Behaviors of Joints with Perfobond Rib Shear Connectors in Steel-PSC Hybrid System

Perfobond Rib을 적용한 강-PSC 혼합구조 연결부의 거동 평가

  • 김상효 (연세대학교 사회환경시스템공학부) ;
  • 이찬구 (연세대학교 사회환경시스템공학부, GS건설 기술본부 토목구조팀) ;
  • 윤지현 (연세대학교 사회환경시스템공학부) ;
  • 원정훈 (연세대학교 사회환경시스템공학부)
  • Received : 2009.06.12
  • Accepted : 2009.10.17
  • Published : 2009.12.27

Abstract

This paper studies the behavior of joints in steel-PSC (prestressed concrete) hybrid beams, which is necessary for the application of hybrid beams to spliced girder bridges, and proposes a new type of joint with improved construction convenience and structural behavior. In the proposed joint, perfobond rib shear connectors are attached to the upper and lower plates, which are expanded from the steel girders and located between the steel girder and the PSC girder. The experimental tests were performed on hybrid beams with the suggested joint. The results showed that all the beams had similar ultimate strengths and failure modes, due to the failure of their PSC parts. The composite action of the perfobond ribs was verified by examining the initial stiffness and cracks of the test beams. In addition, the test beams showed a higher degree of ultimate strength than the beams with stud shear connectors in the joints that had been previously studied. Thus, the proposed joint is effective for the steel-PSC hybrid beam.

본 연구는 강-프리스트레스 콘크리트(PSC) 혼합구조 보를 분절형 교량에 적용하기 위해 필수적으로 요구되는 이종 부재간의 연결에 대한 기초연구로써, 연결부 거동과 시공성을 향상시키기 위해 연결부 상․하부 플레이트에 perfobond rib 전단연결재를 설치한 강-PSC 연결부를 제안하였다. 제안된 연결부가 설치된 보 실험체들을 제작하여 하중재하실험을 통해 연결부의 성능을 확인한 결과, 모든 실험체에서 연결부의 파괴 없이 연결부 인접 PSC부에서 실험체의 파괴와 극한강도가 나타났다. 합성 작용에 의하여 실험체의 초기 강성은 우수한 것으로 나타났으며, 균열의 진전 형상도 전형적인 휨 균열 형상을 나타내었다. 또한, 기존 스터드를 적용한 실험체 이상의 강도를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 그러므로 제안된 연결부는 혼합구조 연결부에 효과적으로 적용 가능하다고 판단된다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : GS건설, 삼표이앤씨, 연세대학교

References

  1. 건설교통부 (2005) 도로교설계기준, 한국도로교통협회
  2. 강균희 (2006) Perfobond 전단연결재의 거동에 관한 실험적 연구, 석사학위 논문, 연세대학교
  3. 김광수, 정광회, 심정욱, 유성원 (2008) 프리스트레스트 콘크리트-강 혼합거더의 휨 실험 및 경계면 수평계수 분석, 한국콘크리트학회 논문집, 한국콘크리트학회, 제20권, 제2호, pp.231-237 https://doi.org/10.4334/JKCI.2008.20.2.231
  4. 김상효, 안진희, 정치영, 최규태, 이찬구 (2009) 콘크리트 강도 변화와 2열 배치된 Perfobond rib 전단연결재의 극한강도 평가, 2009년 학술대회발표집, 한국강구조학회, pp.3-4
  5. 노병철, 조성용, 박현철, 김문겸 (2007) 전.후면판 공용방식 접합부를 갖는 강-PSC 혼합구조의 휨 및 전단거동, 한국구조물진단학회 논문집, 한국구조물진단학회, 제11권, 제6호,pp.201-212
  6. 심현섭 (2007) 전단스터드의 변형특성에 관한 유한요소해석-고강도 콘크리트를 사용한 합성보-, 한국강구조학회 논문집, 한국강구조학회, 제19권, 제5호, pp.473-482
  7. 윤익중, 노병철, 김문겸, 조성용 (2008) 혼합구조의 성능 향상을 위한 개선된 접합부의 개발 (II): 개선된 접합방식의 성능 확인을 위한 모형실험 및 해석, 대한토목학회 논문집, 대한토목학회, 제28권, 제2A호, pp.207-214
  8. 윤지현, 원정훈, 박세준, 김상효, 이찬구 (2008) 스터드 전단연결재를 적용한 강-PSC 복합구조 연결부의 거동에 관한 실험적 연구, 2008년 가을 학술발표논문집, 한국구조물진단유지관리공학회, pp.349-353
  9. 홍성걸, 양동현, 정종현, 임병호 (2007) 층고 절감을 위한 하이브리드 보의 휨 거동에 관한 실험적 연구, 한국콘크리트학회논문집, 한국콘크리트학회, 제19권, 제5호, pp.557-567 https://doi.org/10.4334/JKCI.2007.19.5.557
  10. Ashour, S. A. (2000) Effect of Compressive Strength and Tensile Reinforcement Ratio on Flexural Behavior of High-strength Concrete Beams, Engineering Structures, Vol. 22, No. 5, pp.413-423 https://doi.org/10.1016/S0141-0296(98)00135-7
  11. Dunai, L., Fukumoto, Y. and Ohtani, Y. (1996) Behaviour of Steel-to-concrete Connections under Combined Axial Force and Cyclic Bending, Journal of Constructional Steel Research, Vol. 36, No. 2, pp.121-147 https://doi.org/10.1016/0143-974X(95)00005-G
  12. Hino, S., Hamada, S., Kaneyuki, K., Hasegawa, H., and Nakano, H.(1985) Flexural Behavior of Mixed Steel-Concrete Beams with Various Joints, Memoirs of the Faculty of Engineering in Yamaguchi Univeristy, Vol. 35, No. 2, pp.291-299
  13. Matsuishi, M., Hattori, Y., Iwata, S., Ishihama, T., Yamamoto, T. and Kitazono, M. (1985) Ultimate Strength of Composite Steel-Concrete Structure of Sandwich System, Journal of the Society of Naval Architects of Japan, Vol. 157, pp.233-230
  14. Oguejiofor, E. C. and Hosain, M. U. (1995) Tests of Full-size Composite Beams with Perfobond Rib Connectors, Canadian Journal of Civil Engineering,Vol. 22, pp.80-92 https://doi.org/10.1139/l95-008
  15. Oguejiofor, E. C. and Hosain, M. U. (1997) Numerical Analysis of Push-Out Specimens with Perfobond Rib Connectors, Computers and Structures, Vol. 62, No.4, pp.617-624 https://doi.org/10.1016/S0045-7949(96)00270-2
  16. Teo, D. C. L., Mannan, M. A. and Kurian, V. J. (2006) Flexural Behaviour of Reinforced Lightweight Concrete Beams Made with Iil Palm Shell, Journal of Advanced Concrete Technology, Vol. 4, No. 3, pp.459-467 https://doi.org/10.3151/jact.4.459
  17. Zimmerman, T. (1993) Development and Testing of a Composite Ice-Resisting Wall, Ph.D. Dissertation, University of Alberta, Canada