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가설 설정
- 5 m, 두께 150 mm이며, 중앙의 현장이음부는 길이가 250 mm로서 프리캐스트부 UHPC의 양생을 끝낸 뒤 이음부 UHPC를 타설하는 분할타설에 의하여 구현하였다. 단, 일정한 품질관리 수준이 유지됨을 가정하여 증기양생을 실시하였다.
제안 방법
- 모든 실험부재는 동일한 외형적 제원과 단면상세로 제작되었으며 연구의 목적에 따라 이음부를 갖지 않는 경우와 연속된 철근을 사용한 경우를 포함하여 철근겹침이음길이에 따라 총 6개로 구성하였다.
- 얇은 부재에 적합하고 UHPC의 높은 부착특성을 활용할 수 있는 가장 단순하고 효율적인 대안으로 평가되는 철근겹침이음 방안을 대상으로 하여 철근겹침이음길이와 이음부의 영향 등을 실험적으로 검토하고 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 02 mm/sec 속도로 재하되도록 하였다. 이 때 정적거동 분석을 위하여 Fig. 1에 표시한 바와 같이 실험부재 중앙에서의 처짐, 중앙단면과 이음부 경계면의 콘크리트 변형률, 철근변형률 등을 측정하였다. 실험 전경은 Fig.
- 이 연구에서는 교량의 바닥판과 같이 얇은 부재에 적합한 가장 단순한 연결형태인 철근겹침이음부 설치에 따른 UHPC 휨부재의 정적인 거동변화를 실험적으로 규명하고 최소철근겹침이음길이를 산정하였다. 대상 부재는 UHPC 바닥판 프리캐스트 세그먼트를 모사한 휨부재이며, 선행연구와 비교할 때 철근을 인장측으로 배근하여 단면효율성을 개선한 모델이다.
- 이음부 설치에 따른 실험부재의 정적거동을 규명하기 위해 이음부 구간에 최대휨모멘트를 유발할 수 있도록 4점 재하 방식의 휨실험을 실시하였다.
- 정적재하실험에서 측정된 하중과 변위의 관계를 살펴보았다. 하중 재하 초기부터 실험 종료시까지 측정된 하중-변위 관계 곡선을 실험부재별로 Fig.
- 지지점은 파괴시의 안전을 고려하여 실험부재의 양측 끝단으로부터 안쪽으로 100 mm씩의 여유를 확보하였으므로 지지점 사이의 간격은 1.8 m이며, 재하 위치는 전단거동의 간섭을 배제하기 위하여 이음부가 최대모멘트 구간에 충분히 포함되도록 이 간격을 3 등분하는 것으로 계획하였다. 따라서 지지점 및 하중 사이의 각각의 간격은 600 mm이며, 최대모멘트는 중앙부 600 mm 구간에 발생되므로 250 mm의 폭을 가지는 이음부는 최대모멘트 구간에 충분히 포함되는 것으로 판단된다.
- 하중은 한 개의 유압식 가력기와 프레임을 통하여 600 mm의 간격을 가지도록 계획된 두 재하위치에 동시에 작용하며 변위제어방법(Displacement control method)에 의하여 0.02 mm/sec 속도로 재하되도록 하였다. 이 때 정적거동 분석을 위하여 Fig.
- 하중재하에 따른 변형률 관계는 이음부의 유무에 따라 크게 구분되었으므로 대표적으로 NC 및 C-0 실험부재에 대하여 고찰하였다. 변형률의 측정은 실험부재 측면 UHPC 표면과 인장철근에서 실시하였으며 상세한 위치는 Fig.
대상 데이터
- 이 연구에서는 교량의 바닥판과 같이 얇은 부재에 적합한 가장 단순한 연결형태인 철근겹침이음부 설치에 따른 UHPC 휨부재의 정적인 거동변화를 실험적으로 규명하고 최소철근겹침이음길이를 산정하였다. 대상 부재는 UHPC 바닥판 프리캐스트 세그먼트를 모사한 휨부재이며, 선행연구와 비교할 때 철근을 인장측으로 배근하여 단면효율성을 개선한 모델이다.
- 실험부재의 제원은 길이 2 m, 폭 0.5 m, 두께 150 mm이며, 중앙의 현장이음부는 길이가 250 mm로서 프리캐스트부 UHPC의 양생을 끝낸 뒤 이음부 UHPC를 타설하는 분할타설에 의하여 구현하였다. 단, 일정한 품질관리 수준이 유지됨을 가정하여 증기양생을 실시하였다.
- 3 MPa이다. 철근은 항복강도 400 MPa급의 직경 19.1 mm 등급의 한국산업표준(Korea Standard) 인증제품을 사용하였다.
성능/효과
- 먼저 이음부의 설치에 따라 예상할 수 있는 바와 같이 이음부를 갖는 C-실험부재는 이음부를 갖지 않는 NC실험부재에 비하여 하중-처짐 곡선의 초기 기울기가 다소 낮게 형성되었고, 최대하중값은 약 70% 수준으로 나타났다. UHPC의 높은 부착성능에도 불구하고 모재가 동일한 UHPC로 제작되었고 강재거푸집으로 마무리된 매끈한 면에 이음부 UHPC가 타설되었으므로 이음부 경계면을 따라 재하 초기부터 진전된 균열이 기울기 감소의 원인으로 판단되며, 경계면에서 UHPC의 단절에 따른 강섬유의 인장기여도 감소가 최대하중이 낮게 나타나는 이유로 볼 수 있다.
- NC 실험부재에서는 최대모멘트 구간에 설치된 모든 게이지에서 소성거동이 기록되었으나, C-0 실험부재는 이음부 경계면 위치(L1, L2, R1, R2)에서 소성거동이 관찰되었고 중앙(c)과 프리캐스트 부재 내부 위치(L3, R3)는 상대적으로 작은 값을 나타내었다. 즉, 이음부가 있는 경우에는 경계면에서 측정된 철근의 변형률이 상대적으로 크게 나타났으며 이음부 중앙 또는 프리캐스트 부재에서와는 달리 소성거동을 보임으로써 휨에 의한 인장력이 이음부 경계면 철근에 집중되고 있음을 알 수 있다. 연속된 실험부재는 변형률 게이지의 위치에 관계없이 모두 소성거동을 나타내어 휨에 의한 인장에 대해 고르게 저항하였다.
후속연구
- 위의 결론은 UHPC 교량 바닥판의 프리캐스트 공법 적용을 위해 필연적으로 발생되는 이음부로서 철근겹침이음 방안의 적합성을 판단하기 위한 기초적 정보를 제공하는데 유용할 것으로 판단되며, 추후 사용성과 피로를 고려한 성능평가가 수행된다면 실용화가 가능할 것으로 기대된다.
- 현장이음부의 설치는 UHPC의 인장기여도를 감소시키므로 이음부를 설치하지 않은 경우에 비해 약 70% 수준의 최대하중을 나타내었다. 이는 경계면이 매끄러운 경우에 대한 결과이므로 표면처리 등을 통해 UHPC의 부착성능을 보다 효율적으로 활용할 수 있는 보완이 필요할 것으로 판단된다.
- Graybeal 등[7]은 단면상세를 변수로 하는 프리캐스트 바닥판 이음부의 성능평가를 위한 실험을 수행하였고, 국내에서는 강재거더와 UHPC 바닥판의 스터드를 이용한 합성거동 평가와 단면 중앙위치에 보강철근이 배근된 UHPC 프리캐스트 휨부재의 철근겹침이음 성능 평가 등의 사례를 살펴 볼 수 있다[8,9]. 이러한 선행 연구 사례들로부터 UHPC의 높은 강도 및 부착 특성을 이용하여 이음부 크기의 축소와 상세의 단순화가 가능함이 공통적으로 입증되었으나 아직까지는 연구의 초기단계로서 연결부 형태와 단면상세에 따라 보다 많은 실험적 검증이 수행되어야 한다.
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