무용접 압접 데크플레이트의 구조성능에 관한 실험 - 시공단계에서의 구조안전성 평가 - Test on the Structural Performance of the TOX Deck plate - Evaluation of Structural Safety during Construction Stage -원문보기
철골 데크플레이트 시스템은 시공의 편의성과 공기단축 때문에 건설현장에서 널리 사용되고 있으며, 그중에서도 특히 철선과 데크플레이트가 혼합된 시스템 (트러스 데크플레이트 시스템)이 우수한 구조적 성능과 및 경제성에 의해서 최근에 매우 각광을 받고 있다. 그러나 트러스 데크플레이트 시스템은 많은 장점에도 불구하고 래티스 철선과 데크플레이트에 용접을 하므로 철판이 용접부위에서 녹이 발생하게 되고, 용접부의 균열과 이에 따른 누수가 발생하는 등의 결점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 용접을 하지 않고 녹발생이 없는 새로운 데크플레이트 시스템, 즉, TOX 데크플레이트 시스템의 적용성을 검토하였다. 본 연구에서는 15개의 실험을 통해 시공단계에서의 데크플레이트 시스템의 구조적 안전성을 평가하고자 한다. 실험변수는 슬래브의 두께, 경간의 길이, 상부, 하부 및 래티스 철선의 직경 그리고 아연도금강판 재료 등이다. 실험결과 제안된 TOX 데크플레이트 시스템은 처짐과 내력에 있어서 구조적으로 충분히 안전성이 있는 것으로 보인다.
철골 데크플레이트 시스템은 시공의 편의성과 공기단축 때문에 건설현장에서 널리 사용되고 있으며, 그중에서도 특히 철선과 데크플레이트가 혼합된 시스템 (트러스 데크플레이트 시스템)이 우수한 구조적 성능과 및 경제성에 의해서 최근에 매우 각광을 받고 있다. 그러나 트러스 데크플레이트 시스템은 많은 장점에도 불구하고 래티스 철선과 데크플레이트에 용접을 하므로 철판이 용접부위에서 녹이 발생하게 되고, 용접부의 균열과 이에 따른 누수가 발생하는 등의 결점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 용접을 하지 않고 녹발생이 없는 새로운 데크플레이트 시스템, 즉, TOX 데크플레이트 시스템의 적용성을 검토하였다. 본 연구에서는 15개의 실험을 통해 시공단계에서의 데크플레이트 시스템의 구조적 안전성을 평가하고자 한다. 실험변수는 슬래브의 두께, 경간의 길이, 상부, 하부 및 래티스 철선의 직경 그리고 아연도금강판 재료 등이다. 실험결과 제안된 TOX 데크플레이트 시스템은 처짐과 내력에 있어서 구조적으로 충분히 안전성이 있는 것으로 보인다.
Owing to the decreased work term and the convenience of construction work in Korea, the steel deck plate system has been widely used in the construction field. Most of all, due to its good stiffness and economic consideration, the steel-wire-integrated deck plate system (or truss deck plate system) ...
Owing to the decreased work term and the convenience of construction work in Korea, the steel deck plate system has been widely used in the construction field. Most of all, due to its good stiffness and economic consideration, the steel-wire-integrated deck plate system (or truss deck plate system) has become very popular in recent years. But although it has many advantages, the truss deck plate system has a critical defect: it gets rusty in the welding joints between the lattice steel wire and the deck plate, resulting in the cracking of such welding joints and water leakage. To address these problems, a new type of truss deck plate system, which need not be welded and does not rust, was proposed herein: the TOX deck plate system. In this study, tests were conducted on 15 specimens to evaluate the structural safety of the proposed deck plate system during the construction stage. The test parameters were as follows: the depth of the slab the length of the span the diameters of the top, bottom, and lattice steel wire and the material properties of the zinc-coated steel sheets. The test results show that the TOX deck plate system can guarantee structural safety owing to its deflection and strength.
Owing to the decreased work term and the convenience of construction work in Korea, the steel deck plate system has been widely used in the construction field. Most of all, due to its good stiffness and economic consideration, the steel-wire-integrated deck plate system (or truss deck plate system) has become very popular in recent years. But although it has many advantages, the truss deck plate system has a critical defect: it gets rusty in the welding joints between the lattice steel wire and the deck plate, resulting in the cracking of such welding joints and water leakage. To address these problems, a new type of truss deck plate system, which need not be welded and does not rust, was proposed herein: the TOX deck plate system. In this study, tests were conducted on 15 specimens to evaluate the structural safety of the proposed deck plate system during the construction stage. The test parameters were as follows: the depth of the slab the length of the span the diameters of the top, bottom, and lattice steel wire and the material properties of the zinc-coated steel sheets. The test results show that the TOX deck plate system can guarantee structural safety owing to its deflection and strength.
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문제 정의
따라서 본 연구의 목적은 시공 시 TOX 데크플레이트의 시공 하중에 대한 구조적 안전성을 검토하는 것이다. 이를 위해서 실험을 통해서 각 시공하중 단계별 데크플레이트의 처짐 및 극한내력 등에 대한 정보를 얻기 위해서, 현장의 시공 하중을 최대한 재현하도록 실험장치를 설계 및 제작하여 실험적 연구를 수행하도록 한다.
칼라강판은 일반 아연도금강판에 비해서 구조성능이 조금 저하하는 경향이 있지만 미적인 효과가 상대적으로 우수한 경향이 있다. 따라서 칼라강판 데크플레이트의 성능이 일반 아연도금강판과 비교해서 어느 정도 저하하는지를 알아보고자 한다. 또한.
본 연구에서는 기존의 철선일체형 데크플레이트에서 발생하는 용접에 의한 여러가지 문제점을 해결하기 위해서, TOX 압접접합을 사용한 데크플레이트의 적용성을 검토하는 단순 지지 휨실험을 실시하였아래와 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 이러한 철선일체형 데크플레이트의 문제점을 해결하기 위해서, 점용접 대신 압접(또는 판금접합)이라고 하는 방식으로 래티스를 아연도금강판과 일체화 시킨 일종의 무용접 압접(TOX) 데크플레이트의 적용성을 검토하였다(그림 1). TOX 압접접합은 그림 2와 같이 상부의 원형펀치가 밑판의 틀속으로 소재를 압입하여 데크플레이트 소재가 밑판 측 소재 속으로 밀려들어가게 되는 원리로 제작된다.
가설 설정
(한국건축구조기술사회, 2005). 본 연구에서는 처음으로 적용되는 무용접 압접 TOX 데크플레이트의 허용처짐을 정하는데 있어서 허용처짐을 강화할 필요성이 요구되는 것으로 가정하여, 단순지지인 경우의 17360 또는 10 mm 중에서 작은 값으로 하였다. 본 연구의 실험체들은 모두 L/200의 치올림을 하였기 때문에 허용처짐에 이를 고려하여 산정하였다.
제안 방법
TOX 데크플레이트의 구조성능을 평가하기 위해서 각 시공 하중 단계별 처짐 및 극한내력 등에 대해서 조사하고, 서 포트사용 등 구조적 안전성을 검토한다. 실험체는 현장에서의 시공조건을 최대한 재현하도록 재하장치 및 보조장치를 설계 .
실험체의 셋팅도는 그림 4와 같다. 각 단계별 하중재하을편리하게 하기 위해서 그림과 같이 일정한 높이로 바닥(Strong floor)을 고정한 후 그 위에 단순지지용 H형 타입 지지 단을 설치하였다. H형 타입 지지단은 실험체의 경간에 따라 위치를 조절하였다.
하중의 재하는 중앙부에서 가장자리 방향으로 또한. 균형을 위해서 두 사람이 양측에서 동시에 가하도록 하였다.
H형 타입 지지단은 실험체의 경간에 따라 위치를 조절하였다. 단순지지 데크플레이트의 처짐은 그림과 같이 4등분하여 실험체의 중앙과 경간의 1/4지점에 양측 6개의 변위계(200 mm 용량 LVDT)를 설치하여 측정하도록 하였다.
TOX 압접접합은 그림 2와 같이 상부의 원형펀치가 밑판의 틀속으로 소재를 압입하여 데크플레이트 소재가 밑판 측 소재 속으로 밀려들어가게 되는 원리로 제작된다. 따라서 TOX 데크플레이트는 용접이 생략되어 아연도금이 손상을 입지 않아 녹발생을 막을 수 있도록 계획되었다. 그러나 이러한압접접합부는 시공 시에 시공하중에 의해 탈락되지 않기 위한 충분한 강도를 확보할 필요성이 요구되고 압접 접합부의 안전성에 대한 실험적 검토가 필요하다.
또한. 모든 실험체는 경간 (L)의 1/200의 치올림(Camber)을 두어 처짐에 유리하도록 하였다.
본 연구에서는 처음으로 적용되는 무용접 압접 TOX 데크플레이트의 허용처짐을 정하는데 있어서 허용처짐을 강화할 필요성이 요구되는 것으로 가정하여, 단순지지인 경우의 17360 또는 10 mm 중에서 작은 값으로 하였다. 본 연구의 실험체들은 모두 L/200의 치올림을 하였기 때문에 허용처짐에 이를 고려하여 산정하였다. 이러한 내용을 바탕으로 한 TOX 데크플레이트에 하중 및 허용처짐에 관한 내용을 표 2에 정리하였다.
특히, 휨을 크게 받을 것으로 예상되는 봉의 경우. 봉의 휘어짐에 의한 재하용 강판의 탈락 등 안전성을 위해서 약산을 하여 최대하중에 도달할 때까지 탄성에 머물도록 충분히 강하게 설계하였고, 데크플레이트의 높낮이에 따라서 2가지 직경의 봉을 사용하였다.
실험은 현장 시공조건과 유사한 등분포 하중을 모사하기 위해서 시공 단계별로 하중을 재하 하도록 한다. 하중재하를 위한 장치는 그림 5와 같이 하중전달용 강판, 수직 지지대, 작업 하중용 강판, 하중지지용 봉 및 재하용 강판으로 구성되어있다.
등 구조적 안전성을 검토한다. 실험체는 현장에서의 시공조건을 최대한 재현하도록 재하장치 및 보조장치를 설계 . 제작하였다.
대한 구조적 안전성을 검토하는 것이다. 이를 위해서 실험을 통해서 각 시공하중 단계별 데크플레이트의 처짐 및 극한내력 등에 대한 정보를 얻기 위해서, 현장의 시공 하중을 최대한 재현하도록 실험장치를 설계 및 제작하여 실험적 연구를 수행하도록 한다.
대상 데이터
슬래브의 두께는 피복두께와 상부 배력근(10 mm)을 고려하여데크높이에 30 mm를 더한 값으로 계획되었다. 15개의 실험체 중에서 13개의 실험체는 일반 아연도금강판 (SGC440) 그리고 2개의 실험체는 칼라강판(SGCC)을 사용하여 제작하였다. 아연도금강판은 철선일체 형 데크플레이트에서 구조용으로서 일반적으로 사용되는 것이나 칼라강판은 구조용이 아닌 일반용으로 사용되는 것이다.
본 실험에서 사용된 데크플레이트 강판재질은 일반 아연도금 강판(SGC440)과 칼라강판(SGCC)으로 두 종류이다. 일반적으로 칼라강판이 일반 아연도금강판에 비해서 미적인 요소가 우수하지만 재료적으로 성능이 다소 낮은 떨어지는 것이 지적되고 있다.
D13). 하부철선 (D8. DIO, D13), 래티스(Φ5, Φ6) 및 경간 (2700. 3300. 3600. 3800. 4800 mm)을 변수로 총 15개의 실험체를 계획 및 제작하였다.
성능/효과
(1) TOX 데크플레이트의 휨실험 결과, 시공하중을 초과한 이후의 하중상태에서도 매우 뛰어난 휨 저항성능을 발휘한 것을 확인하였다. 또한 하중증가에 따른 압접의탈락 및 이에 대한 영향은 매우 미미한 것으로 파악되었고 데크플레이트가 중분한 성능을 발휘할 때까지 안정적으로 거동하는 것을 관찰하였다.
(2) 데크플레이트의 성능을 파악하기 위해서 경간, 철선 직경, 데크플레이트의 높이 및 슬래브 두께 등을 변수로 하여 분석한 결과, 제안된 TOX 데크플레이트의 성능은 굳지 않은 콘크리트상태 즉, 시공 시에 구조적으로 안전한 것으로 파악되었다 그러나 보의 경간이 4800 mm 인 실험체가 처짐이 급격히 증가하는 경향을 볼 때에, 시공 시에 데크플레이트의 높이(H) 및 철선의 두께를 고려하여, 경간을 4500 mm이내로 제한하는 것이 안전성에 있어서 바람직 할 것으로 판단된다.
(3) 강판재질에 대한 영향을 보기위해 칼라강판을 사용한 데크플레이트를 실험한 결과, 일반 아연도금강판을 사용한 데크플레이트와 성능 면에서 큰 차이가 없음을 보였다. 이는 데크플레이트가 그대로 노출되는 주차장 등에서의 환경에서는 칼라강판을 사용함으로써 의장적인 효과로 일반 아연도금강판에 비해서 적용성이 증대될 것으로 판단된다.
그림은 경간이 증가할수록 처짐이 증가하는 경향을 나타냈고. 경간이 4800 mm 인 실험체의 경우에도 처짐 비가 1보다 작아 처짐제한에 만족하는 것으로 나타났다. 한정된 실험체의 수량에 의해서 경간에 대한 제한조건을 정량적으로 나타낼 수는 없지만, 그림 10에 나타낸 처짐 비의 분포를 고려하면 단순지지의 경우 경간은 4000 mm 이내가 안전하다고 판단된다.
일반적으로 칼라강판이 일반 아연도금강판에 비해서 미적인 요소가 우수하지만 재료적으로 성능이 다소 낮은 떨어지는 것이 지적되고 있다. 그러나 실험결과 칼라강판을 사용한 데크플레이트 실험체도 시공하중 단계에서의 처짐 및 하중성능을 만족하는 결과를 얻었고 성능에 있어서 일반 아연도금강판에 비해서 거의 동등한 수준을 나타내는 것을 알 수 있었다.
또한 하중증가에 따른 압접의탈락 및 이에 대한 영향은 매우 미미한 것으로 파악되었고 데크플레이트가 중분한 성능을 발휘할 때까지 안정적으로 거동하는 것을 관찰하였다. 또한 모든 실험체가 상부 압축철선의 좌굴에 의해서 최대내력이 결정되었고 시공하중에 의한 처짐제한도 모두 만족하는 결과를 나타냈다.
것을 확인하였다. 또한 하중증가에 따른 압접의탈락 및 이에 대한 영향은 매우 미미한 것으로 파악되었고 데크플레이트가 중분한 성능을 발휘할 때까지 안정적으로 거동하는 것을 관찰하였다. 또한 모든 실험체가 상부 압축철선의 좌굴에 의해서 최대내력이 결정되었고 시공하중에 의한 처짐제한도 모두 만족하는 결과를 나타냈다.
본 연구에서 계획한 시공 시 데크플레이트의 재하방법은젖은 콘크리트 하중뿐만 아니라 상부철선 위의 활하중까지 하중을 모사한 것이 특징이라고 할 수 있다.
후속연구
(4) 본 연구는 시공 시의 구조적 안전성을 파악한 것으로서 현장에 곧바로 적용하는 데는 한계가 있다. 따라서 압접의 설계강도(인장, 전단 등) 분석 및 설계하중과 하중조합을 고려한 최대내력에서의 안전성 검토 등이 필요하므로 이에 관한 내용을 기 실시한 후속실험을 바탕으로 정리할 예정이다.
곧바로 적용하는 데는 한계가 있다. 따라서 압접의 설계강도(인장, 전단 등) 분석 및 설계하중과 하중조합을 고려한 최대내력에서의 안전성 검토 등이 필요하므로 이에 관한 내용을 기 실시한 후속실험을 바탕으로 정리할 예정이다.
참고문헌 (12)
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대한건축학회 (1998). 합성데크 바닥구조 시공지침서
대우건설기술연구소 (1999). TEC-BEAM 구조실험보고서
문태섭, 배종우 (1999). 신형상의 합성용 데크플레이트를 사용한 합성슬래브의 구조적 거동에 관한 해석적 연구, 한국강구조학회 논문집, 제11권 2호, pp. 575-586
엄철환, 윤명호 (1999). 합성슬래브용 신형장 데크플레이트의 전단부착강도에 관한 실험적 연구, 한국강구조학회 논문집, 제11권 6호, pp. 671-678
이수권, 이용재 (2007). 철선일체형 데크플레이트 시스템의 구조안전성 평가, 대한건축학회 논문집, 제23권 11호, pp. 43-50
(주)제일데크노스 (2005). 제일 NT DECK 구조설계편람
한국건축구조기술사회 (2005). 스피드데크 시스템의 구조성능 평가에 관한 연구
오상훈, 장인화, 배규웅, 허병욱, 양명숙 (2001). 신형상의 합성용 평데크플레이트(ACE-DECK)의 휨성능에 대한 실험적 연구, 한국강구조학회 논문집, 제13권 3호, pp. 265-277
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