1.3.1 단부 수직보강재의 설치 유무

Photo 1(a)와 같이 단부 수직보강재를 설치한 철선일체형 데크 플레이트와 Photo 1(b)와 같이 단부 수직보강재를 설치하지 않은 철선일체형 데크 플레이트의 구조적 거동 특성을 실험적 연구를 통해 비교 평가하고자 한다.

1.3.2 단부 걸침길이 변화

실무현장에서는 단부 수직보강재를 설치한 철선일체형 데크 플레이트의 단부 걸침길이는 일반적으로 30∼50mm로 적용하고 있다. 그러나 단부 수직보강재를 설치하지 않은 Photo 1(b)와 같은 구조에서는 래티스 철선의 풋(Foot) 부위가 거푸집의 시공하중을 직접 반력으로 저항하게 되므로, 풋 부위의 지지조건인 단부 걸침길이가 구조적 거동에 영향을 미칠 가능성이 존재하게 되어 이에 대한 분석 및 평가가 필요하다.

2.3.1 단부 수직보강재의 유⋅무

철선일체형 데크 플레이트의 단부 수직보강재의 유⋅무에 따른 구조 성능 평가를 위해 슬래브의 두께는 실무에서 가장 많이 적용되는 두께 150mm, 200mm, 300mm를 기준으로 Table 1과 같이 상하부 수평철근 및 래티스 근을 제원을 반영하여 제작하였다.

실험체의 갯수는 Table 1에서와 같이 9가지 변수에 대하여 각각 동일한 2개의 실험체를 제작하여 총 18개의 실험체를 제작하였다.

2.3.2 걸침 길이 변화

단부 수직보강재가 보강되지 않은 철선일체형 데크 플레이트는 래티스 철선을 하향으로 절단하여 설치하기 때문에 단부 래티스 철선의 압축거동에 의해 하중이 전달된다. 따라서 기존의 단부 수직보강재가 있는 실험체의 래티스 철선은 인장거동과는 다른 거동의 특성을 보일 것으로 판단되므로, 래티스의 지점걸침 길이에 대한 내력거동평가가 추가로 필요하였다.

따라서, 본 연구에서는 단부 수직보강재가 없는 실험체를 대상으로 걸침 길이를 20mm, 30mm, 40mm로 조정하여 실험적 연구를 진행하였고 이는 Table 1과 같다. Table 1에서 보면 걸침길이에 따라 20mm씩 차이가 발생하였으나 이는 공장에서 제작상의 문제로 전체길이의 0.44∼1.33%의 차이로 미세하다고 판단하여 진행하였고 실험체 수는 3가지 형상에 대해 각각 동일하게 2개 씩 총 6개를 제작하였다.

2.4.1 등분포 하중 가력

가력은 현장 조건과 동일하게 등분포 하중으로 가력하기 위해 시공하중을 단계별로 나누어 가력 하였다. 하중 가력을 위한 장치는 Fig. 3과 같은 지지 플레이트와 추 플레이트를 제작하여 가력했으며, 지지 플레이트의 중량은 80N/개, 추 플레이트의 중량은 40N/개를 기준으로 제작하여 저울에 중량을 측정하여 미리 확인한 후 가력하였다.

가력방법은 Fig. 4 및 Photo 2와 같이 지지 플레이트를 실험체의 하부철선과 아연도금 강판 사이에 끼워 넣은 후 지지 플레이트에 추 플레이트를 매다는 방법에 의해 가력을 실시하였다.

Fig. 3. Details of loading plates

Fig. 4. Installation configuration of loading plates

Photo 2. Load testing scenes of specimens

실험체의 하중 및 변위 등의 측정을 위한 가력은 다음과 같이 2단계로 구분하였고 1단계는 시공하중에 대한 처짐 및 복원력 평가를 2단계는 실험체의 최대내력 및 파괴 형태에 대한 평가로 구분해서 실시하였다.

① 시공하중 평가 : 실험체 별 예상 시공하중까지 재하(loading)한 후 제하(unloading)하여 시공하중에 대한 처짐 및 복원력 특성을 평가하였다.

② 최대내력 평가 : 시공하중에 대한 실험 후 파괴 하중까지 재하(loading)하여 최대내력, 최대처짐 및 파괴 형상 등에 대해 평가하였다.

실험체에 발생하는 처짐 측정을 위해 처짐이 가장 많이 발생하는 실험체 중앙에 변위계를 설치하여 최대 처짐을 측정하였다.

3.1.1 150-SD1A-2.9 실험체

(1) 시공하중 가력 시 처짐 평가

Fig. 14에 단부 수직보강재를 설치한 A 실험체의 처짐은 13.77mm, B실험체 14.56 mm로 나타났고, 설치하지 않은 실험체의 처짐은 A실험체 13.27mm, B실험체 11.77mm로 나타났다. 따라서, 시공처짐은 단부 수직보강재의 설치 유무에 대해 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

Fig. 14. Deflection comparison of 150mm thick slabs

(2) 잔류처짐 평가

시공하중 가력 이후 시공하중을 제하한 후 잔류처짐을 비교하여 Fig. 15에 표시하였다. Fig. 15에서 단부 수직보 강재의 유⋅무에 따른 잔류 처짐은 단부 수직보강재가 있는 실험체가 0mm, 0.69mm, 단부 수직보강재가 없는 실험체가 0.39mm, 0mm로 나타나 단부 수직보강재의 유⋅무가 시공하중 가력 이후의 잔류 처짐에 크게 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

Fig. 15. Residual deflection comparison of 150mm thick slabs

(3) 최대하중

단부 수직보강재의 유⋅무에 따른 실험체의 최대 하중을 비교해 Fig. 16에 표시하였다. 단부 수직보강재의 유⋅무에 대한 실험체의 최대 하중은 단부 수직보강재가 있는 경우 평균 13.29 kN/m²이고 단부 수직보강재가 없는 경우 13.97 kN/m²으로 크게 차이가 없는 것으로 나타났다. 이는 거푸집 구조설계하중(6.20 kN/m²)의 2.14∼2.25배의 안전율을 가지고 있다고 볼 수 있다.

Fig. 16. Max. load comparison of 150mm thick slabs

이상의 실험 결과로부터 바닥판 두께 150mm인 실험체의 단부 수직보강재가 실험체의 구조적 거동에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

3.1.2 200-SD5-4.5 실험체

(1) 시공하중 가력 시 처짐 평가

시공하중 작용 시 중앙부 처짐에 대해 단부 수직보강재 가 있는 경우와 없는 경우에 대한 실험결과를 비교해서 Fig. 17에 표시하였다. Fig. 17에서 단부 수직보강재를 설치하지 않은 실험체가 평균 4mm정도 크게 나타났으나, 전체적으로 허용 처짐 32mm보다 작은 값으로 나타났다.

Fig. 17. Deflection comparison of 200mm thick slabs

(2) 잔류처짐

시공하중 제하(unloading) 시 잔류 처짐은 Fig. 18에서와 같이 단부 수직보강재가 없는 실험체가, 있는 실험체에 비해 평균 약 1mm 정도 높게 나타났지만, 단부 수직보강재설치 유무에 따른 거동 특성에는 영향이 없는 것으로 나타났다.

Fig. 18. Residual deflection comparison of 200mm thick slabs

(3) 최대하중

단부 수직보강재의 유⋅무에 따른 실험체의 최대 내력은 Fig. 19에서와 같이 단부 수직보강재가 있는 경우 평균 11.76 kN/m²이고 단부 수직보강재가 없는 경우 평균 11.66 kN/m²으로 크게 차이가 없는 것으로 나타났다. 이는 거푸집 구조설계하중(7.35 kN/m²)의 1.59∼1.60배의 안전율을 가지고 있다고 볼 수 있으며 이는 150mm 슬래브의 데크 플레이트에 비해서는 안전률이 감소되었음을 알 수 있으며 또한 단부 수직보강재의 유무는 실험체의 최대 하중에 크게 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

Fig. 19. Max. load comparison of 200mm thick slabs

3.1.3 300-SD5-4.5 실험체

슬래브 두께 300mm 실험체의 단부 수직보강재의 유⋅무가 실험체의 거동에 미치는 영향을 평가하고자 시공하중시 처짐, 잔류처짐, 최대하중에 미치는 영향 등을 평가하였다.

(1) 시공하중 가력 시 처짐 평가

Fig. 20에 두께 300mm 실험체의 단부 수직보강재의 유무에 따른 시공하중시 처짐을 비교하여 나타내었다. 단부 수직보강재가 없는 A실험체의 처짐이 24.49mm로 가장 크게 나타났고, 다른 3개 실험체의 처짐은 18.99∼20.86mm로 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 그러나 24.49mm의 처짐도 허용처짐 기준치인 32mm에 비해 작은 처짐이 발생하여 시공하중시 처짐은 문제가 없을 것으로 판단된다.

Fig. 20. Deflection comparison of 300mm thick slabs

(2) 잔류처짐

시공하중 제하시 잔류 처짐은 Fig. 21에서 보는 바와 같이 단부 수직보강재가 없는 300-SD5-4.5(new)50B실험체가 1.06mm로 가장 크게 발생하였으나, 이는 약 1mm로 매우 작은 값으로 단부 수직보강재의 유⋅무가 잔류 처짐에 영향을 미치지는 않는 것으로 생각된다.

Fig. 21. Residual deflection comparison of 300mm thick slabs

(3) 최대하중

300mm 슬래브에 대한 단부 수직보강재의 유⋅무에 따른 실험체의 최대 내력은 Fig. 22에서와 같이 단부 수직보강재가 있는 경우 평균 11.90 kN/m²이고 단부 수직보강재가 없는 경우 12.78 kN/m²으로 단부 수직보강재가 없는 경우 1.07배 증가하였으나 의미있는 차이는 아닌 것으로 사료된다. 이는 거푸집 구조설계하중(9.65 kN/m²)의 1.23∼1.32배의 안전율을 가지고 있다고 볼 수 있으며 150mm 및 200mm 슬래브의 데크 플레이트에 비해서는 안전률이 상당히 감소되었음을 알 수 있고 또한 단부 수직보강재의 유무는 실험체의 최대 하중에 크게 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 슬래브 두께 300mm 실험체에서 단부 수직 보강재의 유⋅무가 최대 하중과는 관련이 없음을 알 수 있으나 300mm 슬래브의 데크 플레이트의 경우 다른 두께의 슬래브 데크 플레이트에 비해 시공하중에 대한 구조안전률이 상대적으로 낮게 나타나 시공중 과다한 하중이 재하될 경우 조기파괴가 발생할 우려가 있다고 판단되고 이에 대한 추가적인 검토가 필요할 것으로 판단된다.

Fig. 22. Max. load comparison of 300mm thick slabs

3.2.1 시공하중 가력 시 처짐

단부 수직보강재가 없는 실험체의 지점의 걸침길이의 변화에 따른 시공하중시 처짐을 비교하면 Fig. 23과 같다.

Fig. 23. Deflection comparison according to differences in bearing length

걸침길이 20mm, 30mm, 40mm 실험체의 경우 28.08∼30.04mm의 처짐값으로 큰 차이가 없었으나 50mm 실험체의 경우 평균 25.24mm로 3mm정도 차이를 나타내었다. 이는 단부 수직보강재가 없는 경우 최단부 래티스 철선이 압축거동을 하게 되므로 압축재의 트러스 거동을 위해서는 지점의 걸침길이가 데크 플레이트의 휨강성에 영향을 미치기 때문으로 판단된다.

3.2.2 잔류 처짐

걸침길이 변화가 시공하중 제하시 잔류 처짐에 미치는 영향을 분석하기 위해 걸침길이 변화에 따른 잔류처짐을 Fig. 24에 나타내었다.

Fig. 24. Residual deflection comparison according to differences in bearing length

걸침길이 20mm인 실험체의 잔류처짐이 평균 6.09mm로 가장 크게 나타났고, 걸침길이 50mm인 실험체의 잔류처짐이 1.69mm로 가장 적게 나타났다. 그러나 걸침길이 30mm, 40mm인 실험체의 평균 잔류처짐은 각각 3.95mm, 3.69mm로 나타났다. 이는 50mm 걸침길이를 기준으로 40mm, 30mm, 20mm 걸침길이에 대해 각각 2.18배, 2.33배, 3.6배의 잔류처짐으로 걸침길이가 잔류처짐에 영향을 미침을 알 수 있다

3.2.3 최대 하중

Fig. 25에 걸침길이의 변화에 따른 최대하중을 나타내었다.

Fig. 25. Max. load according to differences in bearing length

Fig. 25에서 보는 바와 같이 걸침길이 30∼50mm의 실험체는 11.64∼11.86 kN/m²으로 걸침길이 20mm인 실험체에 비해 1.05∼1.06배의 하중을 나타내었고 걸침길이와 상관없이 거푸집 구조설계하중(7.35 kN/m²)의 1.51∼1.61배로 거의 동일한 최대하중을 보였으나 걸침길이 20mm 실험체는 최종파괴형상이 최대하중 직전에 지점의 강판의 좌굴에 의해 발생하여 다른 실험체들과 파괴형상의 차이를 나타내었다. 이는 기존의 데크 플레이트에서 단부 걸침길이가 작을 경우 지점의 응력집중에 의해 데크 플레이트의 붕괴방지의 고려가 필요하고 이를 위해서는 일정 이상의 걸침길이의 확보가 중요할 것으로 판단된다.