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표제지

요지

목차

제1장 서론 22

1.1. 연구 배경 22

1.2. 연구 목적 25

1.3. 연구 범위 및 내용 25

1.3.1. 기둥 형상비의 정의 및 적용범위 25

1.3.2. 연구 내용 및 방법 26

제2장 설계기준 및 기존연구 29

2.1. 개요 29

2.1.1. 뚫림전단파괴 매커니즘 29

2.1.2. 뚫림전단강도 영향인자 34

2.1.3. 슬래브-기둥 접합부의 모멘트 전달 42

2.2. 설계기준 45

2.2.1. 위험단면 가정 45

2.2.2. ACI 318-05 46

2.2.3. BS 8110-97 51

2.2.4. EC 2-92 51

2.2.5. CEB-FIP Model Code 1990, EC 2-04 52

2.3. 선행연구 분석 54

2.3.1. 수직전단력 실험 54

2.3.2. 횡하중 실험 58

2.3.3. 기존 실험연구 평가 65

제3장 슬래브-기둥 접합부의 수직전단력 실험 67

3.1. 실험개요 67

3.1.1. 실험체 계획 67

3.1.2. 실험 방법 71

3.1.3. 사용 재료 74

3.2. 내부접합부 실험결과 76

3.2.1. 균열발생 및 파괴양상 76

3.2.2. 하중-변위 특성 78

3.2.3. 하중-변형율 특성 83

3.2.4. 뚫림전단강도 평가 90

3.3. 외부접합부 실험결과 94

3.3.1. 균열발생 및 파괴양상 94

3.3.2. 하중-변위 특성 96

3.3.3. 하중-변형율 특성 99

3.3.4. 전단강도 평가 102

3.4. 소결 104

3.4.1. 내부접합부 실험결과 104

3.4.2. 외부접합부 실험결과 105

제4장 슬래브-기둥 접합부의 조합하중 실험 106

4.1. 실험개요 106

4.1.1. 실험체 계획 106

4.1.2. 실험 방법 114

4.1.3. 사용 재료 117

4.2. 실험 결과 및 분석 120

4.2.1. 균열발생 및 파괴양상 120

4.2.2. 하중-변위 이력특성 129

4.2.3. 하중-변형율 이력특성 147

4.2.4. ACI 318-05의 편심전단응력모델 평가 151

4.2.5. MC-90, EC 2-04 평가 164

4.2.6. 불균형 모멘트 전달계수 실험값과 계산값의 차이 168

4.3. 소결 176

제5장 설계기준식의 평가 178

5.1. 수직전단강도 178

5.1.1. 실험자료의 특성 178

5.1.2. 설계기준식의 적용성 평가 184

5.2. 불균형 모멘트 전달(편심전단응력모델) 190

5.2.1. 실험자료의 특성 190

5.2.2. 불균형 모멘트 전달계수의 평가 193

5.2.3. 편심전단응력의 평가 204

5.2.4. 접합부 모멘트 강도의 평가 211

5.3. 소결 216

(1)뚫림전단 강도에 관한 각국 설계기준식의 평가 216

(2)불균형 모멘트 전달에 관한 설계기준식의 평가 216

제6장 기둥 형상비 영향을 고려한 설계 제안식 217

6.1. 수직전단강도 산정식 217

6.2. 조합전단응력 산정식 221

6.2.1. 불균형 모멘트 전달계수의 수정 제안 221

6.2.2. 제안식 평가 225

6.3. 소결 233

제7장 결론 및 향후 연구방향 235

7.1. 결론 235

7.2. 향후 연구방향 237

참고문헌 239

Appendix 244

A. Characteristics of experimental database on slab-column tests under combined loading 245

B. Graphs for Evaluation of Design Codes for slab-column tests under vertical shear loading 249

C. Graphs for Evaluation of Design Codes for slab-column connections subjected to combined loading 257

D. Graphs for Evaluation of Proposed Model for slab-column connections subjected to combined loading according to Column Aspect Ratio 276

Abstract 300

감사의 글 306

List of Table

Table 3.1. Specimen details for vertical shear tests 70

Table 3.2. Concrete mix proportions 74

Table 3.3. Test results of used materials 74

Table 3.4. Characteristic values of load-deflection relationships 79

Table 3.5. Comparison of tests results on punching shear strength with design code predicted 92

Table 4.1. Specimen details of combined loading tests 108

Table 4.2. Concrete mix proportions 117

Table 4.3. Test results of used materials 118

Table 4.4. Summary of test results 130

Table 4.5. Evaluation of eccentric shear stress of ACI 318-05 156

Table 4.6(a) Evaluation of unbalanced moment transfer from ACI 318-05 162

Table 4.6(b) Evaluation of unbalanced moment transfer from ACI 318-05 163

Table 4.7. Evaluation of eccentric shear stress form MC-90 and EC 2-04 166

Table 4.8. Evaluation of unbalanced moment transfer from MC-90 and EC2-04 167

Table 4.9. Comparison between tests of Hanson and Hanson and proposed shear fraction of unbalanced moment by Paul E. Mast 170

Table 5.1. Summary of previous experimental studies on the rectangular column-slab connections subjected to vertical shear load 179

Table 5.2. Properties of database from vertical shear load tests 180

Table 5.3. Evaluation of design codes 182

Table 5.4. Summary of previous experimental studies on the rectangular column-slab connections subjected to unbalanced moment transfer 191

Table 5.5. Distribution of design parameters from available experimental database for unbalanced moment transfer(41 tests) 191

Table 5.6. Experimental database of specimens subjected to unbalanced moment transfer 192

Table 5.7(1) Evaluation of unbalanced moment transfer from ACI 318-05 196

Table 5.7(2) Evaluation of unbalanced moment transfer from ACI 318-05 197

Table 5.8. Evaluation of unbalanced moment transfer from MC-90 and EC 2-04 198

Table 5.9. Evaluation of eccentric shear stress of ACI 318-05 206

Table 5.10. Evaluation of eccentric shear stress of MC-90 and EC 2-04 207

Table 6.1. Proposed shear fraction of unbalanced moment transfer (√u,prop, Kprop) according to column aspect ratio(이미지참조) 222

Table 6.2. Evaluations of shear and moment strength by proposed fraction of unbalanced moment transfer(√u,prop, Kprop)(이미지참조) 225

List of Figure

Fig. 1.1. Features of 2Way RC slab systems 23

Fig. 1.2. Cases of wall type columns adopted in the tall residential buildings 24

Fig. 1.3. Definitions of column aspect ratio 26

Fig. 1.4. Research flows 28

Fig. 2.1. Punching shear failure mechanism of slab-column connection 29

Fig. 2.2. Collapse of Flat plate structure due to punching shear failure with gravitational load 30

Fig. 2.3. Preventing progressive collapse due to punching failure (Mitchell and Cook, 1984) 32

Fig. 2.4. Four-story RC building damaged during Northridge Earthquake (Sherman Oaks, California, 1994) 33

Fig. 2.5. Effect of concrete strength on shear strength 34

Fig. 2.6. Effect of flexural reinforcement ratio on shear strength 35

Fig. 2.7. Definitions of slab critical section in EC 2-92 36

Fig. 2.8. BackgroundtoACI318-77consideringtheeffectofcolumnaspect ratio 37

Fig. 2.9. Effect of perimeter to thickness ratio on shear strength 39

Fig. 2.10. Effect of shear reinforcement on ductility 40

Fig. 2.11. Shear strength of slabs failing outside the shear-reinforced zone 41

Fig. 2.12. Shear-Moment Interaction diagram for eccentrically loaded slab-column connections 43

Fig. 2.13. Effect of shear reinforcement on drift ratio 44

Fig. 2.14. Hysteresis curves of slab-column connection subjected to reversed cyclic loading 44

Fig. 2.15. Definitions of critical section in the design codes 45

Fig. 2.16. Eccentric shear stress model of ACI 318-05 47

Fig. 2.17. Combined vertical and eccentric shear stress of ACI 318-05 48

Fig. 2.18. Graphical solution of Eq.(2.11) 50

Fig. 2.19. Eccentric shear stress model of MC-90 and EC 2-04 53

Fig. 2.20. Moe's tests(1961) 54

Fig. 2.21. Tests on slab-column connection with column aspect ratio by Hawkins et al.(1971) 55

Fig. 2.22. Tests of slab on rectangular column supports by Oliveira et al.(2004) 57

Fig. 2.23. Monotonic loading tests by Hanson and Hanson(1968) 58

Fig. 2.24. Monotonic loading tests by Hawkins et al.(1989) 59

Fig. 2.25. Combined vertical shear and cyclic horizontal loading tests by Farhey et al.(1993) 61

Fig. 2.26. Combined vertical shear and cyclic horizontal loading tests by Kim 62

Fig. 2.27. Combined vertical shear and cyclic horizontal loading tests by Hwang and Moehle(2000) 64

Fig. 3.1. Prototype structure and dimensions of the slab portion 67

Fig. 3.2. Specimen details for interior connection tests 68

Fig. 3.3. Specimen details for edge connection tests 69

Fig. 3.4. Loading method for vertical shear tests 71

Fig. 3.5(a) Test setup for Interior connection 72

Fig. 3.5(b) Test setup for Edge connection 73

Fig. 3.6. Stress-strain relationships of concrete 75

Fig. 3.7. Stress-strain relationships of steel rebar 75

Fig. 3.8. Punching failure of interior connection after 76

Fig. 3.9. Crack patterns of interior connection tests 77

Fig. 3.10. Load-deflection curves for interior connection 80

Fig. 3.11(a) Slab deflections with load increment: N-series 81

Fig. 3.11(b) Slab deflections with load increment: H-series 82

Fig. 3.12. Load-steel strain relationships: X-Direction 85

Fig. 3.13. Load-steel strain relationships: Y-Direction 87

Fig. 3.14(a) Steel strain distribution with load increment: N-series 88

Fig. 3.14(b) Steel strain distribution with load increment: H-series 89

Fig. 3.15. Comparision of test results with ACI 318-05 91

Fig. 3.16/Fig. 3.17. Comparison of tested shear strength(V TEST)with code predictions(V PRED)(이미지참조) 93

Fig. 3.17/Fig. 3.18. Crack patterns of specimens for edge connection 95

Fig. 3.18/Fig. 3.19. Load-deflection relationships of specimens for edge onnection 97

Fig. 3.19/Fig. 3.20. Slab deflections with load increment 98

Fig. 3.20(a)/Fig. 3.21(a) Load-strain curves of steel rebar: NE-Series 100

Fig. 3.20(b)/Fig. 3.21(b) Load-strain curves of steel rebar: HE-Series 101

Fig. 3.21/Fig. 3.22. Comparison of test results with ACI 318-05 103

Fig. 4.1. Modeling conditions of combined loading tests 106

Fig. 4.2. Specimen name according to test variables 107

Fig. 4.3(a) Reinforcement details of specimens for combined loading test 109

Fig. 4.3(b) Reinforcement details of specimens for combined loading test 110

Fig. 4.3(c) Reinforcement details of specimens for combined loading test 111

Fig. 4.3(d) Reinforcement details of specimens for combined loading test 112

Fig. 4.3(e) Reinforcement details of specimens for combined loading test 113

Fig. 4.4. Locations of steel strain gauges on top steel mat and concrete strain gauges on top surface of slab 113

Fig. 4.5. Loading method for combined loading tests 114

Fig. 4.6(a) Test setup 115

Fig. 4.6(b) Test setup 116

Fig. 4.7. Loading history 116

Fig. 4.8. Stress-strain relationships of concrete 119

Fig. 4.9. Stress-strain relationships of steel rebar 119

Fig. 4.10. Final failure patterns after combined loading test 122

Fig. 4.11. Failure surface after removing of the failed concrete 123

Fig. 4.12(a) Crack patterns of combined loading tests 124

Fig. 4.12(b) Crack patterns of combined loading tests 125

Fig. 4.12(c) Crack patterns of combined loading tests 126

Fig. 4.12(d) Crack patterns of combined loading tests 127

Fig. 4.12(e) Crack patterns of combined loading tests 128

Fig. 4.13(a) Hysteresis loops for Series Ⅰ 131

Fig. 4.13(b) Hysteresis loops for Series Ⅱ 132

Fig. 4.13(c) Hysteresis loops for Series Ⅲ 133

Fig. 4.14. Envelop curves according to column aspect ratio 135

Fig. 4.15. Evaluation of drift capacity of connections 136

Fig. 4.16. Evaluation of Stiffness according to column aspect ratio 138

Fig. 4.17. Definition of displacement ductility index 140

Fig. 4.18. Evaluation of displacement ductility index 140

Fig. 4.19(a) Displacement ductility index for Series Ⅰ 141

Fig. 4.19(b) Displacement ductility index for Series Ⅱ 142

Fig. 4.19(c) Displacement ductility index for Series Ⅲ 143

Fig. 4.20. Accumulated dissipated energy 146

Fig. 4.21. Effect of column aspect ratio on strain distributions 148

Fig. 4.22. Measurements of steel strains at the corner of critical section (X3 point of Fig. 4.21(a)) 149

Fig. 4.23. Measurements of concrete strains at the corner of critical section(X3 point of Fig. 4.21(a)) 150

Fig. 4.24. Evaluation of eccentric shear stress of ACI 318-05 155

Fig. 4.25. Evaluation of shear fraction of unbalanced moment transfer from ACI 318-05 159

Fig. 4.26. Moment-shear interaction of ACI 318-05 160

Fig. 4.27. Comparison of crack patterns due to increased column aspect ratio 172

Fig. 4.28. Distribution of steel strains along the side face of the critical section 173

Fig. 4.29. Comparison of distribution of steel strains on side face of the critical section according to column aspect ratio 174

Fig. 4.30. Comparison between tests and code predicted according to different column section dimensions 174

Fig. 5.1(a) Comparison of test results and code predicted for shear strength 186

Fig. 5.1(b) Comparison of test results and code predicted for shear strength 187

Fig. 5.2(a) Effect of column aspect ratio 188

Fig. 5.2(b)/Fig. 5.2(a) Effect of column aspect ratio 189

Fig. 5.3(a) Shear fraction of unbalanced moment transfer due to column aspect ratio 199

Fig. 5.3(b) Shear fraction of unbalanced moment transfer due to aspect ratio of critical section 200

Fig. 5.4(a) Comparison of test results and code predicted of unbalanced moment transfer 201

Fig. 5.4(b) Evaluation of shear fraction of unbalanced moment transfer due to column aspect ratio 202

Fig. 5.4(c) Evaluation of shear fraction of unbalanced moment transfer due to aspect ratio of critical section 203

Fig. 5.5(a) Comparison of test result and code predicted for eccentric shear stress 208

Fig. 5.5(b) Evaluation of eccentric shear stress due to column aspect ratio 209

Fig. 5.5(c) Evaluation of eccentric shear stress due to aspect ratio of critical section 210

Fig. 5.6(a) Comparison of test result and code predicted for moment capacity 213

Fig. 5.6(b) Evaluation of moment capacity due to column aspect ratio 214

Fig. 5.6(c) Evaluation of moment capacity due to aspect ratio of critical section 215

Fig. 6.1. Effect of flexural reinforcement ratio on punching shear strength 218

Fig. 6.2. Proposed equation by regression analysis of experimental database 220

Fig. 6.3. Proposed equations of shear fraction for unbalanced moment transfer in eccentric shear stress of ACI 318-05 223

Fig. 6.4. Proposed equations of shear fraction for unbalanced moment transfer in eccentric shear stress of MC-90 and EC 2-04 224

Fig. 6.5(a) Comparison of proposed model and ACI Code predicted for shear fraction of unbalanced moment transfer 227

Fig. 6.5(b) Comparison of proposed model and ACI Code predicted for combined shear stress 228

Fig. 6.5(c) Comparison of proposed model and ACI Code predicted for moment capacity 229

Fig. 6.6(a) Comparison of proposed model and MC-90 and EC 2-04 predicted for shear fraction of unbalanced moment transfer 230

Fig. 6.6(b) Comparison of proposed model and MC-90 and EC 2-4 predicted for combined shear stress 231

Fig. 6.6(c) Comparison of proposed model and MC-90 and EC 2-4 predicted for moment capacity 232

Fig. A.1(a) Characteristics of experimental database on slab-column tests under combined loading 245

Fig. A.1(b) Characteristics of experimental database on slab-column tests under combined loading 246

Fig. A.1(c) Characteristics of experimental database on slab-column tests under combined loading 247

Fig. A.1(d) Characteristics of experimental database on slab-column tests under combined loading 248

Fig. B.1(a) Effect of flexural reinforcement ratio 249

Fig. B.1(b) Effect of flexural reinforcement ratio 250

Fig. B.2(a) Effect of concrete compressive strength 251

Fig. B.2(b) Effect of concrete compressive strength 252

Fig. B.3(a) Effect of effective depth of slab 253

Fig. B.3(b) Effect of effective depth of slab 254

Fig. B.4(a) Effect of least dimension of column to effective depth ratio on shear strength 255

Fig. B.4(b) Effect of least dimension of column to effective depth ratio on shear strength 256

Fig. C.1(a) Shear fraction of unbalanced moment transfer due to concrete compressive strength 257

Fig. C.1(b) Shear fraction of unbalanced moment transfer due to flexural reinforcement ratio 258

Fig. C.1(c) Shear fraction of unbalanced moment transfer due to effective depth of slab 259

Fig. C.1(d) Shear fraction of unbalanced moment transfer due to gravity shear ratio(GSR) 260

Fig. C.2(a) Evaluation of shear fraction of unbalanced moment transfer due to concrete compressive strength 261

Fig. C.2(b) Evaluation of shear fraction of unbalanced moment transfer due to flexural reinforcement ratio 262

Fig. C.2(c) Evaluation of shear fraction of unbalanced moment transfer due to effective depth of slab 263

Fig. C.2(d) Evaluation of shear fraction of unbalanced moment transfer due to bo/d 264

Fig. C.2(e) Evaluation of shear fraction of unbalanced moment transfer due to gravity shear ratio(GSR) 265

Fig. C.3(a) Evaluation of eccentric shear stress due to concrete compressive strength 266

Fig. C.3(b) Evaluation of eccentric shear stress due to flexural reinforcement ratio 267

Fig. C.3(c) Evaluation of eccentric shear stress due to effective depth of slab 268

Fig. C.3(d) Evaluation of eccentric shear stress due to bo/d 269

Fig. C.3(e) Evaluation of eccentric shear stress due to gravity shear ratio(GSR) 270

Fig. C.4(a) Evaluation of moment capacity due to concrete compressive strength 271

Fig. C.4(b) Evaluation of moment capacity due to flexural reinforcement ratio 272

Fig. C.4(c) Evaluation of moment capacity due to effective depth of slab 273

Fig. C.4(d) Evaluation of moment capacity due to bo/d 274

Fig. C.4(e) Evaluation of moment capacity due to gravity shear ratio(GSR) 275

Fig. D.1(a) Evaluation of eccentric shear stress by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to column aspect ratio 276

Fig. D.1(b) Evaluation of eccentric shear stress by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to aspect ratio of critical section 277

Fig. D.1(c) Evaluation of eccentric shear stress by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to concrete compressive strength 278

Fig. D.1(d) Evaluation of eccentric shear stress by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to flexural reinforcement ratio 279

Fig. D.1(e) Evaluation of eccentric shear stress by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to effective depth of slab 280

Fig. D.1(f) Evaluation of eccentric shear stress by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to gravity shear ratio(GSR) 281

Fig. D.2(a) Evaluation of eccentric shear stress by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to column aspect ratio 282

Fig. D.2(b) Evaluation of eccentric shear stress by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to aspect ratio of critical section 283

Fig. D.2(c) Evaluation of eccentric shear stress by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to concrete compressive strength 284

Fig. D.2(d) Evaluation of eccentric shear stress by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to flexural reinforcement ratio 285

Fig. D.2(e) Evaluation of eccentric shear stress by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to effective depth of slab 286

Fig. D.2(f) Evaluation of eccentric shear stress by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to gravity shear ratio(GSR) 287

Fig. D.3(a) Evaluation of moment strength by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to column aspect ratio 288

Fig. D.3(b) Evaluation of moment strength by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to aspect ratio of critical section 289

Fig. D.3(c) Evaluation of moment strength by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to concrete compressive strength 290

Fig. D.3(d) Evaluation of moment strength by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to flexural reinforcement ratio 291

Fig. D.3(e) Evaluation of moment strength by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to effective depth of slab 292

Fig. D.3(f) Evaluation of moment strength by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to gravity shear ratio(GSR) 293

Fig. D.4(a) Evaluation of moment strength by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to column aspect ratio 294

Fig. D.4(b) Evaluation of moment strength by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to aspect ratio of critical section 295

Fig. D.4(c) Evaluation of moment strength by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to concrete compressive strength 296

Fig. D.4(d) Evaluation of moment strength by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to flexural reinforcement ratio 297

Fig. D.4(e) Evaluation of moment strength by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to effective depth of slab 298

Fig. D.4(f) Evaluation of moment strength by means of shear fraction of unbalanced moment transfer due to gravity shear ratio(GSR) 299

초록보기

철근콘크리트 무량판 구조는 다른 구조형식에 비하여 매우 경제적인 구조형식이며, 국내에서는 삼풍백화점의 붕괴사고 이후 지하주차장 등에 제한적으로 사용되다가 최근에는 주거용 (초)고층 건축물에 대한 사용이 보편화 되고 있다.

보가 없는 2방향 슬래브(무량판)형식은 보가 없기 때문에 바닥구조가 단순화 됨으로써 시스템 거푸집의 사용이 가능하고, 코어월(Corewall)선행공법에 의한 바닥공사 구간 조닝(Zoning)등의 시공 방법으로 2일～4일 공정으로 골조공사를 수행할 수가 있으며, 슬래브 콘크리트의 고강도화를 통해 공기단축을 도모할 수 있다. 또한 Fig.1.1에 나타낸 바와 같이 층고의 절감과 설비계획의 융통성, 그리고 처짐 제한 기준에 의한 슬래브 최소 두께의 확보로 층간소음 완화 등 거주성 측면에서도 우수한 장점을 지닌다.

반면에, 보가 없으므로 보-기둥 골조(Beam-column frame)에 비하여 구조적인 취약점을 갖게 되는데 대표적인 것이 접합부에서의 뚫림전단파괴이다. 슬래브에서 기둥으로의 직접적인 하중전달은 기둥 주위에 큰 응력을 유발하여 접합부 전단파괴를 유발하며, 접합부 파괴는 구조물 전체로 연쇄적인 붕괴(Progressive collapse)를 유발하게 될 수도 있으므로 접합부에서의 뚫림전단파괴 매커니즘 규명과 전단내력의 산정을 위한 연구 및 전단보강방법 등에 관한연구가 매우 활발히 진행되어 왔다.

국내에서는 삼성동 I-Park(2004년)에 RC 플랫 플레이트 구조시스템이 적용된 이후 이러한 장점을 활용한 초고층 주거 건축물의 건립이 증가하고 있으며, Fig.1.2의 사례와 같이 실내 공간구획과 넓은 조망 확보를 위해 벽체와 유사하게 형상비가 큰 Wall Column형식의 기둥으로 설계하는 것이 보편적이다. Fig.1.2(1)의 삼성동 I-Park(47층, 154.3m)의 경우는 기둥의 형상비가 4.27까지 사용되고 있으며, Fig.1.2(2)의 건대 스타시티(47층, 154.3m)의 경우는 기둥 형상비가 3.65까지 사용이 되었다.

그러나 플랫 플레이트 구조의 취약점인 뚫림전단파괴에 있어서는 기둥의 형상비(기둥 단면의 장단변비, βc = C₁/C₂)가 증가 할수록 지지기둥의 단변 방향의 전단력 전달면적이 감소하여 이곳에 전단응력이 집중되고, 그 결과 뚫림전단강도가 정방형 기둥을 사용한 경우보다 줄어들게 되는 단점이 있다. 그리고 횡하중이 작용하는 경우에는 접합부의 불균형 모멘트 중 슬래브의 휨 저항으로 전달된 나머지가 위험단면에 전단응력으로 작용하여 중력하중과 함께 접합부의 전단응력으로 작용되므로 이러한 Wall Column 형식의 장방형 기둥이 사용된 경우 기둥의 형상비 증가에 따른 불균형 모멘트의 전달과 조합하중(중력하중+횡하중)에 의한 전단응력의 크기를 적절히 규명할 필요가 있다. 그러나, 현행ACI 설계기준식에서 수직전단력 산정식은 경험적 설계식(Empirical design equation)으로 채택된 기존의 다른 기준식들에 비해서 실험 데이터의 수가 매우 적었으며, 횡하중 작용에 대한 편심전단응력모델(Eccentric shear stress model)은 이론적인 탄성 플레이트 해석(Flexural theory of elastic plate)에 기초한 가정에 의해 정립되어 사용되고 있으므로, 기둥 형상비가 크게 증가된 슬래브-기둥 접합부에 대한 실험적 검토가 필요한 실정이다.

본 연구에서는 기둥의 장단변비가 5까지 증가된 높은 형상비를 갖는 슬래브-기둥 접합부의 수직하중실험과 조합하중(일정수직하중과 반복 횡하중)실험을통해서 접합부의 뚫림전단거동을 규명하고 실험결과에 기초하여 각국 설계기준식의 적용성을 평가하여 기둥 형상비의 영향이 적절히 고려될 수 있도록 개선방향을 제시하는데 본 연구의 목적이 있다.

이러한 목적을 위하여 본 논문은 총 7장으로 구성되었으며, 제 1장 서론, 제2장 설계기준식 및 기존연구, 제 3장 슬래브-기둥 접합부의 수직전단력 실험, 제 4장 슬래브-기둥 접합부의 조합하중실험, 제 5장 설계기준식의 평가, 제 6장기둥 형상비 영향을 고려한 설계 제안식, 7장 결론 및 향후 연구방향으로 구성 되었으며, 본 연구의 결과로 얻은 결론은 다음과 같다.

1) 수직하중 실험을 통해서 콘크리트의 뚫림전단강도에 대한 기둥 형상비의 영향을 고찰한 결과, 기둥 형상비가 증가되면 기둥 단면의 단변 방향에서 슬래브 위험단면의 전단력 전달면적이 감소하게 되므로 콘크리트 뚫림전단강도가 감소하는 경향을 나타낸다. 이러한 경향은 기둥 형상비 증가에 따른 전단강도 감소를 고려하고 있는 ACI318-05기준식의 예측 결과에서도 반영되어 있으나, ACI기준식의 경우 기둥 형상비가 2를 넘으면 1방향 전단강도의 크기로 수렴되 도록 되어 있어서 실험결과를 점차로 과소평가하는 경향을 보였다.

2) 조합하중 실험을 통해서 기둥 형상비의 증가(βc>1)는 횡하중 방향의 기둥폭이 증가(C₁>C₂)하여 최대 횡하중의 증가를 나타내고, 횡하중과 평행한 기둥 측면에서의 비틀림 저항 균열이 뚜렷하게 형성되는 경향을 보였으며, 뚫림전 단파괴시의 층간변위비는 기준 실험체(βc=1)에 비해 약간 감소되었다. 반대로 기둥 형상비가 감소(βc<1)하는 경우는 횡하중과 직교방향의 기둥폭이 증가 (C₁

3) 수직하중 실험 및 조합하중 실험 결과를 통해서 뚫림전단파괴가 발생한 이후의 전단 저항(Post-punching resistance)에 있어서 ACI318-05기준에 의해 주열대에서 기둥을 관통하여 연속 배근된 하부 철근이 매우 중요한 역할을 하는 것으로 확인되었다.

4) 본 연구의 실험결과를 기존 실험자료와 종합하여 각국 설계기준식들을 평가 한 결과 콘크리트의 수직전단강도의 경우 BS 8110-97과 ACI318-05, MC-90(EC 2-04)는 실험값/계산값의 비가 평균 1.07(표준편차 0.16, 변동계수 0.15), 1.22(표준편차 0.23, 변동계수 0.19), 1.33(표준편차 0.20, 변동계수 0.15)으로 각각 나타났고, EC 2-92는 평균 1.86(표준편차 0.44, 변동계수 0.24)으로 가장 유의성이 떨어지는 것으로 나타났다.

5) ACI318-05와 MC-90(EC 2-04)의 편심전단응력모델에 대하여 계산값에 대한 실험값의 비는 각각 평균 1.28(표준편차 0.39, 변동계수 0.31)과 1.20(표준편차 0.26, 변동계수 0.22)으로 나타났고, 기둥 형상비(C₁/C₂)또는 위험단면의 형상비(b₁/b₂)가 증가 할수록 두 기준식 모두 실험결과를 과소평가하는 경향이 증가하였으며, 모멘트 강도의 평가에서도 동일한 경향을 보였다. 실험에서 구한 불균형 모멘트 전단 전달계수는 기둥의 형상비(또는 위험단면의 형상비)가 1인 정방형기둥을 경계로C₁/C₂<1에서는 형상비 증가에 따라서 전달계수가 증가하여 기준식과 유사하였으나, C₁/C₂>1에서는 기준식의 전단 전달계수 값은 증가하는데 반해 실험값은 형상비 증가에 따라서 전달계수가 감소하는 경향을 보였다.

6) ACI318-05의 불균형 모멘트 전달계수는 슬래브의 휨저항으로 부담될 수 있는 휨 전달계수(rf)를 먼저 계산하고, 전단 전달계수(ru)는 (1-rf)의 크기로 산정하도록 되어있다. 이러한 휨 전달계수(rf)의 산정식에서 기둥 형상비 증가에 따라서 위험단면의 형상비(b₁/b₂)가 증가 할수록 슬래브의 휨저항 이 감소되도록 하여 전단 저항이 증가되는 결과를 제시하고 있으나, 실제 실험 결과에서는 기둥 형상비가 증가함에 따라서 전단 전달계수값이 감소되는 것으로 나타나고 있다. 이처럼 실험결과와 기준식의 계산값의 차이가 발생되는 것은 위험단면 측면에서의 비틀림 저항성분이 증가되는 특성에 기인한 것으로 분석되었다.

7) 장방형 기둥을 고려하여 수행된 가용한 실험자료의 범위와 실무 적용성을 고려하여 기둥의 형상비(βc)를 5이내로 제한하고, 실험자료를 회귀분석하여 두가지 하중조건(수직하중, 조합하중)에 대하여 설계 기준식을 수정하여 적용될수 있도록 다음과 같이 제안식을 도출하였으며, 기존 설계기준식에 비하여 기둥형상비 증가에 따른 강도 예측이 크게 향상되었다.

·수직하중에 대한 콘크리트 전단강도 제안식

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·ACI318-05의 불균형 모멘트 전단 전달계수 제안식

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·MC-90, EC 2-04의 불균형 모멘트 전단 전달계수 제안식

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번호 참고문헌 국회도서관 소장유무
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