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건축이야기

철근콘크리트의 부착력

by 왔썹 2021. 3. 28.

초고층 구조물들이 증가하면서 각 철근콘크리트 부재가 감당해야 하는 응력은 늘어나고, 각 부재의 설계 시 철근의 양은 증가하며 부착력에 대한 관심이 필요하다.

철근콘크리트의 부착력은 콘크리트의 압축강도, 피복두께, 철근의 직경 및 형상, 구속 철근의 유무 등에 영향을 받는다. 

 

 

콘크리트의 압축강도의 영향

부착 응력은 미끄럼량과 콘크리트의 강도의 증가와 함께 증가한, 압축강도가 증가하는 비율만큼 증가하지 않는다. 또한 철근의 직경과 피복두께가 일정할 때 콘크리트의 압축강도가 증가하면 최대 부착 응력과 임계 변위가 발생하는 순간의 부착 응력은 강도의 증가에 따라 함께 증가하며, 최대 부착 응력은 콘크리트의 압축강도가 증가함에 따라 비례하여 증가하는데, 최대 부착 응력의 증가폭은 콘크리트의 피복두께가 깊지 않은 경우에 큰 것으로 나타난다.

 

 

 

 

콘크리트 피복두께의 영향

콘크리트 피복두께와 부착 응력의 관계에서 피복두께가 두꺼울수록, 철근의 직경이 작을수록 부착강도는 증가하는데, 철근의 직경이 커질수록 피복두께의 영향이 증가한다.

피복두께의 변화에 따른 부착 응력은 피복두께가 증가하는 데 따라 최대 부착 응력 및 임계 부착 응력이 증가하는데, 콘크리트의 압축강도가 낮은 경우, 더욱 큰 영향을 가지며, 압축강도가 강해질수록 영향력은 작아지는데, 90 MPa의 고강도 콘크리트까지는 최대 부착 응력이 크게 증가하지만, 90 MPa를 넘어가면 부착 응력의 증가량은 감소한다. 부착 응력은 피복두께의 증가에 따라 최대 부착 응력이 증가하는데, 고강도 영역에서는 40㎜이상이 되더라도 최대 부착 응력의 증가는 확연히 감소한다. 피복 두께비 1.8까지는 미끄러짐 양이 증가하며 1.8 이상에서는 미끄러짐이 감소한다. 또한 피복 두께비 1.5까지는 부착 응력의 증가를 나타내지만, 그 이상은 부착 응력의 상승에 영향을 미치지 않는다.

 

 

 

철근 직경의 영향

철근 직경과 부착 응력의 관계에서 철근의 직경이 작은 경우가 큰 경우보다 더 큰 부착 응력을 가진다. 이런 이유로 적은 수의 큰 철근보다 많은 수의 직경이 작은 철근의 사용이 유리하다. 철근의 직경은 고강도일 경우보다 저강도일 때 최대 부착 응력에 크게 영향을 미치며, 피복두께가 충분히 확보된 경우, 철근 직경의 최대 부착 응력에 대한 영향력은 작아진다. D13의 부착 응력은 D22보다 1.02배~1.74배 높다.

 

 

 

콘크리트의 영향

초기 재령 별 부착 응력 비는 26 MPa 콘크리트의 경우, 3일, 7일에서 각각 65.2%, 86.4%, 41 MPa 콘크리트의 경우, 79.7%, 96.2% 로 나타난다. 또한 물-시멘트 비 60%인 경우, 28일 이상의 재령에서 최대 부착 응력의 차이가 작지만, 물-시멘트 비 40%에서 재령에 따른 부착 응력은 차이를 보이며, 비율이 낮아질수록 최대 슬립량은 감소한다.

콘크리트의 슬럼프는 부착강도에 영향을 주는데, 콘크리트는 타설 후, 침하와 블리딩이 시작하는데, 침하는 철근 하부에 틈을 남기며, 블리딩은 철근 아래에 모이게 되는데, 슬럼프가 클수록 침하와 블리딩은 경향은 커진다. 이런 현상은 부착 감소를 초래하고, 이는 상부 철근에 더 민감하게 나타난다.

 

 

 

정착 길이

정착 길이가 짧을수록 부착 응력의 분포가 균일하며, 부착 응력은 높지만, 부착력은 정착 길이가 길수록 커진다. 정착 길이는 일정한 길이가 되면 철근의 항복과 동시에 부착 파괴가 일어나는데, 이 길이를 정착 길이로 한다. 철근의 변위는 화학적 부착력이 부착성능에 영향을 주지 못하고 마찰의 단계로 넘어갈 때 크게 증가하며, 임계점의 부착 응력의 평균치는 최대 부착 응력의 약 40%이다.

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