김창수
(Chang-Su Kim)
1†iD
노정휘
( Jung-Hwi Noh)
2
김호영
(Ho-Young Kim)
3
-
(주)DM엔지니어링 전무
(Executive Managing Director, DM Engineering Co., Seoul 05288, Rep. of Korea)
-
엔케이 이앤씨(주) 사장
(President, NK E&C Co., Seoul 06651, Rep. of Korea)
-
(주)유신 과장
(Director, Yooshin Co., Seoul 06252, Rep. of Korea)
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키워드
프리캐스트 부재, 수직구, 회전연결재, bow-tie 형식, loop 형식
Key words
precast segments, vertical shafts, rotational connector, bow-tie type, loop type
1. 서 론
1.1 연구 개요
프리캐스트(precast, 이하 PC) 콘크리트는 공장 또는 제작장에서 부재를 제작한 뒤, 현장으로 운반하여 조립하는 과정으로 시공된다. 현장타설(cast-in-place,
이하 CIP) 콘크리트 부재와 비교하여 제작품질을 향상시킬 수 있으며 생산속도가 빨라 공기단축에 유리하다.
PC 구조물은 미리 제작된 세그먼트를 현장에서 조립하는 공법이므로 각 세그먼트 사이에 연결부 발생이 필연적이며, 안전성 확보를 위해서 각 부재의 연결부는
부재들 사이에서 발생하는 내력을 충분히 전달할 수 있도록 사용성 및 구조성능을 확보해야 한다.
Fig. 1 Vertical and horizontal connections of PC members
대규모 PC 부재가 사용되는 옹벽이나 터널의 수직구는 PC 부재 상하부의 수직방향 연결뿐만 아니라 좌우의 수평방향 연결도 함께 이루어지고 있다(Fig. 1). 일반적으로 수직방향 연결은 스플라이스 슬리브(splice sleeve)(Nam et al. 2015), 주름관 접합방식, 볼트와 너트를 이용한 박스 접합방식 등이 적용되며, 수평방향 연결은 루프이음(loop splice)(Kim et al. 2014)
등이 이용된다. 그러나 수직방향과 수평방향을 동시에 조립하는 경우는 연결을 위한 부재의 이동 조정이 어려우므로, 일반적인 루프이음을 적용하면 철근
사이의 간섭이 발생하게 되어 2가지 연결방식을 동시에 적용하는 것이 어렵다. 이때 수평방향 조립을 위해서 루프철근 사이에 간격을 두고 추가 철근을
용접하거나 링형(ring type) 철근으로 연결하는 방법이 제안되었다(Choi et al. 2009).
위에서 언급된 문제를 해결하기 위하여 개발된 연결상세가 회전연결재(rotational connector)이다. 이 방법은 Fig. 2와 같이 PC 부재의 연결을 위한 연결철근을 도입하지만 서로 간섭이 발생하지 않으며, 회전연결재를 삽입하고 회전시켜 손쉽게 연결할 수 있다.
Fig. 2 Installation sequence of bow-tie connector
1.2 연결부 상세
회전연결재는 Fig. 3과 같이 2가지 종류로 구분할 수 있다. 먼저 강재를 이용하여 bow-tie 형상으로 제작한 것과 철근을 이용한 loop 형상으로 제작한 것이다.
Bow-tie 형상은 구조용 강재를 가공하여 연결철근(connecting rebar)과의 간섭을 피하고 회전 이후에 연결철근과 결합을 용이하게 하기
위한 형상으로 제작되었다. 루프철근(loop rebar)은 겹침이음 길이를 고려하여 U형으로 절곡한 다음 용접하여 제작하였다.
Fig. 3 Types of rotational connector
2. 실 험
2.1 실험체 상세
2.1.1 대상 구조물
실험 구조물은 최근 대심도 터널에서 PC 부재의 적용성이 검토되고 있는 수직구를 선정하였으며, 수직구 제원은 Fig. 4와 같이 외경은 13.6 m이고 두께는 450 mm이다. 수직구의 외벽은 곡률부재이며 내부의 격벽은 직선부재이다. 따라서 전체 구간의 수직구 단면에
PC 부재를 적용하려면 곡률부재 및 직선부재에 대한 성능을 모두 검토하는 것이 필요하므로, 두 종류의 부재 형태에 대해서 실험을 계획하였다.
Fig. 4 Vertical shaft section of a deep tunnel
2.1.2 실험 변수
회전연결재의 형상은 PC 부재의 두께, 연결철근의 직경, 이음블록 크기에 따라서 조립이 가능하도록 고려되었다. 또한 연결철근과 회전연결재를 연결하는
위치에서 콘크리트 코어(concrete core)의 크기와 수직철근(vertical rebar)의 개수에 따라 성능이 달라질 것으로 예상되므로 이를
고려하여 실험변수를 선정하였다.
곡률부재는 압축력과 휨모멘트를 받게 되며 하중 증가에 따라 휨모멘트와 더불어 압축력이 증가한다. 따라서 연결부의 휨 성능을 확인하기 위해서 순수 휨모멘트를
받는 직선부재에 대한 실험을 실시하고, 곡률부재 실험에서는 축력과 모멘트를 고려한 실제 거동특성을 반영하여 성능을 확인하였다. 직접전단부재는 연결부의
경계면에서의 전단성능을 확인하였다.
주요 실험변수는 Table 1과 같이 연결부의 성능검증을 위해 연결부가 없는 CIP 부재(reference)와 PC 부재에서의 연결부 성능을 확인하기 위해 bow-tie 형상과
loop 형상의 상세(ALT)를 고려하였다. 부재의 상연에서는 콘크리트 압축으로 저항하므로 동일한 연결상세를 적용하였으며, 하연의 경우 bow-tie
또는 루프철근이 저항하게 되므로 다양한 변수를 선정하여 총 12개의 실험체를 제작하였다.
2.1.3 곡률부재
곡률부재는 Fig. 4와 같이 수직구의 실제 구조물에서 일부분을 실험체(test section)로 제작하였다. 인장을 받는 하연의 연결 상세에 따라서 PC 연결부 상세는
Fig. 5와 같이 bow-tie를 적용한 경우(ALT 1), 루프철근을 적용했을 때 콘크리트 코어가 있는 경우(ALT 2-1)와 없는 경우(ALT 3)로 구분하였다.
곡률부재의 경우 압축력과 휨모멘트를 동시에 받는 부재이므로 상연의 압축부가 먼저 파괴에 이르게 될 것으로 예상되어, 상연의 경우 수직철근 개수에 따른
변수는 제외하고 모두 동일하게 적용하였다.
Table 1 Test variables for verification of PC segment connection
Fig. 5 Details the curved member test specimens
2.1.4 직선부재
직선부재의 연결부 상세는 Fig. 6과 같이 bow-tie(ALT 1)와 3가지의 루프철근 상세를 적용하였다. 첫 번째 루프철근 상세는 철근 연결부에 콘크리트 코어가 존재하고 수직철근이
2개 있는 경우이며(ALT 2-1), 두 번째 루프철근 상세는 수직철근이 4개 있는 경우이다(ALT 2-2). 세 번째 연결상세는 콘크리트 코어가
없고 수직철근만으로 저항하는 구조이다(ALT 3). 직선부재 실험에서는 연결부 상세의 변수를 좀 더 다양하게 선정하여 휨 저항성능의 차이를 확인하고
적합한 연결부 상세를 선정하였다.
Fig. 6 Details of the straight member test specimens
2.1.5 직접전단부재
직접전단 실험은 PC 부재 연결부 경계면의 전단거동에 대한 실험이다. 직접전단 실험체는 Fig. 7과 같이 ㄱ-형상 및 ㄴ-형상의 부재를 생산한 뒤 연결부에 무수축 모르타르를 후타설 하는 방법으로 제작하였다. 주요 실험변수는 휨과 압축거동이 발생하는
부재가 아니므로 곡률부재와 직선부재와 달리 변수를 단순화하여 bow-tie(ALT 1)와 루프철근 상세(ALT 3)로 설정하였다.
Fig. 7 Details of the direct shear test specimens
2.2 실험체 제작
일반적으로 PC 부재는 고강도 콘크리트가 적용되지만, CIP 부재와의 비교 검토를 위해 전체 실험체는 압축강도 27 MPa을 적용했으며, PC 부재
연결부의 무수축 모르타르는 40 MPa을 적용하였다.
곡률부재의 실험체 제작은 Fig. 8과 같이 대심도 터널의 PC 수직구 연결부의 mock-up 시험을 위해 제작된 강재 거푸집을 사용하였다. 직선부재와 직접전단 실험체는 별도의 강재
거푸집을 사용하였으며, 사전에 제작한 철근망을 삽입하고 콘크리트를 타설하여 실험체를 완성하였다.
연결부의 타설은 곡률부재와 직선부재의 경우 Fig. 9와 같이 PC 부재 타설 및 양생 이후 부재를 세워 회전연결재를 설치한 후 무수축 모르타르를 타설하는 방법으로 진행하였다.
Fig. 8 Fabrication of the curved member
Fig. 9 Completion of the connection part
2.3 실험 계획
곡률부재의 경계조건은 실험체 상면에 하중 재하 시 부재의 축방향력이 발생하므로 양쪽 단부에서 압축력을 지지할 수 있도록 Fig. 10(a)와 같은 보강된 프레임과 회전이 가능한 힌지로 구현하였다. 상면에 재하되는 하중은 5,000 kN의 유압식 액추에이터를 사용하였으며, 수직변위 계측을
위해 실험체 하면에 LVDT(linear variable displacement transformer)를 설치하였다. 콘크리트의 압축 변형률은 실험체의
상면에 콘크리트 변형률 게이지를 부착하여 계측하였고, 하중 재하속도는 총 실험시간을 고려하여 분당 1.0 mm로 가력하였다.
직선부재의 하중은 2,000 kN의 유압식 액추에이터로 재하하고, Fig. 10(b)와 같이 일반적인 보 실험방법인 4점 재하실험을 수행하였다. 하중 재하속도는 실험시간을 고려하여 분당 1.0 mm로 가력하다가 항복 이후에는 분당
2.0 mm로 진행하였다. 직접전단부재는 실험 중 실험체의 전도를 방지하기 위해 눕혀서 측면에서 가력하였다. 가력장치는 3,000 kN급 유압잭이고
연결부의 수평변위와 부재 전체의 수직변위 계측을 위해 LVDT를 설치하였다.
Fig. 10 Schematic diagram of loading on the three member types
3. 실험 결과
실험체 제작에 사용된 콘크리트와 철근의 재료강도는 구조실험 수행 전에 압축 및 인장시험을 통하여 확인하였고, 실험 결과를 분석하는 데 이용하였다.
콘크리트의 설계기준 압축강도는 27 MPa이며, 공시체 시험결과 평균 압축강도는 34 MPa이다. 실험체에 사용된 철근은 SD400의 D13, D16,
D19, D22이며, 인장시험 결과 실제 항복강도는 각각 467 MPa, 429 MPa, 479 MPa, 477 MPa로 나타났다. Bow-tie
강재는 SM275를 적용하였고 실제 항복강도는 313 MPa로 나타났다.
3.1 곡률부재
3.1.1 CIP 부재
Fig. 11(a)에서와 같이 현장타설 부재의 거동은 하중과 처짐이 계속 증가하면서 부재 하면에 휨 균열 발생 후에 파괴되는 양상을 보인다. 곡률부재의 경우 단면 특성상
외부 하중이 증가할수록 부재에 작용하는 축력도 증가하게 되며, 작용하는 축력이 크기 때문에 갑작스러운 취성파괴의 양상을 보이는 것으로 판단된다.
Fig. 11 Test results and photograph of curved CIP member
3.1.2 PC 부재(ALT 1)
PC 부재에서 연결부를 bow-tie로 적용한 실험체 ALT 1은 Fig. 12(a)에서와 같이 하중이 증가하면서 하중과 처짐이 각각 약 540 kN, 25 mm 발생했을 때 그래프의 기울기가 변하였다. 이는 bow-tie 강재와
콘크리트 사이에서 발생하는 슬립으로 판단되며, 슬립이 발생한 이후에는 다시 안정적으로 처짐 증가와 동시에 하중이 증가하는 경향을 보였다.
하중-변위 거동을 보면 PC 부재는 CIP 부재와 달리 연결부가 존재하므로 CIP 부재보다 강성은 다소 낮게 나타나고 있으며, 연결부 사이에 슬립이
발생하고 하중과 처짐이 점점 증가한다. Fig. 12(b)에서와 같이 연결부 상연의 압축연단에서 콘크리트의 박리현상이 발생하였는데 이음블록의 부재가 35 mm로 얇기 때문이라고 판단된다. 이후 부재의 처짐은
증가하나 하중은 크게 증가하지 않았으며, 압축연단 콘크리트가 박리됨과 동시에 연결부 콘크리트에 균열폭이 점점 증가하면서 하중에 저항하지 못하기 때문인
것으로 판단된다.
Fig. 12 Test results and photograph of curved ALT 1
3.1.3 PC 부재(ALT 2-1)
연결부 상세를 루프철근으로 적용한 ALT 2-1 실험체는 콘크리트 코어가 존재하므로 연결부에서 휨모멘트가 발생할 때 콘크리트와 철근이 동시에 저항하는
구조이다. ALT 2-1 실험체는 Fig. 13(a)와 같이 하중이 증가하면서 연결부의 무수축 모르타르와 콘크리트 사이에 균열이 발생하고 그래프의 기울기 변화가 거의 없이 하중과 처짐이 증가하다가 압축연단의
콘크리트가 박리되면서 그래프의 기울기가 작아지므로 실험을 종료하였다.
Fig. 13 Test results and photograph of curved ALT 2-1
3.1.4 PC 부재(ALT 3)
연결부 상세에서 콘크리트 코어가 없는 실험체 ALT 3은 Fig. 14(a)와 같이 하중과 처짐이 증가하면서 각각 약 400 kN과 20 mm 시점에서 슬립이 발생하고 이후 다시 하중과 처짐이 동시에 증가하는 경향을 보인다.
이는 연결부에서 휨모멘트가 발생할 때 ALT 2-1과 달리 콘크리트 코어의 저항이 없고 수직철근으로만 저항하므로, PC 부재의 루프철근, 연결철근
및 수직철근 사이에서 슬립이 발생한 것으로 판단된다. 이후 하중이 점점 증가하면서 Fig. 14(b)와 같이 압축연단의 콘크리트가 박리되면서 그래프의 기울기가 점점 감소하였다.
Fig. 14 Test results and photograph of curved ALT 3
3.2 직선부재
3.2.1 CIP 부재
CIP 부재의 하중-처짐 거동은 Fig. 15(a)와 같이 전형적인 휨 부재 거동으로 나타났다. 하중과 처짐이 증가하면서 부재의 중앙부에서 휨 균열이 발생하고 부재의 강성이 감소하였다. 이후 Fig. 15(b)와 같이 하중과 처짐이 계속 증가하며 철근의 항복시점에서 부재 항복이 발생하고 휨 균열의 발생 범위도 중앙부에서 지점으로 이동하면서 점차 넓어졌다.
부재 항복 이후에 하중 증가는 거의 발생하지 않고 처짐만 계속 증가하다가 압축연단의 콘크리트 파괴로 실험을 종료하였다.
Fig. 15 Test results and photograph of straight CIP member
3.2.2 PC 부재(ALT 1)
Bow-tie 상세가 적용된 실험체 ALT 1의 하중-처짐 거동은 CIP 부재와 유사하게 전형적인 휨 부재 형태로 나타났다(Fig. 16(a)). 부재 중앙부에서 휨 균열이 발생한 이후 부재의 강성이 감소하며, 이후 하중과 처짐이 계속 증가하여 Fig. 16(b)와 같이 연결부에 균열이 발생하고 콘크리트 피복이 탈락하며, 압축연단의 콘크리트가 박리되면서 하중이 감소하였고 최대하중의 85 %까지 하중이 감소될
때 실험을 종료하였다.
Fig. 16 Test results and photograph of straight ALT 1
3.2.3 PC 부재(ALT 2-1)
루프철근 상세가 적용되고 휨모멘트에 대해서 콘크리트 코어와 수직철근이 저항하는 실험체 ALT 2-1의 하중-처짐 거동은 Fig. 17(a)와 같이 하중과 처짐이 점차 증가하면서 최대하중에 도달한 뒤 연결부 하부에 균열이 발생하고 하중이 급격하게 떨어지면서 최대하중의 85 %까지 하중이
떨어졌을 때 실험을 종료하였다.
Fig. 17 Test results and photograph of straight ALT 2-1
3.2.4 PC 부재(ALT 2-2)
루프철근 상세가 적용된 ALT 2-1과 유사하지만 실험체 ALT 2-2는 적용된 수직철근이 4가닥 배치되어 있다. Fig. 18(a)와 같이 ALT 2-2 실험체는 휨파괴 거동을 보인다. 하중과 처짐이 증가하며 휨 균열이 발생하였고, CIP 부재와 달리 연결부에서 휨 균열이 집중되었다.
최대강도 도달 이후 하중은 압축연단의 콘크리트가 박리되면서 점차 감소하였고, 최대하중의 85 % 지점에서 실험을 종료하였다.
Fig. 18 Test results and photograph of straight ALT 2-2
3.2.5 PC 부재(ALT 3)
루프철근 상세가 적용되고 휨모멘트의 저항을 수직철근만 하는 ALT 3 실험체는 Fig. 19(a)와 같이 하중과 처짐이 증가하면서 최대하중 도달 이후 하중을 유지하다가 압축연단 콘크리트의 박리현상 없이 급격하게 하중이 감소되었다. ALT 3은
PC 부재 중에서 가장 작은 최대하중 값을 보이고 있으며, 이는 콘크리트 코어가 없으므로 수직철근만 휨모멘트에 저항하기 때문으로 판단된다.
Fig. 19 Test results and photograph of straight ALT 3
3.3 직접전단부재
직접전단 실험체의 거동은 Fig. 20과 같이 하중이 점차 증가하면서 최대하중에 도달한 시점에서 연결부의 모르타르가 파괴되면서 하중이 감소하며 변위가 증가하는 것으로 나타났다. Fig. 20(a)와 같이 CIP 부재인 reference 실험체는 다른 연결부 상세가 적용된 실험체의 강도보다 다소 작게 계측되었으며, 이는 최대하중 이후 모르타르가
파괴된 뒤 발생한 균열로 인한 철근의 정착성능에 영향을 미친 것으로 판단된다.
Fig. 20 Test results of direct shear
Fig. 21 Final failure of direct shear of bow-tie
Reference 실험체와 연결부 상세가 배치된 실험체의 파괴 양상은 실험변수와 상관없이 모두 Fig. 21과 같은 파괴 거동을 보였으며 연결부 상세인 bow-tie 및 루프철근 상세는 모르타르가 파괴되어 균열이 발생하여도 루프철근에 정착되어 최대하중 이후
하중에 저항할 수 있는 것으로 검토되었다.
3.4 실험결과 분석
3.4.1 곡률부재
곡률부재는 축력과 휨모멘트가 동시에 작용하므로 실험체는 휨파괴 양상과 전단파괴 양상이 동시에 보인다. 이러한 이유로 PC 부재의 연결부 위치에서의
하중 재하점의 위치에 따라 콘크리트 박리가 발생하므로 재하 위치를 조정하여 실험을 실시하였다.
곡률부재의 경우는 축력과 모멘트의 상관관계에 의한 저항강도의 산정이 필요하며, Fig. 22의 P-M 상관도에서 저항강도를 찾을 수 있다. A점은 축력이 없는 경우 즉 직선부재의 저항모멘트이고, B점은 축력을 고려한 곡률부재의 저항모멘트로
각각 440.9 kN･m, 988.8 kN･m이다.
Fig. 22 P-M diagram of CIP member
Fig. 23 Moment-deflection curves of the curved member
곡률부재 전체의 실험결과를 발생모멘트와 저항모멘트의 비율로 Fig. 23에 도시하였다. CIP 부재인 reference 실험체와 ALT 2-1 실험체는 하중이 증가하면서 변위가 선형적으로 변하며, ALT 1과 3은 연결부의
슬립에 의한 비선형적인 특성을 보여주고 있다.
연결부가 bow-tie 상세인 ALT 1 실험체는 연결재가 강재이므로 콘크리트와의 부착력이 낮아 슬립이 발생한 것으로 판단되며, PC 부재 연결부에서
수직철근만 저항하는 상세인 ALT 3 실험체는 연결철근과 루프철근 사이에 콘크리트 코어가 없어 수직철근과 루프철근 사이에서 이동이 발생한 것으로 판단된다.
곡률부재에서의 실험결과는 이상적인 지점조건(힌지조건) 보다는 실제 지점조건이 고려되어야 한다. 실험에서 고려한 지그는 무한 강성 조건이 아니므로 부재의
축방향으로 미소한 이동이 발생하며, 또한 수직하중 재하에 따른 지점위치에서의 부재의 상향 변위가 발생한다. 이러한 영향을 고려하여 CIP 부재와 PC
부재의 상대적인 저항강도를 비교하였다.
실험에서 얻어진 발생모멘트와 이론적인 저항모멘트의 비율은 Table 2에서와 같이 65.6 %에서 78.1 %를 보여주고 있지만, 지점조건의 영향을 고려하여 상대적인 저항강도를 고려하면 CIP를 기준으로 89.5 %에서
93.1 %이다. 즉 ALT 3의 경우는 CIP 부재와 7 % 정도의 저항강도 차이가 있는 것으로 파악되었다.
Fig. 24는 bow-tie 연결 상세를 갖는 ALT 1의 변형률 분포이다. 연결철근의 항복변형률은 2,145×10-6이지만 부재가 극한에 도달하였음에도 불구하고
LT 위치(하부 루프이음의 상단부)의 변형률이 약 1,700×10-6이므로 항복에 도달하지 않았으나, 항복변형률이 1,565×10-6인 강재 bow-tie는
대부분 위치에서 2,000×10-6~6,880×10-6의 변형률을 보여 항복한 것으로 나타났다.
Table 2 Moment resistance of the curved member
|
-
|
Ideal
|
CIP
|
ALT 1
|
ALT 2-1
|
ALT 3
|
|
Moment
(kN･m), (%)
|
988.8
(100)
|
772.2
(78.1)
|
691.4
(69.5)
|
648.9
(65.6)
|
718.9
(72.7)
|
|
Ratio (%)
(ALT/CIP)
|
-
|
100
|
89.5
|
84.0
|
93.1
|
Fig. 24 Strain of rebar and bow-tie at ALT 1
3.4.2 직선부재
CIP 부재인 reference 실험체의 최대하중은 642 kN으로 이론적인 저항강도로 환산한 476.6 kN의 135 %로 검토되었다. PC 부재는
콘크리트 코어와 수직철근 4가닥이 저항하는 ALT 2-2의 최대하중이 391 kN(저항강도의 82 %)으로 가장 크게 나타났다. 콘크리트 코어와 수직철근
2가닥이 저항하는 ALT 2-1의 최대하중은 315 kN(저항강도의 66 %), bow-tie 상세를 적용한 ALT 1는 274 kN(저항강도의 58
%), 루프철근 상세에서 수직철근 2가닥이 저항하는 ALT 3는 184 kN(저항강도의 39 %) 순으로 나타났다(Fig. 25). 직선부재는 부재에 축력이 작용하지 않으므로 PC 부재의 연결부 상세에 따른 강도 차이가 확실하게 구분되는 것을 알 수 있다.
Fig. 25 Moment-deflection curves of the straight member
3.4.3 직접전단부재
직접전단부재는 KDS 14 20 22 콘크리트구조 전단 및 비틀림 설계기준의 전단마찰 강도 산정식과 실험결과를 비교할 수 있다(KCI 2022). 여기서 적용한 마찰계수 $\mu$값은 일체로 친 콘크리트 기준인 1.4를 적용하였으며, 이는 하중의 중심이 되는 부분은 일체로 타설했기 때문이다.
설계식과 실험값을 비교하면 그림 Fig. 26과 같이 연결부 상세가 적용된 실험체 ALT 1, ALT 3은 일반 직선철근이 배치된 reference 실험체보다 약 5~6 % 정도 높은 강도를
보였으며, bow-tie가 적용된 ALT 1 실험체는 설계식의 1.85배, 연결철근이 적용된 ALT 3 실험체는 설계식의 1.69배 더 크게 나타났다.
Fig. 26 Shear-deflection curves of the direct shear member
4. 결 론
프리캐스트 부재의 연결에 있어서 상하부 수직방향 연결과 좌우 수평방향 연결이 동시에 발생할 경우 회전연결재가 적용된 연결부의 성능을 평가하였다. 곡률부재,
직선부재의 연결부 성능검증과 직접전단 실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻게 되었다.
1) 곡률부재에서는 수직철근과 콘크리트 코어가 동시에 저항하는 루프철근 상세가 적용된 실험체(ALT 2-1)는 CIP 부재와 유사한 초기강성을 보였다.
그러나 표면이 매끈한 강재로 제작된 bow-tie 실험체(ALT 1)와 수직철근만 저항하는 루프철근 상세가 적용된 실험체(ALT 3)는 하중이 증가하면서
연결부에서 슬립이 발생하는 것으로 나타났다.
2) 곡률부재의 이론적인 저항강도 대비 최대 발생강도는 CIP 부재 78.1 %, PC 부재에서는 65.6 %에서 72.7 %로 나타났다. 곡률부재
실험에서 지점조건의 영향을 고려하여 실험결과를 CIP 기준으로 비교하면 ALT 1, 2-1, 3의 경우 각각 89.5 %, 84.0 %, 93.1
%이다. 축력과 휨모멘트를 받는 동시에 받는 곡률부재의 특성상 연결부 상세에 따른 최대 발생강도는 크게 차이가 나지 않으며, 가장 작은 경우가 ALT
2-1로 CIP 부재 대비 84.0 %이다. 즉, 어떠한 연결상세를 적용하더라도 80 % 이상의 저항강도를 보인다.
3) 직선부재의 경우 이론적인 저항강도와 비교를 해보면 CIP 부재의 최대 발생강도는 135 %로 크게 나타나고 있다. Bow-tie를 적용한 PC
부재(ALT 1)의 최대 발생강도는 58 %, 콘크리트 코어와 수직철근 2가닥이 저항하는 ALT 2-1는 66 %, 콘크리트 코어와 수직철근 4가닥이
저항하는 ALT 2-2는 82 %, 수직철근만 저항하는 ALT 3는 39 % 수준이다. 따라서 ALT 2-2와 같은 연결상세를 적용한 직선부재의 경우
80 % 이상의 저항강도를 보인다.
4) 직접전단부재는 연결부 상세가 적용된 실험체가 reference 실험체보다 5 %에서 6 % 정도 높은 강도를 보여주고 있다. 또한 설계기준에서
제시된 강도와 실험 결과를 비교하면 실험강도가 설계식의 강도보다 1.69~1.85배 더 크게 나타나는 것으로 나타났으므로 전단 성능은 매우 우수한
것으로 판단된다.
5) PC 부재의 연결부 성능은 일체로 친 콘크리트 부재와 동등 이상을 보이는 것이 적절하지만, 본 연구에서는 수직방향 연결부와 동시에 수평방향 연결부가
있는 제한적인 경우에 대한 것이다. 휨저항 성능에서는 곡률부재의 경우 CIP 부재 대비 최대 93 %, 직선부재는 최대 82 %의 저항강도를 가지는
연결부 상세가 가능하며, 단면력이 작은 위치로 연결부를 조정하면 실적용에 문제없을 것으로 판단된다.
감사의 글
이 논문의 실험은 아이에스동서(주)와 엔케이 이앤씨(주)의 지원을 받아 수행되었으며, 실험을 위해 도움을 주신 모든 분께 감사를 드립니다.
References
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