부착(Bond), 정착(Anchorage), 부착성능(Bond Performance), 정착성능(Anchorage Performance)
안녕하세요...
오늘은 철근콘크리트구조를 형성하기 위한 가장 기본이 되는
부착과 정착의 개념에 대해 간단히 포스팅해보도록 하겠습니다.
철근콘크리트구조는 RC조(Reinforcement Concrete Structure)라고 하는 데
콘크리트에 철근으로 보강된 합성구조인 셈입니다.
그래서 콘크리트와 철근이 합쳐지면서 합성할 때의 가장 기본이 되는 것이 부착의 개념입니다.
부착은 쉽게 이해하자면 접착이라고 생각하시면 됩니다.
부착은 영어로 Bond라고 하는 데요..
우리가 생각하는 그 본드입니다. 강한 접착제의 본드를 생각하면 부착의 개념이
궁금 이해될 것 같습니다.
보통 부착은 일정 면적당에 미치는 강한 접착력으로 표시되기 때문에 응력(Stress)의 개념으로
말하는 것이 통상적입니다.
콘크리트로 싸져 있는 철근의 주변 표면적에 생기는 전단응력을 보통
부착응력(Bond Stress)라고 합니다.
극한강도설계법에서는 철근이 먼저 항복하고 난후 부착파괴가 일어나는 것을 전제로 합니다.
더 쉽게 이해하자면 철근주위에 콘크리트하고 떨어지 않을려는 하는 힘이라고 생각하시면 되고
쉽게 부착력 또는 접착력이라고 생각하면 될 것 같습니다.
부착이 이해가 되면 바로 이어서 이해가 되야 할 것이 정착인데 영어로는 앵카링할 때 Anchorage입니다.
영어 그대로 배가 어느 한 곳에서 움직이지 않고 싶을 때 앵카(Anchorer)를 내려
움직이지 않게 하는 데 그때의 앵카 개념입니다.
철근콘크리트 부재로 설명을 하면 콘크리트에 묻혀 있는 철근이 하중을 받을 때 뽑히거나
미끄러지는 변형이 발생하지 않고 철근이 항복강도에
이를때 까지 뽑히지 않고 콘크리트에 묻혀 있는 것을 정착이라고 합니다.
이때, 항복된다는 것은 더이상 견디지 못하고 철근이 엿가락처럼 늘어지기 시작한
그때의 상태가 항복상태의 시작점입니다.
그래서 정착의 개념은 곧 얼마만큼의 길이로 묻혀 있느냐로 결론지게 되는 데요..
이를 기본정착길이(Ldb : Length of develope base)라는 개념으로 사용되는 데요..
이때는 또 정착을 Anchorage 보다 Develope의 용어를 사용하고 있습니다.
모두 동일한 상황의 용어로 사용되고 있습니다.
부착(Bond), 정착(Anchorage), 부착성능(Bond Performance), 정착성능(Anchorage Performance)
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기본정착길이는 그림에서 보는 것과 같이 철근의 크기와 철근의 강도,
콘크리트의 압축강도 등에 의해 결정이 되는 데요..
보통 그림에서 처럼 철근이 뽑힐려고 하는 힘에 따라 부착응력이 생기고
인장력(T)는 철근의 단면적(As)와 철근의 항복강도(fs)의 곱으로 나타냅니다.
이 둘을 곱하면 단위가 하중단위로 바뀌면서 하중이 됩니다.
이와 평행하여 힘을 발휘하는 철근의 부착강도는 철근의 둘레에 정착길이를 곱하고
평균부착응력값을 곱하여 최종 부착강도의 값으로 나타나는 데
평균부착응력값은 여러실험을 거쳐 콘크리트강도에 영향을 받는 Ud값(또는 Ua 또는 U)
최종적을 곱합값으로 부착강도값이 산정이 되고
이 두가지 값들이 평행한 상태일 때 철근이 뽑히지 않은 상태로 가만히 있게 됩니다.
부착력이 파괴될 때를 생각해보면 더 부착과 정착의 개념을 이해하기가 더 쉬울 거 같습니다.
만약, 철근을 인발 즉 잡아 당기면 더 이상 철근이 부착력(접착력)을 상실하고 뽑히는 데
이때 뽑힐 때의 파괴를 부착파괴라고 합니다.
일반적으로 이때의 파괴를 뽑힘부착파괴 또는 뽑힘파괴라고 합니다.
부착파괴에는 뽑힘부착 파괴와 쪼갬부착파괴가 2가지 파괴형태로 있습니다.
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첫번째 뽑힘부착파괴는 철근의 마디 마디사이의 콘크리트가 지압에 저항하지 못하고
철근이 뽑히는 파괴를 뽑힘부착파괴라고 합니다.
철근을 씨고 있는 콘크리트 두께가 두꺼운 경우나 철근 사이의 간격이 넓은 경우,
횡방향철근에 의해 싸져 있거나 철근의 리브나 마디가 필요이상 깊을 경우는
보통 뽑힘부착파괴가 일어나껬지요..
두번째 쪼갬부착파괴는 앞에 경우의 반대로 철근을 싸고 있는
철근이 얇을 경우나 철근의 간격이 좁을 경우일 대 쪼갬부착파괴가 발생하는 데요..
단면을 기준으로 서로 쪼개진다고 해서 쪼갬파괴 또는 쪼갬부착파괴라고 합니다.
보의 상 하부의 파괴는 보통 쪼갬부착파괴가 일어납니다.
CH건설기술에서는 135도 갈고리 대체용 원터치-RC클립을 개발할 때 철근상세에
관한 문제이기도 하고 건축구조기준에서도 제시하는 기준이 있어서 기본적인 실험을 해야 했기
때문에 (건축구조기준 구조검사 및 실험 KDS 41 10 10 : 2022 10.의 대안실험 10.1 일반사항
(1)공사시공자는 인증된 기준이 없는 재료나 조립품을 적용할 경우에 필요한 실험과 조사의 기준을
제시하고 그 품질과 사용법에 대한 공인시험검사기관의 시험결과와 관련 전문학술단체가 승인한
구조성능검증보고서를 구비하여야 한다.)
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135도 갈고리가 콘크리트에 묻혀서 발생하는 부착력에 의한 확보된 정착길이의
정착성능을 확인하기 위해 정착성능검증을 시행하였습니다.
이때의 정착성능 검증은 횡철근이 싸고 있는 주철근이 휘어서(좌굴) 밖으로서
나갈려는 것을 저지하기 위한 135도 갈고리의 정착성능을 검증한 셈입니다.
정착을 더 이해할려면 확대머리 이형철근 정착길이를 설명하면서 정착의 개념을 이해하는 것이
보다 쉽게 잘 전달될 것 같네요.
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확대머리는 철근 끝에 동그란 쇳덩어리를 달아서 철근이 잘 뽑히지 않게 하는 장치인데요..
이때 확대머리를 가진 철근의 정착길이를 산정할 때도 보면 철근의 직경과
철근의 항복강도에는 비례하고 콘크리트강도에는 보통 반비례함을 알 수 있습니다.
모든 정착길이의 산정할 때 역학적인 개념은 동일합니다.
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인장이형철근의 정착길이나 압축철근의 정착길이나 표준갈고리를 갖는
인장철근의 정착길이 산정이나 모든 개념은 철근의 직경이 크고 항복강도가 클수록
정착길이가 길어져야 하고 콘크리트강도가 크면 정착길이는 작아지는 동일한 개념입니다.
이 확대버리를 가진 철근의 정착길이 산정할 때를 보면 정착을 더 쉽게 하게 되는 데요..
확대머리 사용에 제한이 있습니다.
확대머리를 사용할려면
1. 철근 항복강도가 400MPa이하의 일반철근을 사용해야 하는 데 그 이유는 앞에서 설명했듯이
콘크리트에 묻혀 있는 철근이 하중을 받을 때 뽑히거나 미끄러지는 변형이 발생하지 않고 철근이
항복강도에 이를때 까지 뽑히지 않도록 콘크리트에 묻혀 있는 것을 정착이라고 했으니까
500MPa이상의 고강도철근을 사용하면 뽑히고 나서도 철근이 항복하지 않는 것을 방지하기 위함입니다.
2. 동일한 개념으로 콘크리트 강도도 40MPa이하라고 제한을 두는 데 이것도 1번항과 같은 개념입니다.
뽑히기전에 콘크리트가 파괴되거나 철근이 항복하지 않게 하기 위합니다.
3. 철근 지름도 이런 개념으로 35mm이하로 제한을 하고 있습니ㅏㄷ.
4. 당연히 경량콘크리트는 적용 불가하고요
5. 확대머리의 순지압면적은 최소한 철근지름의 4배이상이어야 합니다.
6. 확대머리를 가진 철근의 충분한 부착력을 발휘시키기 위해 철근의 순간격은 철근의
4배이상되어야 하고 콘크리트의 순피복두께는 철근지름의 2배 이상은 되어야 합니다.
오늘 포스팅은 여기까지 하고 이어서 부착과 정착에 대해서 계속 포스팅해보겠습니다.
감사합니다.
