In this dissertation, material properties of high strength concrete and the shear strength of reinforced high strength concrete beams are investigated experimentally, and a rational and accurate equation for prediction of shear strength of reinforced concrete beams is derived based on basic shear transfer mechanisms and modified Bazant's size effect law. For the structural application of high strength concrete, several material properties such as long-term strength and workability of fly ash high strength concrete, strength development of high strength concrete containing silica fume, and flowing characteristics of flowing high strength concrete are firstly investigated. Twenty singly reinforced high strength concrete beams without web reinforcement are tested to investigate their behavior and to determine their ultimate shear capacities. Test variables are longitudinal steel ratio, shear span to depth ratio, and effective depth. Test results are analyzed and compared with the strengths predicted by ACI code equation, CEB-FIP model code equation, Zsutty's equation, Bazant's equation, and the proposed equation. ACI code equation underestimates the effects of longitudinal steel ratio and shear span to depth ratio, and is not safe for the largest beams. Within the scope of this study, there is not clear difference in size effect with increasing compressive strength of concrete. The proposed equation includes the effects of concrete strength, longitudinal steel ratio, shear span to depth ratio, and effective depth. To reflect the varying effect of concrete strength, failure mode index is introduced. The proposed equation is compared to several well-known equations with extensive experimental data available in the literatures. As a result, the accuracy of the proposed equation is better than that of any other equation. In addition to the originally proposed equation, a simplified design equation is also derived for practical use within the limited range of effective depth.
본 논문에서는 고강도 콘크리트의 재료 특성 및 고강도 철근콘크리트 보의 전단강도 특성을 실험적으로 연구하였으며, 전단 전달 메카니즘과 수정된 크기효과 법칙에 근거하여 철근콘크리트 보의 전단강도를 예측하기 위한 모델식을 제안하였다. 고강도 콘크리트의 구조적 적용을 위한 재료 특성 분석 연구의 일환으로 플라이애쉬 고강도 콘크리트의 장기강도 및 작업성 특성, 실리카흄을 사용한 고강도 콘크리트의 강도 발현 특성, 고강도 유동화 콘크리트의 유동 특성 등에 관한 연구를 수행하였다. 고강도 철근콘크리트 보의 거동 및 전단강도 특성 분석을 위하여 주철근비, 전단스팬비 및 보 유효깊이를 변수로 두고 총 20 개의 보 실험체를 제작하여 실험을 수행하였다. 실험 결과는 ACI 규준식, CEB-FIP 모델식, Zsutty 식, Bazant 식 및 제안식의 예측값들과 함께 비교, 분석되었는데, ACI 규준식의 경우, 주철근비 및 전단스팬비의 효과를 과소평가할 뿐만 아니라 대형 보의 경우 안전측이 아니어서 이에 대한 고려가 필요할 것으로 사료된다. 또한, 본 연구의 범위에서는 전단강도의 크기효과에 있어서 강도 수준에 따른 유의할만한 차이가 나타나지 않았다. 철근콘크i}�n} 보의 전단강도 예측을 위하여 제안된 모델식은 콘크리트 압축강도, 주철근비, 전단스팬비 및 보 유효깊이의 효과를 고려해 주고 있으며, 파괴모드 지수를 도입하여 파괴 모드의 변화에 따른 콘크리트 강도의 효과 변화를 반영하였다. 제안식의 정확도 및 타당성을 검증하기 위하여 다른 모델식들과의 비교, 검토를 수행하였는데, 본 모델식은 압축강도, 주철근비, 전단스팬비, 유효깊이 등 각 요인이 전단강도에 미치는 영향을 적절하게 평가하였으며, 비교된 모델식 중 가장 높은 정확도를 나타내었다. 한편, 제안된 모델식의 단순화를 통하여 실제 구조물의 설계에 사용하기 위한 전단강도 설계식을 유도하였다.
