본 논문은 강섬유 보강 콘크리트 부재에 수직으로 기계적 정착된 고강도 확대머리철근의 정착성능을 평가하기 위하여 실시한 기초 인발실험결과를 정리한 것이다. 주요 실험변수는 강섬유의 혼입률, 콘크리트 강도, 정착길이, 확대머리철근 항복강도 , 전단보강유무 등이다. 실험체의 좌우 순피복두께는 확대머리철근 직경의 두 배로 계획하였다. 확대머리철근을 중심으로 1.5ldt,0.7ldt가 되는 위치에 힌지 지점을 두고, 확대머리 철근을 직접 인발하였다. 인발실험결과, 실험변수에 따라 콘크리트 파괴 및 철근 인장파단이 나타났다. 강섬유를 보강한 실험체가 동일한 변수의 강섬유를 보강하지 않은 실험체에 비히여 콘크리트 압축강도는 2.7~5.4% 크게 나타난 반면 인발강도는 20.9~63.1% 크게 나타나 정착성능 향상에 큰 기여를 하는 것으로 평가되었다. 강섬유 보강 콘크리트에 대해 확대머리철근과 평행한 전단보강근의 배근은 1.7~7.7% 인발강도를 증가시켰으나, 콘크리트 강도 증가를 고려할 때 정착성능 향상에 미치는 영향이 크지 않았다. 본 실험체 상세와 같이 강섬유보강 콘크리트 부재에 수직정착된 SD600의 확대머리철근 정착설계는 KCI2017, KCI2012의 정착길이 설계식을 그대로 사용할 수 있을 것 으로 사료된다.

KBC 2016 및 ACI 318-08에서 확대머리 철근의 순간격에 대한 지나치게 엄격한 요구 사항을 개선하기 위해 2/3 스케일의 외부 보- 기둥 접합부 실험체를 준정적 반복 하중을 적용하여 실험을 수행하였다. 내진 실험을 통해 좁은 간격의 철근 순간격과 다열 배치 확대머리 철근 적용여부를 주요 변수로 하여 내진 성능에 미치는 영향을 검토하였다. 또한, 본 실험결과를 이전 연구자들의 실험 데이터와 함께 면밀히 분석하였다. 결론적으로 외부 보-기둥 접합부에 정착된 확대머리 철근에 대해 2db의 철근 순간격 또는 2 개층의 확대머리 철근의 사용은 내진 설계에 있어 허용될 수 있는 것으로 판단된다.

확대머리 SD600 고강도 인장철근으로 단부 정착된 SFRC 깊은보의 전단성능을 평가하기 위해 전단 실험을 수행하였다. 실험 변수는 주인장 철근의 단부 정착방법(확대머리 철근, 일자형 철근), 단부 정착길이, 전단보강근 유무 등이다. 전단경간비는 1을 가지는 실험체에 대한 전단실험결과, 모든 실험체는 초기 휨 균열이 발생한 후 경사균열이 진행되면서 최종적으로 압축전단파괴되었다. 확대머리 철근으로 기계적 정착된 실험체들이 일자형 철근 정착에 비하여 5.6∼22.4% 더 큰 전단강도를 나타내었다. 확대머리 철근으로 기계적 정착된 실험체들에 대하여 최대하중의 75%까지는 지압응력이 전체 정착응력의 0.9~17.2%에 도달하였으나, 최대하중 시점에서 지압응력이 전체 정착응력의 22.4%~46%에 도달하여 큰 응력 부담률을 나타내었다. 이를 통하여 확대머리 지압응력에 의한 정착응력 증가가 전단강도에 큰 영향을 미침을 알 수 있다. 실험 전단강도가 실용식에 의한 전단강도의 2.68~4.65 배로 평가되어, 실용식이 전단내력을 안전측으로 평가하였다.

In this paper, anchorage behavior of high-strength headed rebar with minimum edge distance was evaluated. The experimental parameters are the compressive strengths of concrete, the strengths and the anchorage lengths of headed rebar. The maximum pullout strengths and final failure modes were evaluated through the experiment.

원자력 발전소에는 No.36(D36)이상의 대구경 철근이 사용되는데 이러한 대구경 철근으로 갈고리 정착을 할 경우, 기준에서 요구 하는 구부림 및 갈고리 길이로 인해 설계 및 배근에 있어 큰 어려움을 겪을 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 확대머리 철근을 사용할 수 있다. 2008년 개정된 ACI 318에서는 확대머리철근의 정착길이식을 도입하였으며, 제정 배경 연구를 근거로 하여 횡보강근의 영향력 을 무시하고 있다. 그러나 확대머리 철근이 겹침이음이나 컷오프 구간에서 사용될 경우, 인장재에 의해 피복 콘크리트를 밀어내는 힘이 발생하여 횡보강근에 작용하는 인장력이 크게 증가한다. 본 연구의 목적은 휨을 받는 부재 내에 정착된 확대머리 철근의 정착성능에 대한 횡보강근의 영향력을 평가하는 것으로, 이를 위해 횡보강근의 간격을 변수로 한 대구경 확대머리 철근의 정착실험을 수행하였다. 실험방법으로는 컷오프 구간을 모사한 실험을 수행하였으며, 확대머리 철근으로는 D43의 대구경 철근을 사용하였다. 실험 결과, 횡보강근이 없는 실험체의 경우 정착 구간의 쪼갬파괴에 이어 단부의 하중이 확대머리 부근의 콘크리트에 직접적으로 작용하면서 상부 피복 콘크리트가 부재에서 탈락하는 취성적 인 파괴형태가 나타났다. 또한 확대머리 철근의 발현강도가 항복강도의 절반밖에 못 미치는 매우 낮은 내력을 보였다. 이에 반해 횡보강근이 배근된 실험체의 경우 경우 횡보강근이 실험체 단부의 하중에 직접적으로 저항함에 따라 실험체 내력이 큰 폭으로 상승하였다.

In this paper, the shear performance of the deep beams with high strength headed reinforcement was evaluated. The experimental parameters are high strength headed bar a gunboat. The shear span-depth ratio (a/d) of specimens was 1. The development length of headed reinforcement was evaluated to have a great influence on the shear strength of the deep beam.

일반적으로, 원전구조물은 다량의 철근이 사용되어 시공과정에서 여러 잠재적 문제점이 발생한다. 특히, 구조부재의 연결부위는 수많은 갈고리철근, 매입철물과 주변 철근 등에 의해 심각한 과밀현상이 발생하므로 여타 다른 부위보다 콘크리트 타설에 더 큰 어려움이 야기 된다. 원전구조물에 사용되는 일반강도(ASTM A615 Gr.60)의 대구경(43 mm & 57 mm) 표준갈고리 철근을 대신하여 고강도(ASTM A615 Gr.80)의 대구경(43 mm & 57 mm) 확대머리 철근을 사용할 수 있도록 관련 기술기준을 개정하여 철근 과밀배근 문제를 해결하는 데 본 연구의 목적이 있다. 확대머리 철근을 원전구조물에 효과적으로 사용하기 위해서는 기존의 정착성능을 그대로 유지하거나 그 이상으로 증가시키면서 사용 제한요건을 완화는 방안을 찾아야 하므로 철근직경, 철근 항복강도, 측면피복 두께와 같이 확대머리 철근의 사용을 제한하는 변수 영향을 검토할 수 있는 실험결과를 분석하여 정착성능을 평가하였다.

In this study, the lap joint performance for SFRC beam with different depths was evaluated. The specimens had the lap splice details using the high-strength headed reinforcement. For the SFRC beam with different depths, the headed reinforcement which is overlapped more than 20 times of the rebar diameter has sufficient lap-splicing performance.

In this paper, the shear performance of the deep beams with high strength headed reinforcement was evaluated. The experimental parameters are horizontal stiffener and fusing length. The shear span-depth ratio (a/d) of specimens was 1. The development length of headed reinforcement was evaluated to have a great influence on the shear strength of the deep beam.

This paper focuses on the experimental study for investigating the performance for lap splice of hooked or headed reinforcement in beam with different depths. In the experiment, seven specimens, with its variables as the lap length of headed or hooked bar, the existence of stirrups, etc., was manufactured. Bending test was conducted. Lap strengths by test were compared with the theoretical model based on KCI2012. The result showed that the cracks at failure mode occurred along the axial direction to a headed bar. The initial stiffness and the stiffness after initial crack were similar for all specimens. For HS series specimens without stirrups, a 25% increase in lap length was increased 11.8~18.1% maximum strengths. For HH series specimens without stirrups, a increase in lap length did not affect the maximum strengths because of the pryout failure of headed bar. For HS series specimens, the theoretical lap strengths based on KCI2012 considering the B grade lap and the reduction factor for stirrup were evaluated. They are smaller than the test strengths and can ensure the safety in terms of strength capacity. For HH series specimens, the stirrups in the lap zone are needed to prevent the pryout behaviour of headed bar.

In this research, the experimental works were conducted to study the lap strength of the headed reinforcements with confinement provided by stirrups or tie-down bars. Eleven lap splice specimens were tested. The variables in this study were: confinement details and lap length. The initial crack of the specimens lapped developed at the heads of reinforcements. Bearing stress and confinement details contributed to increase strength and deformation.

본 연구는 고강도 철근을 확대머리 이형철근으로 사용하는 경우 정착길이 효과에 관한 실험 연구이다. 현행 기준에서는 확대머리 이형철근의 정착길이를 산정하는 식에서 철근의 설계기준강도를 400 MPa로 한정하고 있다. 고강도 철근에 대한 연구결과가 충분하지 않기 때문에 이러한 규정이 명시된 것이다. 따라서 본 연구에서는 설계기준 항목강도 600 MPa의 철근으로 확대머리 이형철근을 제작하여, 변수별 실험연구를 수행하였다. 실험은 철근의 정착길이, 철근의 개수, 그리고 확대머리의 형상 등의 변수로 계획하였다. 실험체는 정착길이가 긴 L형과 정착길이가 짧은 S형으로 분류하고, 확대머리의 형상은 원판형(A형)과 원뿔형(B형)으로 구분하였다. L형 실험체는 원판형 확대머리를 대상으로 철근 개수가 1∼3으로 변하는 3개의 실험체와 S형 실험체는 원판과 원뿔형 확대머리 형상에 대하여 정착길이를 L형의 50%, 45%, 40%, 35%로 변화한 실험체를 계획하였다. L형(LA형) 3개, SA형 4개, SB형 4개 등 총 11개의 실험체를 인발실험을 하였다. 실험결과는 콘크리트구조기준(부록 II)의 정착길이 산정 규정에 따라 평가하였으며, 그 결과 항복강도 600 MPa의 철근을 사용한 확대머리 이형철근은 현행기준의 설계식을 적용하여 설계할 수 있음을 보였다.

일반적으로 철근콘크리트 구조물에서는 철근의 정착을 위하여 갈고리 철근을 주로 사용하고 있다. 원전 구조물과 같은 특수 구조물에 갈고리 철근을 사용할 경우, 배근되는 철근간의 간섭이 심해져 배근이 어려워지며, 조밀한 배근 간격으로 인하여 콘크리트 타설이 어려지는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 원전 구조물에 대한 확대머리철근의 적용이 필요하다. 현행 구조설계기준에서는 철근의 직경, 항복강도 등에 대하여 확대머리철근의 적용범위에 제한을 두고 있다. 현행 기준으로는 대구경 확대머리철근에 대한 적용이 사실 상 어렵다. 이에 따라 본 연구에서는 대구경 확대머리철근의 정착 성능 평가 및 원전구조물에 대한 적용성 평가를 위하여, 대구경 확대머리철근을 적용한 외부 보-기둥접합부 실험을 수행하였다. 실험체는 확대머리철근의 정착길이, 측면피복두께, 횡보강근 및 파괴유형을 실험변수 설정하여 설계하였으며, 반복하중을 가력하여 외부 보-기둥접합부의 성능평가를 수행하였다. 성능평가 결과, 정착성능에 큰 영향을 미치는 요인은 측면피복두께 및 횡보강근 지수임을 확인할 수 있었으며, 외부 보-기둥접합부에서 대구경 확대머리철근은 충분한 정착성능을 보여줌을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 확대머리철근이 정착된 접합부에서 측면파열파괴가 일어날 때 피복두께가 미치는 영향에 대해서 연구하였다. 인장응력을 받는 철근에 확대머리철근을 사용하는 것을 기계적정착 이라고 한다. 확대머리철근을 사용함으로서 지압판에 지압응력이 작용하며, 지압응력이 철근의 부착응력과 같이 인장응력에 저항하므로 짧은 정착길이를 가능하게 하며, 정착길이가 제한되는 접합부에 유용하게 사용된다. 기계적정착은 기존의 정착과 달리 지압판에 작용하는 지압응력에 의해서 측면파열파괴가 일어난다. 측면파열파괴는 철근이 충분한 피복두께를 충족하지 못하면 발생하는 경향을 보인다. Furche의 논문에 의하면 측면파열파괴강도는 철근의 피복두께, 지압판의 지압면적, 콘크리트의 인장응력에 비례하는 것을 볼 수 있다. 이를 통해서 기존의 ACI 기준에서는 기계적정착의 피복두께를 2db 이상으로 정하였는데, 실험에 의하면, 구경이 큰 철근을 기계적정착에 사용하였을 경우 피복두께가 2db 이상인 경우에도 측면파열파괴가 일어나는 경우를 보인다. 이와 같은 경우에 철근의 직경이 제한될 필요가 있으며, 철근의 직경과 피복두께에 상관관계에 관한 연구가 필요하다.

KCI 2012 and ACI318-11 contains development length provisions for the use of headed deformed bars in tension and does not allow their tension lap splices. In ACI318-11, the confinement factor, such as transverse reinforcement factor, is not used to calculate the development length of headed bars. The purpose of this experimental study is to evaluate the effect of confinement details to the lap splice performance of headed deformed reinforcing bars in grade SD400 and SD500. The confinement details are stirrups and tie-down bars in lap zone. Test results showed that specimens with only stirrups had the brittle failure and could not increase lap strengths, and that specimens with composite confinements by stirrups and tie-down bars had the flexural strengths over than nominal flexural strengths. Stirrups with tie-down bars can have an effect on improvement in lap splice of headed bars in grade SD400 and SD500.

The purpose of this experimental study is to evaluate that KCI2012 equation for the development length, ldt, of headed bars can be used to calculate the lap length of headed deformed bars in grade SD400~500 for high strength concrete. Test results showed that specimens with lap lengths equal to 1.3ldt had maximum flexural strengths as 0.84~0.90 times as the nominal flexural strengths. These observations indicate that 1.3 is unsuitable to the tensile lap length of headed deformed bars in grade SD400~500 for high strength concrete.

현행 콘크리트구조기준 (KCI2012) 및 ACI318-11에서 B급이음된 일자형 이형철근에 대하여 인장력에 대한 겹침이음길이를 정착길이의 1.3배로 산정하고 있다. 동일 기준에서 확대머리 이형철근의 정착길이를 제시하고 있지만 겹침이음상세에 대한 규정은 없다. 이에 본연구에서는 400MPa과 500MPa 설계기준항복강도를 가지는 확대머리 이형철근의 겹침이음실험을 실시함으로써, 기준의 정착길이식을 겹침이음설계에 적용가능한 지를 평가하고자 하였다. 실험결과, SD400과 SD500의 설계기준항복강도를 적용한 확대머리 이형철근에 대하여 겹침이음길이를 정착길이의 1.3배로 산정할 경우, 실험 최대휨강도가 공칭휨강도에 비하여 16~31% 크게 평가되었고 연성적인 휨파괴 거동을 나타내었다. 따라서, 이들 철근에 대해 정착길이 1.3배의 겹침이음길이로 설계함으로써 강도 및 변형성능 측면에서 겹침이음 성능을확보할 수 있는 것으로 사료된다.