전단보강 배근형상에 따른 무량판 슬래브-기둥 접합부의 구조 성능 평가
Structural Performance of Flat-Plate Slab–Column Connections with Different Shear-Reinforcement Configurations
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초록
무량판 슬래브–기둥 접합부에서는 뚫림전단 파괴가 여전히 지배적인 한계상태로 남아 있다. 본 연구는 전단보강근 배치 형상이 뚫림전단 저항, 연성 및 파괴거동에 미치는 영향을 규명하고자, 중력하중 조건에서 실규모의 1/2 축소모형 4체에 대한 정적 실험을 수행하였다. 실험체 변수는 전단보강 유무와 전단보강근 배치 형상(전단보강비 ρsr ≈ 0.5–1.0%)이다. 하중–변위 거동, 철근 및 전단보강근 변형률, 균열 패턴을 분석한 결과, 모든 전단보강 상세는 무보강 기준체 대비 초기 뚫림전단 강도를 3–8% 수준으로만 증진시키는 데 그쳤으나, 최대내력 이후변위·회전 능력이 크게 향상되어 연성은 약 2.1–2.4배 증가하였다. 이에 따라 파괴모드는 취성적인 뚫림전단 파괴에서 인장 막작용(tensile-membrane action)이 지배적인 연성 압괴 파괴로 진전되었다. 한편 KDS 14-2025, ACI 318-19, Eurocode 2의 뚫림전단 설계식을 이용한예측치는 실험 강도를 15–28% 과대평가하였으며, 이는 인장 주철근비에 대한 과도한 의존성과 전단보강 배치에 따른 막효과를 충분히 반영하지 못한 데 기인하는 것으로 판단된다.
Abstract
Brittle punching-shear failure remains the governing limit state in flat-plate slab–column connections. This experimental study investigates the effect of shear-reinforcement configuration on punching resistance, ductility, and failure behavior. Four half-scale specimens were tested under concentric column loading: one unreinforced reference slab and three specimens reinforced with shear bars arranged in orthogonal, radial, and diagonal-hoop configurations (reinforcement ratio ρsr ≈ 0.5–1.0%). Structural responses such as load–displacement behavior, reinforcement strain, and crack patterns were evaluated. While all configurations produced only a modest increase in initial punching strength (3–8% above the reference), they significantly enhanced post-peak ductility, with ultimate rotation capacities increasing by 2.1–2.4 times. The failure mode transitioned from brittle cone breakout to a ductile crushing governed by tensile-membrane action. Comparisons with predictions from KDS 14-2025, ACI 318-19, and Eurocode 2 revealed that existing design formulas overestimated strength by 15–28%, primarily due to overreliance on flexural reinforcement ratio and neglect of configuration-induced membrane effects. The findings highlight the need for refined design provisions that explicitly incorporate the influence of reinforcement configuration on punching performance.