구조물이 초고층화, 대형화 되어감에 따라 철근의 이음방법에 대한 필요성이 증대되고 있다. 현재 일반적으로 건설현장에서는 겹이음을 많이 사용하고 있으나 굵은 직경을 사용한 구조부재의 경우 겹이음 사용 시 피복두께 확보의 어려움으로 부착파괴 및 접합부의 복잡한 배근으로 인한 콘크리트 타설의 시공성 저하 등이 문제가 되고 있다. 또한 압접이음은 철근의 단부를 국부적으로 가열하여 접합하는 방식으로 압접 후 철근의 취약부분이 발생할 수 있으므로 시공현장에서의 철저한 품질관리가 요구되는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하고자 새로운 개념의 Up-set Coupler를 적용하였다. 본 연구에서는 기계적 이음방법 중 철근 선조립공법이나 고강도, 대직경의 철근을 사용하는 PSC구조물의 접합부에서 주로 사용되는 대표적인 이음방법인 Screw Coupler와 Up-set Coupler, 그리고 이음이 없는 철근을 사용하여 각각의 인장특성과 사용성을 실험적으로 연구하고자 한다.
구조물이 초고층화, 대형화 되어감에 따라 철근의 이음방법에 대한 필요성이 증대되고 있다. 현재 일반적으로 건설현장에서는 겹이음을 많이 사용하고 있으나 굵은 직경을 사용한 구조부재의 경우 겹이음 사용 시 피복두께 확보의 어려움으로 부착파괴 및 접합부의 복잡한 배근으로 인한 콘크리트 타설의 시공성 저하 등이 문제가 되고 있다. 또한 압접이음은 철근의 단부를 국부적으로 가열하여 접합하는 방식으로 압접 후 철근의 취약부분이 발생할 수 있으므로 시공현장에서의 철저한 품질관리가 요구되는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하고자 새로운 개념의 Up-set Coupler를 적용하였다. 본 연구에서는 기계적 이음방법 중 철근 선조립공법이나 고강도, 대직경의 철근을 사용하는 PSC구조물의 접합부에서 주로 사용되는 대표적인 이음방법인 Screw Coupler와 Up-set Coupler, 그리고 이음이 없는 철근을 사용하여 각각의 인장특성과 사용성을 실험적으로 연구하고자 한다.
As structures are getting super-rise and large-sized, introducing the construction methods such as prefabrication of bar-meshes and complex method are being actively discussed to pursue the high quality of reinforced concrete, the simplification of field works, and the reduction of duration, as well...
As structures are getting super-rise and large-sized, introducing the construction methods such as prefabrication of bar-meshes and complex method are being actively discussed to pursue the high quality of reinforced concrete, the simplification of field works, and the reduction of duration, as well as the study on how to connect reinforcing rods, which occurs while applying the same methods, is in progress Also, the pressure welded joint is a kind of method that heats the ends of reinforced bars locally and joint them, and after the pressure welding, the vulnerable part in the reinforced bar occur. Thus, in the construction field, the throughout quality control is necessary because of the delayed duration and the lowered construct ability. In this study, of the traditional lap splice method and the mechanical splice one, the screw coupler, we tried to look into through experiments the prefabrication method of bar-meshes, a typical joint method usually used for the joint parts for PSC structures applying the reinforced bar with its big diameter, and a newly-developed up-set coupler method. And we also examined the characteristic of tensile.
As structures are getting super-rise and large-sized, introducing the construction methods such as prefabrication of bar-meshes and complex method are being actively discussed to pursue the high quality of reinforced concrete, the simplification of field works, and the reduction of duration, as well as the study on how to connect reinforcing rods, which occurs while applying the same methods, is in progress Also, the pressure welded joint is a kind of method that heats the ends of reinforced bars locally and joint them, and after the pressure welding, the vulnerable part in the reinforced bar occur. Thus, in the construction field, the throughout quality control is necessary because of the delayed duration and the lowered construct ability. In this study, of the traditional lap splice method and the mechanical splice one, the screw coupler, we tried to look into through experiments the prefabrication method of bar-meshes, a typical joint method usually used for the joint parts for PSC structures applying the reinforced bar with its big diameter, and a newly-developed up-set coupler method. And we also examined the characteristic of tensile.
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문제 정의
이음방식들과 비교하여 기계적 . 구조적 성능을 검증하고자 한다. 본 논문에서는 물리적 변형을 주어 형성된 철근 단부를 Coupler로 기계적 이음 하는 Up-Set Coupler에 대하여 이음의 기계적 특성 비교분석 시 사용된 이음구의 종류는 Screw Coupler(나사식 커플러), 이음이 없는 철근, Up-Set Coupler로 직경별로 인장실험 하였으며 한국산업규격에서 정하고 있는 기준 이상의 인장강도 발현여부와 그 성능을 비교를 통하여 효율적인 시공을 위한 기초자료를 제시하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 이러한 시공성저하의 원인을 근본적으로 해결하고, 시공성, 공기단축, 재료비 절감 등을 위해 철근 밀집현상을 감소시켜 시공성을 향상시킬 수 있는 새로 개념의 Up-Set Coupler를 기존의 철근 이음방식들과 비교하여 기계적 . 구조적 성능을 검증하고자 한다.
구조적 성능을 검증하고자 한다. 본 논문에서는 물리적 변형을 주어 형성된 철근 단부를 Coupler로 기계적 이음 하는 Up-Set Coupler에 대하여 이음의 기계적 특성 비교분석 시 사용된 이음구의 종류는 Screw Coupler(나사식 커플러), 이음이 없는 철근, Up-Set Coupler로 직경별로 인장실험 하였으며 한국산업규격에서 정하고 있는 기준 이상의 인장강도 발현여부와 그 성능을 비교를 통하여 효율적인 시공을 위한 기초자료를 제시하고자 한다.
본 연구는 초고층화 대형화 되어가는 구조물용 대구경 철근의 기계적 이음부의 성능 평가를 위해 수행하였으며, 기존 철근이음방식의 단점을 보완하기 위한 새로운 개념의 기계적 이음재 시편에 관한 성능을 평가하고, 쾌속시공을 위해 고안된 기계적 이음 철근의 성능평가를 위한 연구로서 인장실험결과를 정리하면 다음과 같다.
한국산업규격에서 정하고 있는 SD400을 이용하여각 철근의 이음 방법에 따른 인장강도를 측정하고자 하였다. 기계적 이음의 종류는 부풀림 나사이음 (Up Set Coupler)과 평단면 나사이음(Screw Coupler) 그리고 이음 없는 철근에 의한 시편을 각각 제작하여 실험하였으며, 본 실험에 사용된 철근은 KS D 3504 의 철근 콘크리트용 봉강이며, Table 2에 규격을 나타내었다.
제안 방법
5N/sec의 속도로 시험하였다. 또한 KS D3504 [철근 콘크리트용 봉강]에 준하여 이음이 포함된 시편의 평균 인장강도는 같은 종류의 이음이 없는 철근의 실제 인장강도 이상이어야 하며, 시험체의 판정기준은 KS D 0249에 의거하여 각 시편의 인장강도는 모재 철근의 최소 항복강도의 125% 이상의 값이어야 함으로 이 값을 판정기준으로 하여 Up-Set Coupler 의사용 가능성을 검토하였다.
이상을 실험변수로 하여 이음 없는 철근을 포함한 시험체의 실험을 수행하였으며, 각각의 시편에 대한변수명은 아래 Table 3과 같으며 철근 직경별 시편 길이에 따른 물림길이를 한국산업규격에 근거하여 산정하였으며 목록은 Table 4에 나타난 바와 같다.
대상 데이터
기계적 이음의 종류는 부풀림 나사이음 (Up Set Coupler)과 평단면 나사이음(Screw Coupler) 그리고 이음 없는 철근에 의한 시편을 각각 제작하여 실험하였으며, 본 실험에 사용된 철근은 KS D 3504 의 철근 콘크리트용 봉강이며, Table 2에 규격을 나타내었다.
성능평가에 대한 시험변수는 나사식이음(Screw Coupler)과 본 연구에서 개발된 Up-Set Coupler, 이음없는 철근을 선택하였으며, 한국산업규격에서 정하고 있는 D13 〜D51까지 11종을 그 대상으로 하였다.
이론/모형
철근의 경우는 주로 Shimadzu 인장 2, 000 kN 만능시험기를 이용하였으며, 가력은 KS D0249 [철근콘크리트용 봉강의 기계식 이음의 검사 방법]의 규준에 따라 정적 인장가력을 수행하였다. 정적 인장가력시험은 0.
표점거리는 KS D 3504에 따라 인장시험시 표점거리는 5D로 산정하였다(Fig. 8).
성능/효과
1) 현재 사용되고 있는 Screw Coupler의 이음 철근을 시험한 결과 모든 시편이 한국 산업 규격 기준을 만족하여 규격 항복강도 400MPa의 125% 값인 500MPa 보다 90MPa가 높게 나타났으며 모재 철근 인장강도 560MPa 보다 30MPa가 높게 나타났다.
2) Up-Set Coupler 이음철근을 시험한 결과 모두 모재 철근에서 파단 되었으며, Screw Coupler와 마찬가지로 한국산업규격기준을 만족하는 규격 항복강도 400MPa의 125% 값인 500MPa 보다으약112MPa가 높게 나타났으며 Screw Coupler 모두 유사한 인장강도를 가지는 것으로 나타났다.
10은 현재 현장에서 가장 많이 사용되고 있는 철근의 직경 D25, D29, D32를 선정하여 비교분석한 결과 이다. 대부분의 시험체에서 인장강도는 유사한 것으로 나타났으며, 전반적으로 모든 인장강도는 한국 산업규격기준에 만족하는 것으로 나타났다. 따라서 철근의 겹이음으로 인한 시공 시 밀집 현상으로 인한 시공성저하의 원인을 해결하기위한 방법의 일환으로 인장 실험 이외의 피로실험 및 구조실험 등 추가적인 연구가 수행된다면, Up-Set Coupler 의 사용가능성을 제시 할 수 있을 것으로 판단된다.
실험에서 Up-Set Coupler 이음은 대부분 파단점이 표점거리내에서 철근의 전형적인 인장파단 형상이 발생하였으며, 각각의 시편에 대한 성능기준인 규격항복강도 400 MPa의 125% 값인 500MPa 보다 112MPa가 높은 성능을 나타내었으며, 모재철근 인장강도 560MPa 보 다 52MPa가 높은 결과 값을 나타내었다
결과를 나타낸 것이다. 한국산업규격에 의한 모든 시편에서 표점거리내의 모재철근에서 급격하게 파단 되었으며 각각의 시편에 대한 성능 기준인 규격 항복강도 400MPa의 125% 값인 500MPa 보다 90MPa정도 높은 성능을 나타냈으며, 모재철근 인장강도의 경우 560MPa 보다 30MPa가 높은 결과 값을 나타내었다.
후속연구
대부분의 시험체에서 인장강도는 유사한 것으로 나타났으며, 전반적으로 모든 인장강도는 한국 산업규격기준에 만족하는 것으로 나타났다. 따라서 철근의 겹이음으로 인한 시공 시 밀집 현상으로 인한 시공성저하의 원인을 해결하기위한 방법의 일환으로 인장 실험 이외의 피로실험 및 구조실험 등 추가적인 연구가 수행된다면, Up-Set Coupler 의 사용가능성을 제시 할 수 있을 것으로 판단된다.
참고문헌 (7)
박선규, 이괄, 고원준, "커플러 이음 철근을 사용한 철근콘크리트 보의 휨 거동에 대한 실험적 연구", 한국구조물진단학회 학술발표대회, 2000. 7
이리형, 이원호, 김병균, 이용재, 이동우, '강관 슬리브를 이용한 철근이음에 관한 실험적 연구', 대한건축학회논문집, 13권 3호, 통권 101호, 1997. pp. 241-250
Rezansoff, T. and Akanni, A. and Sparling., B., "Tensile Lap Splices under Static Loading; A review of the Proposed ACI 318 Code Provisions," ACI Structural Journal. July-August, 1993, pp. 374-384
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