• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제19권5호
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• pp.75-82
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• 2015

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.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권5호
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• pp.82-90
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• 2018

원자력 발전소에는 No.36(D36)이상의 대구경 철근이 사용되는데 이러한 대구경 철근으로 갈고리 정착을 할 경우, 기준에서 요구하는 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 영향력을 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 정착구간의 쪼갬파괴에 이어 단부의 하중이 확대머리 부근의 콘크리트에 직접적으로 작용하면서 상부 피복 콘크리트가 부재에서 탈락하는 취성적인 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.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제19권1호
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• pp.62-71
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• 2015

KCI 2012와 ACI318-11에서 확대머리 이형철근에 대한 정착길이 산정식을 제시하고 있지만 확대머리 이형철근을 이용한 겹침이음상세에 대한 규정은 없다. 또한, 정착길이 산정에 있어서 횡보강근 효과는 고려하지 않고 있다. 본연구에서는 400MPa과 500MPa 설계기준항복강도를 가지는 확대머리 이형철근에 대하여 겹침이음구간에 대한 구속상세를 평가하기 위하여 겹침이음실험을 실시하였다. 겹침이음 구간내 적용되는 구속상세는 스터럽과 Tie-down 철근이다. 실험결과, 스터럽만으로 보강된 실험체들에서 겹침이음강도 증가에 큰 영향이 없어 취성적인 파괴를 나타낸 반면에, 스터럽과 Tie-down 철근으로 보강된 실험체들은 공칭휨강도 이상의 실험휨강도와 휨거동을 나타내었다. 따라서 스터럽과 Tie-down 철근 상세는 400MPa과 500MPa의 확대머리 이형철근에 대한 겹침이음 성능향상에 기여할 수 있는 것으로 사료된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권6호
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• pp.1-8
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• 2019

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 2d_b의 철근 순간격 또는 2 개층의 확대머리 철근의 사용은 내진 설계에 있어 허용될 수 있는 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.262-269
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• 2021

본 논문은 SD700 확대머리철근의 겹침이음을 이용한 단차가 있는 보의 접합상세를 개발하기 위하여 실시한 구조성능평가 실험결과를 나타낸다. 실험변수는 주철근의 겹침이음길이, 철근 항복강도, 단부정착상세 등이다. 모든 실험체에 대하여 춤이 작은 보(B2)의 하부 주철근은 확대머리철근을 적용하였으며, 춤이 큰 보(B1)의 하부 주철근은 일자형 확대머리철근, 90° 갈고리형 확대머리철근 등 두 가지 상세로 이음방법을 적용하였다. 실험결과, SD500과 SD600을 적용한 실험체들은 겹침이음부에서 모두 휨파괴되었으며, 이로 인하여 최대내력은 유사하게 나타났다. SD500을 적용한 실험체들에 대하여, B1의 주철근을 90°갈고리형 확대머리철근으로 적용한 상세가 확대머리철근에 비하여 겹침이음부의 수평균열을 억제하였다. SD700의 확대머리철근을 사용한 실험체는 취성적인 정착파괴가 나타났으며, 겹침이음길이의 증가에 따라 최대내력이 증가하였다. SD700의 확대머리철근을 사용한 실험체들은 실험체정착길이/이론정착길이에 대한 실험내력/이론내력이 ACI 318-19 식은 1.30~1.48로 나타났으며, KDS-2021 식은 1.14~1.30로 평가되었다. 이를 볼 때, ACI 318-19 산정식이 보다 보수적으로 정착길이를 평가함으로써 더 큰 안전율을 가지고 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제24권1호
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• pp.148-156
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• 2020

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 1.5𝑙_dt, 0.7𝑙_dt가 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 것으로 사료된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제28권3호
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• pp.365-373
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• 2016

강섬유 보강 초고성능콘크리트(SUPER Concrete)는 일반 콘크리트에 비해 높은 압축강도와 인장강도를 지닌다. 이러한 특성으로 SUPER Concrete로 제작된 부재는 단면을 크게 줄일 수 있고, 확대머리철근의 정착강도가 향상될 것으로 기대된다. 이 연구에서는 120 MPa, 180 MPa SUPER Concrete로 제작된 외부 보-기둥 접합부에 $4d_b$, $6d_b$의 정착길이를 갖는 확대머리철근의 정착 성능을 평가하였다. 모든 실험체에서 600 MPa 이상의 실제 항복강도가 발현된 후 일부 실험체에서 측면파열파괴가 발생되었다. 확대머리철근의 정착강도가 매우 높아 철근이 파단되는 경우도 있었다. 설계기준강도 120 MPa 이상 SUPER Concrete에 정착된 확대머리철근은 $4d_b$의 짧은 정착길이로 콘크리트구조기준에서 허용하는 철근의 최대 설계기준강도 600 MPa를 발현할 수 있는 것으로 평가되었다. 기존에 개발된 일반 콘크리트에 정착된 확대머리철근의 측면파열파괴강도 평가식과 현행 콘크리트구조 기준의 확대머리철근 정착길이 설계식은 실험값을 과소평가하였다. 일반콘크리트에서 개발된 평가식은 SUPER Concrete의 높은 인장강도 특성을 반영하지 못하기 때문으로 분석된다. 확대머리철근 정착강도를 $(f_{ck})^{\alpha}$에 비례한다고 가정하고 실험결과를 회귀분석하여, SUPER Concrete 압축강도의 0.14승에 비례하는 정착강도 평가식이 개발되었다. 40개 실험 자료에 대한 [실험값]/[예측 값]의 평균은 1.01, 변동계수는 5%였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.59-67
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• 2014

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 본 연구에서는 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 성능을 확보할 수 있는 것으로 사료된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권5호
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• pp.111-117
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• 2019

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.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권6호
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• pp.147-161
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• 2017

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 야기된다. 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.