캡 플레이트로 단부 보강한 춤이 깊은 데크의 시공중 처짐성능평가 Deflection Evaluation of the Constructing-load Carrying Capacity for Deep Decking Floor System Reinforced with Both Ends Cap Plates원문보기
춤이 깊은 데크를 6m 이상 장스팬 바닥에 사용할 경우에는 시공단계에서 데크의 발생하는 많은 처짐에 의한 작업자 및 시공안전을 고려하여 가설지주를 사용하는 것이 통상적이었다. 그러나 시공안전은 확보하였지만, 가설지주의 설치는 작업자의 통로제한, 공간의 협소, 능률의 감소 등으로 시공성의 문제가 발생한, 이는 춤이 깊은 데크는 상부 개방인 골 형태로 인한 벌어짐이나 박판으로 인한 웨브크리플링, 데크의 상부 플렌지의 국부처짐 등의 불안정성 문제가 발생할 수 있고, 이로 인해 개방형 데크의 횡-비틀림 좌굴과 같은 구조적 문제가 발생할 수 있다. 본 연구는 시공단계 동안 작용하중에 대한 춤이 깊은 데크의 제한 처짐 값을 제안하며, 장스팬의 구조안정성을 확보하고자 춤이 깊은 데크의 단부에 캡플레이트로 보강한 후 시공단계하중을 모래 재하 방법으로 실물실험 제작하여 실험을 실험하였다. 실험결과 개선안 캡플레이트 적용 유무에 따라 발생 처짐량이 최대 1/5 감소하였고, 모든 특히 단부를 연속화한 실험체의 경우, 처짐이 국내 규준과 제안 처짐 값(L/180, 30mm)을 만족하였다.
춤이 깊은 데크를 6m 이상 장스팬 바닥에 사용할 경우에는 시공단계에서 데크의 발생하는 많은 처짐에 의한 작업자 및 시공안전을 고려하여 가설지주를 사용하는 것이 통상적이었다. 그러나 시공안전은 확보하였지만, 가설지주의 설치는 작업자의 통로제한, 공간의 협소, 능률의 감소 등으로 시공성의 문제가 발생한, 이는 춤이 깊은 데크는 상부 개방인 골 형태로 인한 벌어짐이나 박판으로 인한 웨브크리플링, 데크의 상부 플렌지의 국부처짐 등의 불안정성 문제가 발생할 수 있고, 이로 인해 개방형 데크의 횡-비틀림 좌굴과 같은 구조적 문제가 발생할 수 있다. 본 연구는 시공단계 동안 작용하중에 대한 춤이 깊은 데크의 제한 처짐 값을 제안하며, 장스팬의 구조안정성을 확보하고자 춤이 깊은 데크의 단부에 캡플레이트로 보강한 후 시공단계하중을 모래 재하 방법으로 실물실험 제작하여 실험을 실험하였다. 실험결과 개선안 캡플레이트 적용 유무에 따라 발생 처짐량이 최대 1/5 감소하였고, 모든 특히 단부를 연속화한 실험체의 경우, 처짐이 국내 규준과 제안 처짐 값(L/180, 30mm)을 만족하였다.
If of application of the deep deckting floor in long span more than 6m, the deflection caused by the construction load occurred high. Because the constructing-works and safety by this deflection, take actually supports to laborers working on the deck. However, installed supports are having difficult...
If of application of the deep deckting floor in long span more than 6m, the deflection caused by the construction load occurred high. Because the constructing-works and safety by this deflection, take actually supports to laborers working on the deck. However, installed supports are having difficultly such as the restricted passage, deficiency of working space, and lowering of efficiency. And toward-opening deck is seen as local buckling of web plate, flexural-torsional buckling, and gradually opening of corrugated decking. In this study, we will suggest a deep decking floor system that reinforced with both ends cap plates for toward-opneing decking change from opening to closing. The constructing deflection of a deep decking more than 6m must be satified 30mm and L/180 as proposed. Full-scale field tests loading by sand conducted a deep decking reinforced with and without cap plate. In conclusion, the specimen reinforced with cap plates have shown that to ensure the negative moment $wl^2/18$. And constructing-deflection of deep decking shown that to satisfy the evaluation value (L/180 or 30mm).
If of application of the deep deckting floor in long span more than 6m, the deflection caused by the construction load occurred high. Because the constructing-works and safety by this deflection, take actually supports to laborers working on the deck. However, installed supports are having difficultly such as the restricted passage, deficiency of working space, and lowering of efficiency. And toward-opening deck is seen as local buckling of web plate, flexural-torsional buckling, and gradually opening of corrugated decking. In this study, we will suggest a deep decking floor system that reinforced with both ends cap plates for toward-opneing decking change from opening to closing. The constructing deflection of a deep decking more than 6m must be satified 30mm and L/180 as proposed. Full-scale field tests loading by sand conducted a deep decking reinforced with and without cap plate. In conclusion, the specimen reinforced with cap plates have shown that to ensure the negative moment $wl^2/18$. And constructing-deflection of deep decking shown that to satisfy the evaluation value (L/180 or 30mm).
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문제 정의
이러한 설치 방법은 철판 및 철근의 용접으로 인해 용접부위에 구멍이 생겨 누수가 가능성이 있으며 강성이 약해 추가 보강이 불가능하다. 따라서 횡방향 철근의 효율성을 고려하여 보다 강성이 큰 횡분배 트러스를 개선방안으로 제안하며 목적은 다음과 같다.
본 실험은 길이 6m + 7m + 6m로 구성된 3연속 스팬의 실물대 실험체를 제작하여 시공단계에 L/180 또는 30mm의 처짐 제한을 만족하는지 평가하였다. 하중은 콘크리트의 토핑두께를 120mm로 설정하였으며, 모래의 비중을 재하실험 시작 시 측정하고 그리고 완료한 후 측정하여 불리한 완료 시점으로 비중을 적용하였으며, 모래가 포설된 높이를 6개소 이상 측정하여 이를 산술 평균하여 비중을 곱하여 평가 하중으로 산정하였다.
본 연구는 Deep deck의 활용에서 콘크리트 타설시 발생되는 안정성과 사용성 문제를 개선할 수 있는 방안을 마련하고 그 효과를 평가하기 위한 실험적 연구를 수행하고자 한다
본 연구에서는 캡플레이트로 단부 보강한 춤이 깊은 데크의 시공중 처짐성능 평가를 위해 실물대 실험체를 제작하여 모래 재하실험을 수행하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
이러한 문제를 효과적으로 개선하기위해 단면의 폐쇄화로 데크의 기하학적 변형을 방지하기 위하여 개방된 골 상부에 캡 플레이트를 설치하는 방안을 고안하였다[11],[12],[13]. 즉, Fig. 3과 같이 개방형 단면을 폐단면으로 만들어 불안정성을 극복하고 부가적으로 데크 단면의 휨 강성을 증대시키고자 한다.
가설 설정
k : 판좌굴 계수. 웨브에 의해 지지된 구속판 요소에 대해서는 단순지지로 가정하여 4를 사용. 다른 형태의 요소에 대해서는 다른 값들이 지정되어 있음.
제안 방법
3경간 단부 연속 실험체(RC-2)는 캡플레이트 효과를 구현하기 위해 두께 1.6mm, 폭 300mm, 길이 1,200mm의 아연도강판을 양단부와 중앙부에 부착하였으며, 단부와 중앙부 캡플레이트 사이에 600mm 간격으로 두께 1.6mm, 폭 300mm, 길이 100mm의 아연도강판을 추가 부착하였다. 단부 연속화를 위해 데크 골 상부에 캡플레이트와 연결하는 2-HD16 철근을 골 하부에 연결 플레이트를 설치하였다.
본 시험은 50ton 피로 만능 시험기(UTM)을 사용하여 3mm이하의 박판에 대한 KS B 0801의 금속재료 인장시험편 규정에 따라 13B호 시험편을 제작하여 인장시험을 실시하였다. 각 시험편에 Strain gauge를 부착하여 응력-변형도 관계를 파악하였다. 각 시험편을 평균하여 항복강도(Fy), 인장강도(Fu), 항복비(Fy/Fu), 연신율, 탄성계수(GPa) 등을 Table 10에 나타내었고, 응력-변형도 관계를 Fig.
단부 연속화 실험체의 단부 구속도 평가는 규준의 처짐산 정식에서 단부부분고정단 개념으로 100% 고정조건의 부모멘트 wl2/12에서 50% 부분고정조건의 부모멘트 wl2/24 로산정한 데크 중앙부 처짐과 비교하여 분석하였다.
6mm, 폭 300mm, 길이 100mm의 아연도강판을 추가 부착하였다. 단부 연속화를 위해 데크 골 상부에 캡플레이트와 연결하는 2-HD16 철근을 골 하부에 연결 플레이트를 설치하였다.
우선, 국내외 합성데크 바닥구조의 성능평가와 분석방법을 파악하고 시공단계에서의 처짐 산정방식과 제한규정의 조사를 통해 Deep deck의 처짐성능 평가지침을 제시하였다. 또한, Deep Deck의 예비실험을 통해 기존방식의 문제점 분석과 처짐에 대한 성능 개선방안을 제시하고, 모래를 사용한 재하실험을 실시하였다. 이를 통해 연속화 실험체의 단부 구속도 평가 및 본 연구진에 의해 제시된 처짐제한 기준(안)을 사용하여 단부 보강된 Deep deck의 처짐성능을 평가하였다.
모래재하 실험 결과의 처짐을 규준에서 제시하고 잇는 처짐제한과 비교하였다. 비교 대상으로는 국내 규준인 합성데크 바닥구조 설계기준(안)과 미국의 ASCE기준, 그리고 2.
실험체 제작에 사용된 강재의 기계적 성질을 파악하기 위해 Deep Deck의 가공 전후와 캡플레이트에서 강재시편을 3개를 절취하였다. 본 시험은 50ton 피로 만능 시험기(UTM)을 사용하여 3mm이하의 박판에 대한 KS B 0801의 금속재료 인장시험편 규정에 따라 13B호 시험편을 제작하여 인장시험을 실시하였다. 각 시험편에 Strain gauge를 부착하여 응력-변형도 관계를 파악하였다.
실험체의 변위는 변위계(LVDT)와 스트레인 게이지를 활용하여 측정하였다. 수직 처짐은 중앙스팬에서는 3개의 변위계를 사용하여 중앙부와 양 단부로부터 L/4 지점의 변위를 측정하였고, 좌우측의 스팬에서는 스팬의 중앙부와 중앙스팬의 단부에서 L/4 지점의 변위만을 측정하였다.
실험체의 변위는 변위계(LVDT)와 스트레인 게이지를 활용하여 측정하였다. 수직 처짐은 중앙스팬에서는 3개의 변위계를 사용하여 중앙부와 양 단부로부터 L/4 지점의 변위를 측정하였고, 좌우측의 스팬에서는 스팬의 중앙부와 중앙스팬의 단부에서 L/4 지점의 변위만을 측정하였다.
2mm의 데크를 사용하였다. 우선, 국내외 합성데크 바닥구조의 성능평가와 분석방법을 파악하고 시공단계에서의 처짐 산정방식과 제한규정의 조사를 통해 Deep deck의 처짐성능 평가지침을 제시하였다. 또한, Deep Deck의 예비실험을 통해 기존방식의 문제점 분석과 처짐에 대한 성능 개선방안을 제시하고, 모래를 사용한 재하실험을 실시하였다.
또한, Deep Deck의 예비실험을 통해 기존방식의 문제점 분석과 처짐에 대한 성능 개선방안을 제시하고, 모래를 사용한 재하실험을 실시하였다. 이를 통해 연속화 실험체의 단부 구속도 평가 및 본 연구진에 의해 제시된 처짐제한 기준(안)을 사용하여 단부 보강된 Deep deck의 처짐성능을 평가하였다.
캡플레이트의 설치 위치는 스팬의 중앙부와 단부로 구분하여 검토하였다. 단부에는 중앙부 캡플레이트 길이를 1/2 나누어 설치하였다.
콘크리트 토핑두께를 100mm로 시공단계의 사용성 검토를 위한 고정하중과 시공하중의(5.54kN/m2)으로 춤이 깊은 데크의 골 상부에 Hat형 캡플레이트가 설치되는 것을 고려하여 단순지지 조건에 대한 처짐을 검토하였다.
본 실험은 길이 6m + 7m + 6m로 구성된 3연속 스팬의 실물대 실험체를 제작하여 시공단계에 L/180 또는 30mm의 처짐 제한을 만족하는지 평가하였다. 하중은 콘크리트의 토핑두께를 120mm로 설정하였으며, 모래의 비중을 재하실험 시작 시 측정하고 그리고 완료한 후 측정하여 불리한 완료 시점으로 비중을 적용하였으며, 모래가 포설된 높이를 6개소 이상 측정하여 이를 산술 평균하여 비중을 곱하여 평가 하중으로 산정하였다. 캡플레이트와 데크의 상부면은 직결나사(직경6.
대상 데이터
두께 1.2mm, 춤이 깊은 데크를 이용하여 3경간 연속조건과 비교 평가를 위한 1경간 단순지지 조건을 대상으로 Fig.7에 나타낸 바와 같이 Deep Deck 4장으로 구성된 폭 2.4m, 스팬 길이 7.5m (순스팬 7.1m)의 실물대 실험체로 제작하였다. 실험체는 지지조건과 Cap plate의 설치를 고려하여 다음과 같이 계획하였다.
본 실험에서는 데크의 상부면에서 콘크리트 표면까지의 토핑두께를 120mm로 설정하였고 시공 중 작업하중은 국내규준에 나와 있는 1.5kN/m2로 설정하였으며 하중은 모래로 사용하였다.
본 실험의 주요변수는 단부 연속화 유무, 연속화 방법(철근 또는 캡플레이트), 캡플레이트의 두께로 총 6개의 실험체를 제작하였다(단순보 3개, 연속보 3개). 단순보 SS시리즈 실험체인 SS-C00-K와 SS-C00-O의 실험체는 캡플레이트를 설치하지 않고 횡분배 트러스의 유무를 두고 제작된 실험체 이고, SS-C12-K실험체 경우는 캡플레이트를 단부에설치하여 Deep Deck 단면을 폐단면화를 한 실험체이다.
본 연구는 시공 중 콘크리트가 타설되고 경화되어 합성바닥판으로 거동하기 이전까지 단계에 대한 것으로 하고, 적용되는 데크는 국내 J사의 춤이 250mm, 두께 1.2mm의 데크를 사용하였다. 우선, 국내외 합성데크 바닥구조의 성능평가와 분석방법을 파악하고 시공단계에서의 처짐 산정방식과 제한규정의 조사를 통해 Deep deck의 처짐성능 평가지침을 제시하였다.
본 연구대상의 제품은 국내 J사에서 생산하고 있는 Deep deck으로 춤이 25mm이고 데크에 대한 형상은 Fig. 1과 같으며 단면성능은 Table 3에서 보여주고 있다.
모래재하 실험 결과의 처짐을 규준에서 제시하고 잇는 처짐제한과 비교하였다. 비교 대상으로는 국내 규준인 합성데크 바닥구조 설계기준(안)과 미국의 ASCE기준, 그리고 2.4에서 제시한 처짐제한이다.
실험체 제작에 사용된 강재의 기계적 성질을 파악하기 위해 Deep Deck의 가공 전후와 캡플레이트에서 강재시편을 3개를 절취하였다. 본 시험은 50ton 피로 만능 시험기(UTM)을 사용하여 3mm이하의 박판에 대한 KS B 0801의 금속재료 인장시험편 규정에 따라 13B호 시험편을 제작하여 인장시험을 실시하였다.
재하실험에 이용할 재료는 모래를 선택하였으며, 콘크리트 토핑두께 100mm의 하중과 동일한 조건을 구현하기 위해데크 골을 포함한 평균두께 240mm까지 모래를 도포하도록 계획하였다.
성능/효과
(1) 단순지지 실험체(SS-C00-0)에서 64.2mm의 처짐이 발생하였으나, 골 상부에 캡 플레이트와 횡분배 트러스를 설치한 실험체는 28.5mm의 처짐이 발생하여 처짐성능이 규준의 수준까지 향상되는 것을 확인하였다.
(2) 단부 연속화한 실험체는 연속화하지 않은 실험체에 비해 양단 연속조건의 중앙부 스팬에서 처짐이 1/5로, 일단 연속조건인 우측과 좌측 스팬은 2/3로 감소하였다. 또한, 캡플레이트 보강과 단부 연속화로 춤이 깊은 데크의 처짐을 최대 1/5까지 감소하였다.
(3) 단부 연속화에서 캡플레이트의 영향을 비교한 결과, 캡플레이트의 두께가 두꺼운 경우와 캡플레이트로 직접 연속화한 경우에 데크 단면의 저항 성능은 향상되지만, 시공단계 평가인 모래재하 4단계 하중에서 처짐은 5% 정도의 미소한 차이만을 보이고 있어 단부 연속화 방식에 의한 영향은 큰 차이가 없었다.
(4) 단부 연속화에 사용된 캡플레이트의 두께가 1.2mm인 경우 캡플레이트의 강성이 작아 데크의 변형을 충분히 제어하지 못하므로 캡플레이트의 두께는 1.4mm 또는 1.6mm를 사용하여야 할 것으로 판단된다.
(5) 양단 연속한 실험체의 경우, 1.6mm 두께의 캡플레이트를 사용한 두 실험체의 처짐은 규준식의 단부 부모멘트wl2/18 조건의 처짐 기울기선 하부에 위치, 4단계에서의 처짐도 단부 부모멘트 wl2/18 조건의 처짐 대비 90~92% 수준이므로 단부 연속화의 구속도는 부모멘트 wl2/18로평가하여 단부 연속화한 데크의 처짐을 산정할 수 있을 것으로 판단된다.
(6) 영국 BS기준과 동일한 수준인 L/180 또는 30mm 이내로 제안하였으며, 캡플레이트와 횡분배 트러스에 의한 단면의 안정화와 단부 연속화로 춤이 깊은 데크 실험체의 처짐은 평가 처짐 값을 만족하는 것을 확인하였다.
4(a) 단순지지 조건의 춤이 깊은 데크의 설치조건을 Fig. 4(b) 단부 연속조건으로 변경할 경우는 데크의 단부 연속화를 통해 강재량의 증가를 최소화하면서 처짐량을 감소시킬 수 있다. 양단고정보의 처짐이 단순보에서의 처짐에 비해 약 1/5수준에 불과하므로단부 연속화로 데크 중앙부의 처짐량을 감소시킬 수 있다.
84kN/m2)이 재하되는 데크의 경우, 국내의 합성데크 바닥구조 설계기준(안)에 의산식에 의해 처짐(δ)및 제한값을 산정하였으며, 실험에 의한 결과값을 비교하면 Table 7과 같다. SS-1 실험체의 데크 중앙부 처짐 52mm는 규준식에 의한 단순지지 조건의 처짐인 33.8mm보다 53.8% 큰 수치이며, RC-2 실험체 데크 중앙부의 처짐 17mm은 규준식에 의한 단순지지 조건의 처짐인 33.8mm보다 50.3% 작은 수치이다. RC-2 실험체의 데크중앙부 처짐은 단부 연속화로 인해 SS-1 실험체의 데크 중앙부 처짐보다 35mm 작으며, 비율로는 1/3 수준이다.
SS-C00-O 실험체가 64.2mm의 처짐이 발생한 반면, 연속화된 실험체인 RC-C12-K의 중앙부 처짐은 17mm, RC-C16-K 실험체의 중앙부 처짐은 14.7mm, CC-C16 -K 의 실험체의 중앙부 처짐은 13.9mm로 각각 26%, 23%, 22%로 연속화하지 않은 경우(SS-C00-O 실험체)에 비하여 1/5수준으로 처짐이 크게 감소하였다.
단순지지 조건의 SS-시리즈에서 중앙부 3단계 처짐은 처짐성능 개선방안을 적용하지 않은 처짐 35.9mm 대비 84% 큰 64.2mm의 처짐이 발생하였으나, 춤이 깊은 데크의 기하학적 변형을 방지하기 위하여 개방된 골 상부에 설치한 캡플레이트와 횡분배 트러스를 설치한 실험체는 규준의 탄성해석에 의한 처짐 26.6mm 대비 7% 큰 28.5mm의 처짐이 발생하여 처짐성능이 규준의 수준까지 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 좌측, 우측 6m 스팬은 각각 19.
두께 1.2mm의 캡플레이트로 연속화한 RC-C12-K 실험체의 처짐이 두께 1.6mm의 캡플레이트로 연속화한 RC-C16-K, CC-C16-K 실험체의 처짐보다 전반적으로 크게 나타났다. 두께 1.
두께 1.6mm의 캡플레이트를 사용한 실험체간의 처짐 차이는 4%이내이며, 캡플레이트 자체를 연속화한 CC-C16-K 실험체가 3단계까지 처짐이 4% 작았으나 4단계로 하중이 증가한 후에는 역으로 2% 크게 나타났다.
(2) 단부 연속화한 실험체는 연속화하지 않은 실험체에 비해 양단 연속조건의 중앙부 스팬에서 처짐이 1/5로, 일단 연속조건인 우측과 좌측 스팬은 2/3로 감소하였다. 또한, 캡플레이트 보강과 단부 연속화로 춤이 깊은 데크의 처짐을 최대 1/5까지 감소하였다.
캡 플레이트를 Deep deck 전체에 설치할 경우 순수 데크의 처짐에 비하여 30%정도 처짐이 감소되는 것으로 평가되는데 이것은 보강하지 않은 데크에 비하여 강재량이 43% 증가되어 얻어지는 결과이다. 반면, Fig.
후속연구
Table 13에서 단계 3에서의 처짐은 단순지지 실험체를 제외하고 모든 연속화 실험체에서 미국의 ASCE기준을 만족하고 있다. 또한, 시공하중을 고려한 단계 4에서도 모든 연속화 실험체의 처짐이 국내 규준과 본 연구에서 제안한 처짐제한 기준을 만족하고 있다.
RC-2 실험체의 데크중앙부 처짐은 단부 연속화로 인해 SS-1 실험체의 데크 중앙부 처짐보다 35mm 작으며, 비율로는 1/3 수준이다. 예비실험을 통해 단부 연속화는 데크 중앙부의 처짐량을 줄이기 위한 효과적인 개선방안으로 사료되며, 캡플레이트 형상, 연결철근의 직경, 접합방식을 보완할 경우 단부 연속화는 반강접 접합부의 부모멘트 저항성능을 wl2/20～wl2/16 수준까지 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
데크의 현장 적용성이 우수할 수 있는 조건은 무엇인가?
일반적으로 데크는 춤이 75mm 내외인 거푸집용 또는 구조용 데크,150mm 내외의 철근트러스 일체형 데크를 사용하고 있다. 이들 데크는 보와 보 간격이 3~4m인 경우에 현장 적용성이 우수하다.
건설현장에서 일반적으로 사용하는 데크는 어떤 것을 사용하는가?
이에 건설현장에서는 노동력절감, 간편한 시공, 공기단축 등을 위해 슬래브 공사에서 종래의 합판 거푸집 대신 데크(deck) 시스템을 사용하는 것이 보편화되었다. 일반적으로 데크는 춤이 75mm 내외인 거푸집용 또는 구조용 데크,150mm 내외의 철근트러스 일체형 데크를 사용하고 있다. 이들 데크는 보와 보 간격이 3~4m인 경우에 현장 적용성이 우수하다.
국내 건설시장에서 요구하는 것은 무엇인가?
국내 건설시장은 건축물의 고층화, 고품질화에 따른 부가가치의 상승요구 등 새로운 건설환경의 조성과 함께 구조물을 경제적인 방법에 의해서 단기간에 완성하도록 요구하고 있다. 이에 건설현장에서는 노동력절감, 간편한 시공, 공기단축 등을 위해 슬래브 공사에서 종래의 합판 거푸집 대신 데크(deck) 시스템을 사용하는 것이 보편화되었다.
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