홍성욱
(Seong-Uk Hong)
1†
박준혁
(Jun-Hyuk Park)
2
-
종신회원, 우석대학교 건축학과 교수, 교신저자
-
학생회원, 우석대학교 일반대학원 건설공학과 석사과정
Copyright © The Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection
키워드
목재 데크, 합성목재, 데크체결장치. 결합력, 내구성
Key words
Wood Deck, Natural Wood, Deck Fasteners, Binding Force, Durability
1. 서 론
1.1 연구 배경
친환경 소재를 사용하여 등산로, 수변 산책로, 전망대, 자전거 도로 등 공공 시설물에 목재 데크를 주로 사용하고 있다. 목재 데크는 알루미늄, 콘크리트,
플라스틱 화합물 등에 비하여 재료의 생산과정에서부터 전기나 화석연료 등의 에너지를 적게 사용하여 온실가스를 감축할 수 있는 친환경 소재이다.
기존의 조립식 목재 데크 구조물은 설치 장소의 바닥 면에 고정구조물을 일정한 형태로 설치하고, 그 위에 목재 데크를 조립식으로 끼워 맞춘 후, 나사못과
같은 연결 철물을 이용하여 고정한다. 기존의 고정 방법은 천연목재의 경우 큰 흡습성으로 인한 신축변형의 문제로 쪼개짐, 뒤틀림 등 내구성 및 안전성에
문제가 있으며, 목재 데크의 상부 표면에 체결구가 노출되어 외관이 미려하지 않고, 체결 부재가 외부로 돌출되어 보행자의 신체에 상처를 주는 문제점과
장기간 사용 시 수축 팽창의 반복으로 체결 부위가 헐거워져 파손이 발생할 수 있어 많은 비용과 노력이 들어가고 있는 실태이다.
1.2 연구목적
이 연구의 목적은 목재 데크의 내구성과 결합력의 문제점을 개선하기 위하여 슬라이드 조립식 모듈형 구조체인 데크를 견고하게 결합시켜주는 데크체결장치를
개발하여 데크의 내구성 및 결합력을 보완하고자 연구를 진행하였다. 개발된 데크체결장치를 Fig. 1에 나타내었다.
목재 데크의 수축 팽창으로 인한 변형억제 효과를 나타내기 위해 장선 고정부에 4개의 피스로 하부 각관과 고정하여 내구성을 향상시키고, 후면 삽입부에
체결장치를 연속적으로 결합하여 상호 물림으로 데크의 결합력을 강화하였다.
결합부에 사용한 피스는 기존 피스가 아닌 육각 머리 피스를 사용하였는데, 기존 피스보다 산이 깊고 열처리된 육각 헤드를 델타 코팅 처리하여 방청성을
강화하고 피스의 부러짐 현상을 개선하였으며 실시 설계를 통해 체결장치의 안전성을 확인하였다.
실시 설계 결과, 개발된 체결장치는 인장하중값이 13.43 N으로 나타났으며, 기본 피스를 결합한 체결장치는 9.28 N으로 최대하중 4.15 N,
약 1.45배 증가한 것을 확인하였으며 개발된 체결장치가 기존 제품보다 성능과 내구성이 우수한 것을 확인하였다.
Fig. 1 Developed Fasteners
2. 문헌 고찰
목재 데크는 친환경적인 요소로 산책로, 보행도로 등 여러 곳에 배치되어 있으며, 유지관리 및 보수보강에 따라 설치되는 추세이다. 목재 데크의 성능을
확인하기 위해 국내외 학술지에 발표된 목재 데크와 관련된 문헌 고찰을 통하여 아래와 같은 연구 동향을 정리하였다.
실험체의 접합방식이 접착제를 사용하여 접착하였으며 이를 통해 실험체의 접착 면이 균일하지 않고, 부착강도 등 합성거동을 위한 조건에 대한 신뢰도가
부족하다는 의견이 있었고, 목재와 다른 구조재를 접착시켜 추후 효과성을 보기 위해서는 알루미늄 프로파일만 아니라 접합 요소의 비교군이 필요하며 실험체의
최대하중을 비교한 실험연구 결과를 도출하였다. 분석된 연구에서는 구조적 측면에서 합성거동을 기대하기 어렵다는 의견을 확인하였다(Park and Choi, 2018).
실험 연구 재료에 따른 해외 제품 ACQ(Alkaline Copper Quaternary) 방부 처리된 데크와 국내의 CUAZ(Copper azole)
방부 처리된 데크를 사용하였으며, 데크재 및 나사못의 종류에 따라 실험 결과에 영향을 미치는 것이라는 의견을 제시하였다. 데크재는 완전합성재, 부분합성재,
비합성재로 3가지의 변수로 나누어지며 각 종류 별로 실험을 비교하였을 때 목재 데크에서 결합력의 문제점이 확인되었다. 위 실험을 통한 연구결과로,
데크의 종류와 나사못에 대한 변수를 통해 데크의 내구성과 결합력의 성능평가가 필요할 것으로 판단된다(Song et al., 2013).
데크재의 수축으로 인해 이격 데크 결합력의 발생과 접합한 부분의 반복 하중으로 목재 데크의 접합부 부분의 파단과 데크의 파단이 발생할 수 있다는 점을
확인하였으며 장선의 폭이 넓어진 데크일 경우 접합부에 가해지는 전단력이 커지기 때문에 접합부 부분에 파괴를 더 크게 발생한다고 판단하였다(Hea et al., 2007).
3. 실험
3.1 실험계획
이 연구는 데크체결장치의 구조성능을 평가하기 위해 데크와 데크체결장치가 뒤틀리거나 파손되지 않는 정도를 확인하였으며, 데크가 외력에 의해 이탈되지
않는 정도, 데크 체결장치를 통해 결합력을 높이는 정도를 확인하기 위해 본 연구를 진행하였다.
실험체 제작은 데크 보드를 지지 구조에 고정하는 데 사용할 때 측면, 인출 또는 풀스루와 같이 연결이 저항해야 하는 각 패스너 및 하중 방향에 대해
변수로 Table 1과 같이 4개의 변수들로 실험 별 총 20개의 실험체를 계획하여 총 40개의 실험체를 계획하였다. 실험체는 데크플레이트 3개와 각관 2개를 겹쳐 600
mm × 300 mm의 크기로 제작하였으며, 자세한 사항은 Fig. 2, Fig. 3에 나타내었다. 데크 체결장치의 결합력을 측정하기 위한 변수로 기존 피스와 체결장치를 결합한 실험체(A), 천연목재와 나사못을 결합한 실험체(B),
방부목재와 나사못을 결합한 실험체(C)로 실험체를 계획하였다.
Fig. 2 Compression Test setup
Fig. 3 Flexural Test setup
Table 1 Experiment Plan
|
No.
|
Experiment
name
|
Wood Used
|
Fastening Method
|
Number of Subjects
|
|
Compressive strength test
|
|
1
|
WDC
|
Natural wood
|
Fasteners
|
5
|
|
2
|
WDNA
|
Natural wood
|
Piece
|
5
|
|
3
|
WDNB
|
Natural wood
|
Screw
|
5
|
|
4
|
WDNC
|
Pressure-Treated wood
|
Screw
|
5
|
|
Flexual strength test
|
|
1
|
HWDC
|
Natural wood
|
Fasteners
|
5
|
|
2
|
HWDNA
|
Natural wood
|
Piece
|
5
|
|
3
|
HWDNB
|
Natural wood
|
Screw
|
5
|
|
4
|
HWDNC
|
Pressure-Treated wood
|
Screw
|
5
|
WDC: Wood Deck load Construction,
WDNA-B-C: Wood Deck Normal Construction A-B-C
HWDC: High bending Wood Deck load Construction
3.2 실험방법
실험은 ASTM D 7032-21에 준하여 실험체의 상하 양단을 가력용 지그와 고정용 지그 사이에 설치하고 실험체의 상부에서 0.01 mm/s의 속도로
1방향으로 KS F 2408에 준하여 압축실험을 진행하였으며. 0.01 mm/s의 속도로 1방향으로 KS F 2208에 준하여 4점 휨 강도 실험을
진행하였다. 실험 종료 조건은 실험체의 하중이 최대하중의 40% 이하로 저하될 때 실험을 종료하였으며, Load-cell의 하중(kN)과 실험체의
수직방향 변위(mm)를 측정하여 데크체결장치와 파손 형상을 취득하였으며, 하중-변위 이력 곡선을 취득하여 각 비교군의 변형 능력을 비교하였다.
3.3 실험 결과
3.3.1 데크체결장치 결합력 실험
3.3.1.1. WDC(Wood Deck load Construction)
체결장치를 개발한 D시스템 실험체의 압축결과를 Table 2, Fig. 4에 나타내었다. WDC의 하중-변위 곡선 실험 결과, 최대하중은 각 실험체 별로 16.69 kN에서 19.79 kN 사이의 값을 나타내었고, 최대변위는
21.37 mm에서 34.47 mm 사이로 나타난 것을 확인하였다.
Fig. 4 Comparative strength-displacement test result (WDC)
Table 2 Comparative strength test results (WDC)
|
No.
|
Maximum Load
(kN)
|
Maximum Displacement
(mm)
|
|
1
|
19.30 (+ 0.8 kN)
|
28.56 (+ 0.39 mm)
|
|
2
|
19.68 (+ 1.18 kN)
|
31.29 (+ 3.12 mm)
|
|
3
|
19.79 (+ 1.29 kN)
|
34.47 (+ 6.3 mm)
|
|
4
|
17.07 (- 1.43 kN)
|
25.19 (- 2.98 mm)
|
|
5
|
16.69 (- 1.81 kN)
|
21.37 (- 6.8 mm)
|
|
Average
|
18.50
|
28.17
|
WDC의 실험 결과, WDC-3 실험체가 최대하중 19.79 kN, 최대변위 38.76 mm로 가장 높게 나타난 것을 확인하였다. WDC 실험체의
평균 최대하중은 약 18.50 kN으로 나타났으며, 평균 최대변위는 약 28.17 mm로 나타난 것을 확인하였다.
실험체 표준분석 결과를 Fig. 5에 나타내었다. WDC-5 실험체가 최대하중 –1.81 kN로 표준 편차가 가장 큰 것을 확인하였으며, WDC-5 실험체가 최대변위 -6.8 mm로
표준 편차가 가장 큰 것을 확인하였다. 실험체의 비교분석 결과, 최대하중의 차이는 약 3.1 kN으로 약 1.18배의 차이가 나타났으며, 최대변위는
약 13.10 mm로 약 1.61배의 차이가 난 것을 확인하였다.
Fig. 5 Standard Deviation Analysis (WDC)
WDC의 실험체 파괴 형식은 거동에 따라 5개 중 4개의 실험체의 파괴 상황을 Photo 1에 나타내었다. 모든 실험체는 최대하중에도 데크와의 결합력이 우수하여 변형을 하면서도 데크에서 파손 및 이탈현상이 보이지 않았으며 체결장치가 데크의
결합력을 높여 내구성이 증가한 것으로 사료된다.
Photo 1 Fracture Configuration (WDC)
3.3.1.2. WDNA(Wood Deck load Normal Construction A)
WDNA의 압축실험 결과를 Table 3, Fig. 6에 나타내었다. WDNA의 하중-변위 곡선실험 결과, 최대하중은 각 실험체 별로 4.19 kN에서 5.90 kN 사이의 값을 나타내었고, 최대변위는
3.89 mm에서 6.78 mm 사이의 값으로 나타난 것을 확인하였다.
Fig. 6 Comparative strength-displacement test result (WDNA)
Table 3 Comparative strength test results (WDNA)
|
No.
|
Maximum Load (kN)
|
Maximum Displacement (mm)
|
|
1
|
4.19 (- 0.56)
|
5.59 (- 0.07)
|
|
2
|
4.49 (- 0.26)
|
6.03 (+ 0.37)
|
|
3
|
5.90 (+ 1.15)
|
3.89 (+ 1.77)
|
|
4
|
4.60 (- 0.15)
|
5.99 (+0.33)
|
|
5
|
4.59 (- 0.16)
|
6.78 (+ 1.12)
|
|
Average
|
4.75
|
5.66
|
실험체 중 WDNA-3 실험체가 최대하중 5.90 kN으로 가장 높게 나타났으며, WDNA-5 실험체가 최대변위 6.78 mm로 가장 높게 나타난
것을 확인하였다. WDNA의 평균 최대하중은 약 4.75 N으로 나타났으며, 평균 최대변위는 약 5.66 mm로 나타난 것을 확인하였다. 실험체 표준분석
결과를 Fig. 7에 나타내었다. WDNA-3 실험체가 최대하중 1.15 kN 최대변위 1.77 mm로 표준 편차가 가장 큰 것을 확인하였다. 실험체의 비교분석 결과,
최대하중의 차이는 약 1.71 kN으로 약 1.4배의 차이가 나타났으며, 최대변위는 약 2.89 mm로 약 1.74배의 차이가 난 것을 확인하였다.
Fig. 7 Standard Deviation Analysis (WDNA)
Fig. 8 Comparative strength-displacement test result (WDNB)
WDNA 의 실험체 파괴 형식은 거동에 따라 5개 중 4개의 실험체의 파괴 상황을 Photo 2에 나타내었다. 1, 2,3 실험체는 체결부위가 박리되는 현상이 나타탔으나, 파손 및 이탈 현상을 보이지 않았다. 4, 5 실험체의 경우 체결 부위가
탈락되면서 슬라이드 조립식 모듈형 데크가 파손 및 이탈 현상을 보였다. 이는 체결 부위가 취약해지며 실험체의 결합력이 저하된 것으로 사료된다.
Photo 2 Fracture Configuration (WDNA)
3.3.1.3. WDNB(Wood Deck load Normal Construction B)
WDNB의 압축실험 결과를 Table 4, Fig. 8에 나타내었다. 최대하중은 각 실험체 별로 14.39 kN에서 18.59 kN 사이의 값을 나타내었으며, 최대변위는 4.20 mm에서 5.96 mm
사이의 값으로 나타난 것을 확인하였다.
Table 4 Comparative strength test results (WDNB)
|
No.
|
Maximum Load
(kN)
|
Maximum Displacement
(mm)
|
|
1
|
14.39 (- 2.12)
|
4.38 (- 0.58)
|
|
2
|
18.59 (+ 2.08)
|
5.11 (+ 0.15)
|
|
3
|
18.09 (+ 1.58)
|
5.16 (+ 0.20)
|
|
4
|
15.19 (- 1.32)
|
4.20 (-0.76)
|
|
5
|
16.29 (- 0.22)
|
5.96 (+1.00)
|
|
Average
|
16.51
|
4.96
|
실험체 중 WDNB-2가 최대하중 18.59 N으로 가장 높게 나타났으며, WDNB-5 실험체가 최대변위 5.96 mm로 가장 높게 나타난 것을 확인하였다.
WDNB의 평균 최대하중은 약 16.51 kN으로 나타났으며, 평균 최대 변위는 약 4.96 mm로 나타난 것을 확인하였다.
실험체 표준분석 결과를 Fig. 9에 나타내었다. WDNB-1 실험체가 최대하중 –2.12 kN으로 가장 큰 표준 편차를 확인하였으며, WDNB-5 실험체가 최대변위 1.77 mm로
표준 편차가 가장 큰 것을 확인하였다. 실험체 비교분석 결과, 최대하중의 차이는 4.2 kN으로 약 1.29배의 차이가 나타났으며, 최대변위는 1.76
mm로 약 1.41배의 차이가 난 것을 확인하였다.
Fig. 9 Standard Deviation Analysis (WDNB)
WDNB 의 실험체 파괴 형식은 거동에 따라 5개 중 4개의 실험체의 파괴 상황을 Photo 3에 나타내었다. 모든 실험체는 최대하중에서 데크가 체결 부위를 이탈하는 현상이 나타난 것으로 확인되었다.
Photo 3 Fracture Configuration (WDNB)
Photo 4 Fracture Configuration (WDNC)
3.3.1.4. WDNC(Wood Deck load Normal Construction C)
WDNC의 압축실험 결과를 Table 5, Fig. 10에 나타내었다. WDNC의 하중-변위 곡선 실험 결과, 최대하중은 각 실험체 별로 11.89 kN에서 17.99 kN 사이의 값을 나타내었고, 최대변위는
6.05 mm에서 17.65 mm 사이의 값으로 나타난 것을 확인하였다.
Fig. 10 Comparative strength-displacement test result (WDNC)
Fig. 11 Standard Deviation Analysis (WDNC)
Table 5 Comparative strength Results (WDNC)
|
No.
|
Maximum Load
(kN)
|
Maximum Displacement
(mm)
|
|
1
|
17.99 (+ 2.92)
|
17.65 (+ 3.73)
|
|
2
|
12.99 (- 2.08)
|
14.37 (+ 0.45)
|
|
3
|
16.30 (+ 1.23)
|
6.05 ( -7.87)
|
|
4
|
16.19 (+ 1.12)
|
15.21 (+ 1.29)
|
|
5
|
11.89 (- 3.18)
|
16.34(+ 2.42)
|
|
Average
|
15.07
|
13.92
|
실험체 중 WDNC-1 실험체가 최대하중 17.99 kN, 최대변위 17.65 mm로 가장 높게 나타난 것을 확인하였다. WDNC의 평균 최대하중은
약 15.07 kN으로 나타났으며, 평균 최대 변위는 약 13.92 mm로 나타난 것을 확인하였다.
실험체 표준분석 결과를 Fig. 11에 나타내었다. WDNC-5 실험체가 최대하중 –3.18 kN로 가장 큰 표준편차를 확인하였으며, WDNC-3 실험체가 최대변위 -7.87 mm로
가장 큰 표준편차를 확인하였다.
실험체 비교분석 결과, 최대하중의 차이는 4.2 kN으로 약 1.29배의 차이가 나타났으며, 최대변위는 1.76 mm로 약 1.41배의 차이가 난
것을 확인하였다.
WDNC 의 실험체 파괴 형식은 거동에 따라 5개 중 4개의 실험체의 파괴 상황을 Photo 3에 나타내었다. 모든 실험체는 최대하중에서 체결부위가 박리되는 현상이 나타났으나, 데크는 파손 및 이탈 현상을 보이지 않았다. 이는 체결부위의 결합력이
부족해 체결부위가 박리된 것으로 사료된다.
3.3.1.5. 비교ㆍ분석
WDNA와 WDC의 비교분석 결과를 Table 6, Fig. 12에 나타내었다. WDC에 비하여 평균 최대하중이 약 25.67%로 약 3.89배 차이가 났으며, 평균 최대변위는 약 20.09%로 약 4.98배 차이가
난 것을 확인하였다.
Fig. 12 Comparative strength-displacement test result average
Table 6 Comparison of test results
|
No.
|
Maximum Load
(kN)
|
Maximum Displacement
(mm)
|
|
WDC (5)
|
18.50
|
28.17
|
|
WDNA (5)
|
4.75
|
5.66
|
|
WDNB (5)
|
16.51
|
4.96
|
|
WDNC (5)
|
15.07
|
13.92
|
WDNB와 WDC의 비교분석 결과, WDC에 비하여 평균 최대하중이 약 89.2%로 약 1.12배 차이가 난 것을 확인하였다. 평균 최대변위는 약
17.60%로, 약 5.67배 차이가 난 것을 확인하였다.
WDNC와 WDC의 비교분석 결과, WDC에 비하여 평균 최대하중이 약 81.4%로 약 1.22배 차이가 난 것을 확인하였다. 평균 최대변위는 약
49.41%로, 약 2.02배 차이가 난 것을 확인하였다.
3.3.2 데크체결장치 휨실험(HWDC)
3.3.2.1. HWDC(High bending Wood Deck load Construction)
데크체결장치를 개발한 D시스템 실험체의 휨 실험 결과를 Table 7, Fig. 13에 나타내었다. HWDC의 휨 실험 결과, 최대하중은 각 실험체 별로 66.69 kN에서 86.30 kN 사이의 값으로 확인되었으며, 최대변위는 21.90
mm에서 35.20 사이의 값으로 나타난 것을 확인하였다.
Fig. 13 Flexural strength-displacement test result (HWDC)
Table 7 Flexual strength test result (HWDC)
|
No.
|
Maximum Load
(kN)
|
Maximum Displacement
(mm)
|
|
1
|
86.30 (+ 7.73)
|
21.90 (- 6.50)
|
|
2
|
66.69 (- 11.88)
|
30.30 (+ 1.90)
|
|
3
|
84.40 (+ 5.83)
|
27.57 (- 0.83)
|
|
4
|
76.80 (- 1.77)
|
35.20 (+ 6.80)
|
|
5
|
78.69 (+ 0.12)
|
27.07 (- 1.33)
|
|
Average
|
78.57
|
28.40
|
실험체 중 HWDC-1 실험체가 최대하중 86.30 kN으로 가장 높게 나타났으며, HWDC-4 실험체가 최대변위 38.76 mm로 가장 높게 나타난
것을 확인하였다. HWDC의 평균 최대하중은 약 78.57 kN으로 나타났으며, 평균 최대변위는 약 28.40 mm로 나타난 것을 확인하였다.
실험체 표준분석 결과를 Fig. 14에 나타내었다. HWDC-2 실험체가 최대하중 –11.88 kN로 가장 큰 표준편차를 확인하였으며, HWDC-4 실험체가 최대변위 6.80 mm로
가장 큰 표준편차를 확인하였다.
Fig. 14 Standard Deviation Analysis (HWDC)
HWDC 의 실험체 파괴 형식은 거동에 따라 5개 중 4개의 실험체의 파괴 상황을 Photo 5에 나타내었다. 모든 실험체는 최대하중에서 데크와 데크 체결장치의 결합부가 변형을 하면서도 데크에서 파손 및 이탈현상이 보이지 않고, 데크가 먼저
파괴되는 현상을 보였다.
Photo 5 Fracture Configuration (HWDC)
3.3.2.2. HWDNA(High bending Wood Deck load Normal Construction A)
HWDNA의 휨 실험 결과를 Table 8, Fig. 15에 나타내었다. HWDNA의 휨 실험 결과, 최대하중은 각 실험체 별로 68.20 kN에서 84.69 kN사이의 값으로 확인되었으며, 최대변위는 21.31
mm에서 28.41 mm 사이의 값으로 확인되었다. 실험체 중 HWDNA-1 실험체가 최대하중 84.69 kN으로 가장 높게 나타났으며, HWDNA-5
실험체가 최대변위 28.41 mm로 가장 높게 나타난 것을 확인하였다. HWDNA의 평균 최대하중은 약 77.25 N으로 나타났으며, 평균 최대변위는
약 24.00 mm로 나타난 것을 확인하였다.
Fig. 15 Flexural strength-displacement test result (HWDNA)
Table 8 Flexual strength test result (HWDNA)
|
No.
|
Maximum strength
(kN)
|
Maximum displacement
(mm)
|
|
1
|
84.69 (+ 7.44)
|
21.31 (- 2.69)
|
|
2
|
80.70 (+ 3.45)
|
24.42 (+ 0.42)
|
|
3
|
78.19 (+ 0.94)
|
22.54 (- 1.46)
|
|
4
|
74.50 (- 2.75)
|
23.34 (- 0.66)
|
|
5
|
68.20 (- 9.05)
|
28.41 (+ 4.41)
|
|
Average
|
77.25
|
24.00
|
실험체 표준분석 결과를 Fig. 16에 나타내었다. HWDNA-5 실험체가 최대하중 –9.05 kN, 최대변위 4.41 mm로 가장 큰 표준편차를 확인하였다.
Fig. 16 Standard Deviation Analysis (HWDNA)
HWDNA 실험체의 파괴형식은 거동에 따라 5개 중 4개의 실험체의 파괴 상황을 Photo 6에 나타내었다. 체결 부위가 이탈 및 들뜸 현상이 나타나며, 데크가 파손되기 시작하며 구조체를 버티는 힘 없이 실험이 종료되었다. 이는 체결 부위가
취약해지며 실험체의 결합력을 저하시켜 취성파괴를 유도한 것으로 사료된다.
Photo 6 Fracture Configuration (HWDNA)
3.3.2.3. HWDNB(High bending Wood Deck load Normal Construction B)
HWDNB의 휨 실험 결과를 Table 9, Fig. 17에 나타내었다. HWDNB의 휨 실험 결과, 최대하중은 각 실험체 별로 55.39 kN에서 72.89 kN 사이의 값으로 확인되었으며, 최대변위는
21.09 mm에서 36.76 사이의 값으로 확인되었다.
Fig. 17 Flexural strength-displacement test result (HWDNB)
Table 9 Flexual strength test result (HWDNB)
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No.
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Maximum strength
(kN)
|
Maximum displacement
(mm)
|
|
1
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72.89 (+ 9.24)
|
25.61 (- 1.70)
|
|
2
|
58.99 (- 4.66)
|
23.76 (- 3.55)
|
|
3
|
62.90 (- 0.75)
|
29.35 (+ 2.04)
|
|
4
|
68.10 (+ 4.45)
|
36.76 (+ 9.45)
|
|
5
|
55.39 (- 8.26)
|
21.09 (- 6.22)
|
|
Average
|
63.65
|
27.31
|
실험체 중 HWDNB-1 실험체가 최대하중 72.89 N으로 가장 높게 나타났으며, HWDNB-4 실험체가 최대변위 36.76 mm로 가장 높게
나타난 것을 확인하였다. HWDNB의 평균 최대하중은 약 63.65 kN으로 나타났으며, 평균 최대변위는 약 27.31 mm로 나타난 것을 확인하였다.
실험체 표준분석 결과를 Fig. 18에 나타내었다. HWDNB-1 실험체가 최대하중 9.24 kN로 가장 큰 표준편차를 나타난 것을 확인하였으며, HWDNB-4 실험체가 최대변위 9.45
mm로 가장 큰 표준편차가 나타난 것을 확인하였다.
Fig. 18 Standard Deviation Analysis (HWDNB)
HWDNB의 파괴형식은 거동에 따라 5개 중 4개의 실험체의 파괴 상황을 Photo 7에 나타내었다. 모든 실험체는 최대하중에서 체결부위가 박리되는 현상이 나타났으며, 데크가 파손 되며 실험이 종료되었다. 이는 체결부위의 결합력이 부족해
체결부위가 박리된 것으로 사료된다.
Photo 7 Fracture Configuration (HWDNB)
3.3.2.4. HWDNC(High bending Wood Deck load Normal Construction C)
HWDNC의 휨실험 결과를 Table 10, Fig. 19에 나타내었다. HWDNC의 휨 실험 결과, 최대하중은 각 실험체 별로 14.39 kN에서 34.19 kN 사이의 값으로 확인되었으며, 최대변위는
5.33 mm에서 16.40 사이의 값이 나타난 것을 확인하였다.
Fig. 19 Flexural strength-displacement test result (HWDNC)
Table 10 Flexual strength test result (HWDNC)
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No.
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Maximum strength
(kN)
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Maximum displacement
(mm)
|
|
1
|
17.40 (- 3.91)
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5.33 (- 5.80)
|
|
2
|
19.30 (- 2.01)
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10.96 (- 0.17)
|
|
3
|
34.19 (+ 12.88)
|
16.40 (+ 5.27)
|
|
4
|
21.30 (- 0.01)
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14.24 (+ 3.11)
|
|
5
|
14.39 (- 6.92)
|
8.76 (- 2.37)
|
|
Average
|
21.31
|
11.13
|
실험체 중 HWDNC-3 실험체가 최대하중 34.19 kN, 최대변위 16.40 mm로 가장 높게 나타난 것을 확인하였다. HWDNC의 평균 최대하중은
약 21.31 kN으로 나타났으며, 평균 최대 변위는 약 11.13 mm로 나타난 것을 확인하였다.
실험체 표준분석 결과를 Fig. 20에 나타내었다. HWDNC-3 실험체가 최대하중 12.88 kN로 가장 큰 표준편차를 나타난 것을 확인하였으며, HWDNC-1 실험체가 최대변위
-5.80 mm로 가장 큰 표준편차가 나타난 것을 확인하였다.
Fig. 20 Standard Deviation Analysis (HWDNC)
HWDNC의 파괴형식은 동에 따라 5개 중 4개의 실험체의 파괴 상황을 Photo 8에 나타내었다. 모든 실험체는 최대하중에서 체결부위가 박리되는 현상이 나타났으며, 데크가 파손 되며 실험이 종료되었다. 이는 체결부위의 결합력이
부족해 체결부위가 박리된 것으로 사료된다.
Photo 8 Fracture Configuration (HWDNC)
3.3.2.5. 비교ㆍ분석
HWDC와 실험체들의 비교분석 결과를 Table 11, Fig. 21에 나타내었다. HWDC에 비하여 HWDNA, HWDNB 실험체의 평균 최대하중이 약 98.31%, 81.01% 로 각 1.02배, 1.23배의
차이가 났으며, 평균 최대변위는 약 84.50%, 96.16%로 각 1.18배, 1.04배의 차이가 난 것을 확인하였다.
Fig. 21 Flexural strength-displacement test result (average)
Table 11 Flexual strength test results average
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No.
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Maximum strength
(kN)
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Maximum displacement
(mm)
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HWDC (5)
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78.57
|
28.40
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HWDNA (5)
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77.25
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24.00
|
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HWDNB (5)
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63.65
|
27.31
|
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HWDNC (5)
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21.31
|
11.13
|
HWDC와 HWDNC의 비교분석 결과, HWDC에 비하여 평균 최대하중이 약 27.12%로 약 3.69배의 차이가 난 것을 확인하였다. 평균 최대변위는
약 39.19%로, 약 2.55배의 차이가 난 것을 확인하였다. 데크체결장치에 따른 휨 실험 결과를 다음과 같이 정리하였다.
데크 체결장치를 체결한 실험체는 최대하중에서 데크와 데크체결장치의 결합부가 들뜸 또는 이탈 현상 없이 일체화되는 모습을 보였으며, 그 외 실험체들은
데크와 데크체결장치의 결합부가 이탈 현상 발생 또는 들뜸 현상을 보였다. 이는 체결된 나사못의 결합력이 부족하여 체결 부위의 현상이 나타난 것으로
사료된다.
4. 결 론
목재 데크의 내구성과 결합력의 문제점을 개선하기 위하여 슬라이드 조립식 모듈형 구조체인 데크를 견고하게 결합시켜주는 데크체결장치를 개발하여 데크의
내구성 및 결합력을 평가하는 실험을 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 개발된 데크체결장치는 최대하중에서 데크와 데크체결장치 결합부가 들뜸 또는 이탈현상 없이 일체화되는 모습을 보여 장기간 사용 시 수축 팽창의 반복으로
체결 부위가 헐거워져 파손이 발생할 수 있는 위험성을 현저히 줄일 수 있는 변형억제 효과가 있는 것으로 판단된다.
2) 데크체결장치를 설치한 모든 실험체들은 압축 성능 및 휨 성능이 가장 우수한 것으로 나타났으며, 특히 최대하중에서 파단된 것이 아니라 내력 감소
후 변위가 다시 증가하는 거동이 나타났으며, 실험체 하단부에 설치된 체결장치가 결합력 향상에 도움이 되는 것으로 판단된다.
3) 체결장치를 설치한 모든 실험체는 설치방법에 따른 실험체들과 비교하여 최대내력 및 최대 변위가 평균 2배 이상의 효과가 나타났으며 파괴 형상을
검토한 결과 들뜸 또는 이탈 현상 없이 일체화 하는 모습을 보이며 데크와 데크체결장치의 결합력 향상으로 안전성에 효과가 있는 것으로 판단된다.
4) 위 실험은 천연목재 및 방부목재를 대상으로 한 실험이므로 데크의 성능을 평가하기 위해서는 합성목재, 특수목재 등과 같은 다양한 목제 데크의
성능평가가 추가로 필요할 것으로 판단된다.
감사의 글
이 연구는 ㈜범호의 연구비 지원으로 수행되었으며, 이에 감사드립니다.
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