철근콘크리트 설계 및 보파괴시험 및 슈미트 시험

본문내용

파괴등 여러 가지 파괴모드를 가지고 있으며, 그 중에 휨철근의 파괴모드에는 인장측 취성파괴와 연성파괴, 압축측 취성파괴가 있다. 이번 실험에서는 이와 같은 휨철근의 파괴모드를 나타낼 수 있는 보를 설계하여 UTM관에서 직접 파괴하여 파괴되는 형상과 변형률과 슈미트 해머에서 얻어지는 응력과의 관계를 알고 이론값과 실험값을 비교하여 보기로 하였다.
그러나 이론응력값은 을 이용하여 응력값을 구하고, 콘크리트의 아래의 탄성계수값을 이용하여 변형률을 구하면 되는 것이지만, 시간상의 부족과 게이지의 설치위치를 알지 못하여 이론값은 구하지 못하였다.( 콘크리트의 탄성계수:)
실험에 앞서기 전에 게이지의 위치를 전해주셨으나, 실제로 측정한 게이지는 6개 밖에 되지 않아 게이지의 위치를 알지 못하였고, 복철근보이기 때문에 I를 결정하는 것이 어려웠기 때문이다. 철근을 고려하여 환산단면적으로 구해주어야 하고, 또한 중립축의 위치도 계속적으로 변화하기 때문에 손쉽게 구할 수가 없었다. 그래서 이번 실험에서는 불가피하게 이론값을 생략할 수 밖에 없었다.
실험데이터의 값을 보게 되면 인장측, 연성파괴의 데이터에서 3번 게이지는 데이터값이 나오지 아니하였다. 이는 실험하는 도중에 실수로 인하여 게이지의 방향을 반대로 붙여서 잘못된 데이터가 나와 생략하였고, 인장측 취성파괴에서 0번게이지의 데이터가 적게 나온것은 실수로 게이지를 끊는 등의 실험미숙함으로 인하여 발생되는 오차들이 많았다.
이와 같이 게이지의 미숙한 설치로 인하여 연성파괴와 인장측 취성파괴에서의 데이터로는 응력과 변형률를 비교하여도 쉽게 결론을 낼 수는 없으나, A반에서 실험한 압축측 취성파괴의 응력과 변형률의 관계를 보게 되면(5.3.5) 응력이 증가할 수록 표면에 붙힌 게이지의 값들이 상당히 커지는 것을 볼 수 있다. 이는 보가 집중하중을 받게 되면 상부층은 가장 큰 압축을 받게 되면 하부층은 가장 큰 인장을 받게 되므로 이와 같은 현상이 나타남을 볼 수 있다.
가해주는 응력과 처짐량의 관계를 보면 인장측 취성파괴 일때는 126.6kgf/cm2 이고, 연성파괴일 때에는 210 kgf/cm2, 압축측 취성파괴는 255 kgf/cm2로써 압축측일 때 가장 큰 응력을 받아낼 수 있음을 볼 수 있다. 또한 여기서 말하는 처짐량은 게이지가 한바퀴 돌 때마다 1mm씩 처짐이 발생된다고 하였으나, 사람이 눈으로 읽는 값이기 때문에 차이가 발생하였다고 볼 수있다. 그러나 응력과 처짐량의 관계를 통해서 우리가 흔히 보았던 콘크리트의 응력과 변형률의 도식적인 관계를 볼 수 있었다.
또한 각 파괴모드별로 파괴되는 하중 값을 보게 되면 인장측 취성파괴는 14.3tf 이고, 연성은 23.9tf, 압축측 취성파괴는 28.8 tf임을 알 수 있다. 이를 통하여 압축측일 수록 설계하중을 더욱 강하게 할 수 있으므로 주로 구조물을 설계할 때에는 압축측이 되도록 하되 비경제적인 면이 될 수 있으므로 되도록 연성파괴를 유도함을 알 수 있었다. 또한 파괴되는 모습도 연성파괴의 경우에는 휨균열 이외에도 전단철근으로 힘이 전달되면서 사인장 균열이 나타남을 볼 수 있었는데 인장측 취성파괴의 경우에는 인장측 철근에서 항복강도에 도달하여 콘크리트가 파괴되기 때문에 수직적인 파괴모습밖에 보지 못하였다.
슈미트해머의 시험의 경우는 콘크리트를 직접 부수지 않고서 콘크리트의 응력을 계산할 수 있는 장점을 가지고 있는 데 재료학회와 동경도와 스위스의 공식으로 평균을 내어 각각의 파괴 모드마다 강도를 측정을 하였다. 이 또한 우리B반이 실험한 것(연성파괴, 인장측 취성파괴)은 슈미트해머와 면이 90도가 제대로 되지 않았는지, 단면이 불균일한 곳으로 측정을 하였는지 평균값에서 20%이상으로 나가는 실험치들이 많았다. 그리하여 연성파괴에서는 결과값이 터무니 없이 큰 응력값으로 나왔다. 그중 압축측 취성파괴의 추정강도치만이 콘크리트의 14일 압축강도는 197.83 kgf/cm2 으로 비슷하게 나왔다.
이번 실험은 지금 까지 실험한 실험중에서 제일 어렵고 시간적인 여유가 없었던 실험이였다. 그러나 이번 실험을 각각의 파괴모드별로 콘크리트가 깨지는 모습이 각기 다르다는 것을 알게 되었고, 응력과 변형률의 관계 또한 알게 되었다. 더군다나 시험기간 임에도 불구하고 A반 조원들은 이른 시간부터 나와 실험준비를 하였다는 이야기를 들었다. 이 자리를 더불어 다시 한번 수고한 A반 조원들과 대학원선배님들, 또한 B반 조원들께도 감사하다.
7. 결 과
(1) R.C보 파괴실험에서 얻은 콘크리트의 파괴되는 압축강도 및 파괴 하중
파괴모드
파괴 압축강도(kgf/cm2)
파괴 하중(tf)
인장측 취성파괴
126.6
14.3
연성파괴
210.9
23.9
압축측 취성파괴
255.1
28.8
이는 설계된 보의 파괴모드 별로 파괴되는 압축강도와 파괴하중을 나타내며, 인장측의 취성파괴가 제일 적은 파괴하중을 나타낸 것을 알 수 있다.
(2) 슈미트 해머실험에서 얻은 콘크리트의 압축강도
파괴모드
압축강도(kgf/cm2)
인장측 취성파괴
181
연성파괴
312
압축측 취성파괴
203
재령 14일 콘크리트
197.83
슈미트 해머를 이용하여 얻은 측정값은 아래의 공식을 이용하여 얻은 값이며, 이들 값을 평균낸 것이 압축강도이다. 여기서 연성파괴의 값은 실제와는 많은 오차값을 보임을 알 수 있다.
a) 일본재료학회
Fc = 13Ro - 184 (㎏/㎠)
b) 동경도재료검사소
Fc = 10Ro - 110
c) 반발도-추정강도 환산표(스위스 연방재료시험소)
(3) 콘크리트의 탄성계수
후크의 법칙 을 이용하여 실험에서 측정한 변형률과 응력값으로 콘크리트의 탄성계수를 측정가능하다.
또한, 이론적인 콘크리트의 탄성계수는 아래와 같은 공식을 이용하여 구한다.
(4) 파괴모드 별 파괴되는 형상
8. 참고문헌
김성도, 정진환, 구조공학실험, 1999, 새길
TQ로 배우는 Visual 구조역학 , 최홍식 외 10명, 석학당
structual Analysis 5th , R.C.Hibbeller , Prentice Hall
응용역학, 2004, 채수하 ,성안당
http://shinj.com.ne.kr/schm.htm

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