 데크플레이트 높이와 충전량에 의한 최대 허용 스팬의 격차가 컸으며, 충전량의 경우 60%만 적용하더라도 구조성능과 사용성 측면에서 충전량 100%와 큰 차이가 없을 것으로 판단된다.
목차
제1장 서론 11.1 연구의 배경 및 목적 11.2 연구의 방법 41.3 연구의 범위 5제2장 기존의 시스템 고찰 및 충전형 상현재 일체화 데크플레이트 시스템 제안 62.1 철선일체형 데크플레이트 시스템 62.1.1 철선일체형 데크플레이트의 구성 62.1.2 철선일체형 데크플레이트 선행 연구 고찰 92.1.3 철선일체형 데크플레이트 설계 과정 142.1.3.1 시공단계 설계 과정 162.1.3.2 합성단계 설계 과정 222.2 충전형 상현재가 일체화된 데크플레이트 시스템 322.2.1 충전형 상현재의 형상 및 제안한 시스템 형상 322.2.2 제안한 시스템을 통한 기대 효과 36제3장 시공단계에서의 데크플레이트 거동 403.1 실험 개요 403.1.1 실험체 계획 403.1.2 구성요소별 재료 물성치 443.2 실험체 세팅 및 계측 계획 473.3 실험 결과 573.3.1 상현재 종류에 따른 비교 및 분석 573.3.2 충전재 종류에 따른 비교 및 분석 613.3.3 충전량 및 격판 유무에 따른 비교 및 분석 663.3.4 충전형 상현재의 플레이트 보강 효과 비교 및 분석 713.4 시공단계 실험체 기준 유한요소해석 743.4.1 유한요소해석 개요 743.4.2 유한요소해석 모델링 743.4.3 유한요소해석 재료모델 803.4.4 실험결과와 해석결과 비교 및 분석 833.5 초기 변형 적용을 통한 후좌굴(Post-buckling) 해석 883.5.1 압축 좌굴 부재의 초기 변형값 883.5.1.1 원형 단면의 초기 변형값 923.5.1.2 사각형 단면의 초기 변형값 973.5.1.3 C형강 단면의 초기 변형값 1013.5.2 시공단계 실험체의 후좌굴 해석결과와 실험결과 비교 및 분석 1093.6 소결 120제4장 합성단계에서의 데크플레이트 거동 1234.1 실험 개요 1234.1.1 실험체 계획 1234.1.2 구성요소별 재료 물성치 1264.2 실험체 세팅 및 계측 계획 1274.3 실험 결과 1324.3.1 상현재 종류에 따른 비교 및 분석 1324.3.2 충전재 종류에 따른 비교 및 분석 1364.3.3 충전량에 따른 비교 및 분석 1404.4 합성단계 실험체 기준 유한요소해석 1444.4.1 유한요소해석 개요 1444.4.2 유한요소해석 모델링 1444.4.3 유한요소해석 재료모델 1514.4.4 실험결과와 해석결과 비교 및 분석 1534.5 소결 157제5장 충전형 상현재 일체화 데크플레이트 시스템의 설계법 1595.1 기존 및 제안한 시스템의 설계법 제안 1595.1.1 제안한 설계법의 범위 1595.1.2 시공단계 공칭휨강도 및 공칭전단강도 1605.1.3 합성단계 공칭휨강도 1675.1.3.1 기존의 철선일체형 데크플레이트 1685.1.3.2 충전형 상현재가 일체화된 데크플레이트(충전재 無) 1735.1.3.3 충전형 상현재가 일체화된 데크플레이트(충전재 有) 1815.2 제안한 시공단계 설계법 검토 1925.2.1 유효 좌굴 길이 계수에 따른 압축 부재의 한계응력 1925.2.2 공칭휨강도 1975.2.3 공칭전단강도 2005.2.4 실험의 최대하중과의 비교 2025.3 제안한 합성단계 설계법 검토 2075.3.1 공칭휨강도 2075.3.2 실험의 최대하중과의 비교 2115.4 제안한 설계법 적용에 따른 최대 허용 스팬 분석 2145.4.1 실험체의 변수에 따른 최대 허용 스팬 비교 및 분석 2145.4.2 제안한 시스템의 최대 허용 스팬 분석 2175.5 소결 222제6장 결론 225참고문헌 229
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