3.2.1 콘크리트의 압축강도 시험

합성슬래브 실험체 제작에 사용된 콘크리트의 기계적 성질 을 파악하기 위해 콘크리트 공시체 압축강도시험을 실시하였 다. 집수정 주변에 사용하는 버림 콘크리트를 기준으로 하여 콘크리트는 설계기준강도 18MPa로 계획하여 공시체는 KS F 2404에 따라 원주형 공시체(100mm× 200mm, 직경×높이)로 1 차 시험에서 총 10개, 2차 시험에서는 총 6개의 공시체를 제작 하였다. 공시체의 압축강도 시험결과는 Table 3과 같이 1차 시 험의 경우 평균압축강도는 11.40MPa로 설계기준강도의 63% 수준으로 낮게 나타났으나, 2차 시험의 경우 평균압축강도는 16.02MPa로 설계기준강도의 약 90%수준으로 상향되어 나타 났다. Table 3에서 2차 시험의 3번 시험체의 경우 압축강도 시 험 시, 편심이 작용하여 작게 나타난 것으로 판단된다. 28일기 준강도 기준으로 3번 시험체를 제외한 1번~6번 시험체의 평 균값인 16.02MPa을 현행기준의 내력평가식에 적용하였다.

3.2.2 데크플레이트 및 합성슬래브의 휨실험 결과

데크플레이트 및 합성슬래브의 휨실험 결과는 Table 4에 정리하였다. 대표적인 실험체 파단양상 및 하중-변위관계 곡 선을 Fig. 6과 Fig. 7에 각각 나타내었다. 데크플레이트 실험체 는 가력초기에 탄성적 거동을 나타내다가 하중증가에 따라 가력점에서의 처짐 및 국부좌굴이 진전·확대되면서 최대 내 력점에 도달하였다. Fig. 7에서 보는바와 같이 하중-변위곡선 에서 콘크리트가 없는 강판만 있는 PWT2S 시리즈 실험체가 지지되는 골의 수가 두 개이므로 지지골이 한 개인 PWT1S 시 리즈 실험체보다 구조성능이 우수한 것으로 나타났다.

PWT1S 시리즈 실험체는 가력점 양단의 골 경계부근에서 좌굴로 내력이 감소하였고, PWT2S 시리즈 실험체는 중앙의 두 개의 골 부근에서 처짐과 국부좌굴로 최대내력이 결정되 었다. 실험체의 파괴양상은 대부분의 중앙부 가력점 부근에 서는 콘크리트 휨균열 또는 휨전단 균열이 발생하였으며, 하 중이 증가함에 따라 균열의 폭도 점점 커지는 양상을 나타내 었다. 강판과 콘크리트 슬래브 실험체는 중앙부 가력점 하부 의 콘크리트의 균열로 최대내력을 결정하였고, 최대내력 결 정 이후에도 하부 데크(강판)의 구속효과로 급격한 하중의 감 소 없이 완만하게 내력이 감소하는 경향을 보였다.

PWT1SB 시리즈 실험체는 초기균열 발생이후 하중의 증가 와 함께 콘크리트와 데크플레이트의 분리현상이 발생하기 시 작하면서 사인장 방향의 휨전단균열이 발생하여 상부콘크리 트의 압괴를 동반하여 최대내력에 도달하였다.

PWT2SB 시리즈 실험체는 중앙부와 가력점 부근에서 수직 휨균열로 초기균열이 발생한 후 최대내력에 도달하였다.

PWT2SBL2 시리즈의 실험결과, PWT2SB2L2-1(스터드 볼트 2개) 실험체의 최대내력이 169.03kN으로 가장 높게 나타났 다. 파단양상은 골이 두 개인 PWT2SB 시리즈 실험체와 유사 한 경향을 보였다. Table 4에서 PWT2SB5-2의 실험체의 경우 PWT2SB5-1실험체에 비해 내력이 25.65kN 낮게 나타났는데, 이는 Fig. 6의 실험체 파단양상에서 알 수 있듯이 최대내력시 점에서 파단형상이 PWT2SB5-1 실험체는 중앙부에서 휨균 열이 발생하였지만, PWT2SB5-2 실험체는 가력상의 편심발 생으로 왼쪽부분으로 치우친 휨전단균열이 발생되었기 때문 으로 사료된다.

PWT2SB2L2 시리즈의 실험체에서 스터드 볼트가 증가함 에도 불구하고 내력이 낮게 나타난 이유는 실험체 파단부분 의 콘크리트 설계기준강도가 강판의 설계강도에 비해 낮아 콘크리트 부분에서 먼저 파단되었기 때문인 것으로 판단된 다. Table 4의 실험최대휨모멘트(M_max)는 다음 식으로 산정 하였다.

여기서, P_ue는 실험 최대내력이고, L은 실험체 길이이다.

전단연결재인 스터드 볼트의 사용에 대한 효과를 알아보기 위하여 실험체 내부에 지름 16mm의 스터드 볼트를 데크플레 이트(포스맥 강판) 단면에 따라 PWT2SB 시리즈에 1열(2개, 3 개, 5개)과 PWT1SB 시리즈에 2열(4개, 6개, 10개)를 각각 설 치하였다. Table 5에서 각 시리즈별로 스터드 볼트가 없는 실 험체의 내력을 기준으로 스터드 볼트개수에 따른 항복내력과 최대내력을 비교하였다. 스터드 볼트가 없는 실험체는 실험 결과, 하중의 증가에 따라 데크(강판)과 콘크리트 사이의 구 속효과가 적어 양단부에서 두 면사이에 미끄러짐이 발생한 것으로 나타났다. 실험결과의 항복내력의 결정은 각 실험체 별 하중-변위 관계로부터 초기강성 구배를 갖는 직선과 초기 강성 구배의 1/3인 직선을 평행 이동시켜 두 직선의 교점을 항 복내력(P_ye)으로 결정하였다. Table 5에서 항복내력(P_ye)과 최 대내력(P_ue)을 비교한 결과, 항복내력보다 최대내력이 28~44% 의 범위로 상승하였음을 알 수 있다. Table 5의 최대내력 비교결 과, 실험체 길이가 1500mm인 1차 실험에서는 스터드 볼트가 없 는 실험체보다 스터드 볼트가 있는 실험체의 내력이 증가하였 다. 반면에 실험체 길이가 2000mm인 2차 실험에서는 스터드 볼트가 증가할수록 최대내력이 작아지는 경향을 보였다.

스터드 볼트 개수가 증가함에 따라 합성효과의 상승으로 내력이 증가해야 하나 Table 5에서 알 수 있듯이 스터드 볼트 수 증가에 대한 내력 상승효과는 나타나지 않았다. 이 원인으 로는 1차 실험 및 2차 실험 모두 콘크리트의 설계압축강도보 다 실제압축강도가 낮게 나타났기 때문에 강판에 비하여 취 약하여 충분히 압축부분의 역할을 발휘하지 못했던 점과 휨 재로써 강판과 콘크리트 슬래브의 합성효과를 조사하기 위한 춤에 대한 스팬의 비가 짧았던 것으로 판단된다. 물론 데크(강 판)에 골이 형성되어 있어 휨작용 시 강판과 콘크리트의 구속 효과가 있어 어느 정도까지의 합성효과는 기대할 수 있지만, PWT2SB0-2 실험체와 같이 갑작스런 파단이 발생할 수 있으 므로, 강판과 콘크리트의 합성효과를 위해 강구조 설계기준 (스터드 볼트 간격은 스터디 볼트직경의 6배 이상)에서 요구 하는 100mm 이상 간격의 스터드 볼트를 배치할 필요가 있다.

실제로 시공되는 집수정과 엘리베이터 피트의 크기를 고려 할 때 스터드 볼트 개수를 @250mm 간격으로 배치하는 것이 바람직하다고 판단된다. 계산상으로도 강재보가 없는 단순히 합성슬래브만을 고려해서 스터드 볼트에 전단되는 전단력을 스터드 볼트 한 개가 부담할 수 있는 내력으로 나눈 값이 약 6 으로 나타났고, 실험체 전체길이 1500mm를 6개로 나누었을 때 간격이 250mm로 계산되었다. 합성슬래브의 휨내력을 평 가하기 위하여 사용된 국내 설계기준 한계상태설계법(LRFD) 기준은 콘크리트와 데크플레이트의 완전합성으로 가정된 기 준식으로 앞서 2장에서 설명한 식 (2)와 같다. 이 식에 따른 이 론 공칭휨모멘트와 이론 공칭내력(P_ut)을 계산하여 실험평균 최대내력(P_ue)과 비교하여 Table 6에 나타내었고, 이는 압축시 험강도와 설계압축강도에 따른 이론식에 대해 실험값과의 내 력을 비교하였다. 1차 실험의 콘크리트 압축시험강도 시험결 과인 11.4MPa를 기준으로 내력을 산정하였다. 이론식에 의한 예측내력(P_ut)에 대해 실험최대내력(P_ue)을 비교한 결과, 내력 비(P_ue/P_ut)는 0.28~0.47의 범위로 나타났다. 이론식에 의해 데 크와 콘크리트가 완전합성으로 가정하여 계산하였고, 스터드 볼트가 없는 실험체보다 스터드 볼트를 설치한 실험체의 내력 비(합성율)이 높게 나타났다. 2차 실험의 콘크리트 압축시험 강도 시험결과인 16.02MPa를 기준으로 이론내력을 산정하고 실험내력과 비교한 내력비(P_ue/P_ut)는 0.53~0.66의 범위로 나 타났다. 2차 실험에서는 1차 실험결과와는 달리 스터드 볼트 를 설치한 실험체의 내력비(합성율)가 향상되지 않았다.