철근콘크리트 구조물에서 철근의 이음은 철근을 겹쳐서 결속선으로 결속한 겹침이음과 커플러에 의한 기계적 이음이 일반적이다. 국내 설계기준(콘크리트구조기준)에서는 일반철근(비용접 철근)에 대해 용접 겹침이음을 제한하고 있으나, 해외기준(AWS D1.4)에서는 예열을 통한 일반철근의 용접 겹침이음을 허용하고 있다. 본 연구에서는 국내외 규격 및 설계기준을 조사하고, 건설현장에서 가장 많이 사용되는 SD400 강종의 일반철근을 대상으로 용접 겹침이음 인장실험을 수행하여 인장강도를 평가하였다. 용접 겹침이음 시험체의 용접길이는 KS규격(KS B ISO 17660-1)에 제시된 최소용접길이인 8d를 적용하고, 예열온도는 AWS D1.4에 따라 D19이하는 $150^{\circ}C$, D22이상은 $260^{\circ}C$로 설정하였다. 인장실험 결과, 용접 겹침이음된 일반철근은 콘크리트구조기준에서 요구하는 인장강도(항복강도의 125%)를 발현하였으며, 모두 철근 모재에서 파단이 발생되었다. 예열 유무에 따른 영향을 검토하기 위해, 일반철근을 예열한 후 용접한 것과 예열 등의 열처리하지 않은 것을 비교한 결과, 인장강도는 큰 차이를 보이지 않았다. 실험시 사용한 일반철근을 대상으로 화학성분을 분석하여 탄소당량(Ceq)을 확인한 결과, 0.45% 이하로 낮았다. AWS D1.4에 따르면, 탄소당량이 0.45% 이하면 예열이 필요하지 않은 조건이다. 결과적으로 예열의 영향이 미비한 것은 일반철근의 탄소당량이 낮았기 때문인 것으로 확인되었다.
철근콘크리트 구조물에서 철근의 이음은 철근을 겹쳐서 결속선으로 결속한 겹침이음과 커플러에 의한 기계적 이음이 일반적이다. 국내 설계기준(콘크리트구조기준)에서는 일반철근(비용접 철근)에 대해 용접 겹침이음을 제한하고 있으나, 해외기준(AWS D1.4)에서는 예열을 통한 일반철근의 용접 겹침이음을 허용하고 있다. 본 연구에서는 국내외 규격 및 설계기준을 조사하고, 건설현장에서 가장 많이 사용되는 SD400 강종의 일반철근을 대상으로 용접 겹침이음 인장실험을 수행하여 인장강도를 평가하였다. 용접 겹침이음 시험체의 용접길이는 KS규격(KS B ISO 17660-1)에 제시된 최소용접길이인 8d를 적용하고, 예열온도는 AWS D1.4에 따라 D19이하는 $150^{\circ}C$, D22이상은 $260^{\circ}C$로 설정하였다. 인장실험 결과, 용접 겹침이음된 일반철근은 콘크리트구조기준에서 요구하는 인장강도(항복강도의 125%)를 발현하였으며, 모두 철근 모재에서 파단이 발생되었다. 예열 유무에 따른 영향을 검토하기 위해, 일반철근을 예열한 후 용접한 것과 예열 등의 열처리하지 않은 것을 비교한 결과, 인장강도는 큰 차이를 보이지 않았다. 실험시 사용한 일반철근을 대상으로 화학성분을 분석하여 탄소당량(Ceq)을 확인한 결과, 0.45% 이하로 낮았다. AWS D1.4에 따르면, 탄소당량이 0.45% 이하면 예열이 필요하지 않은 조건이다. 결과적으로 예열의 영향이 미비한 것은 일반철근의 탄소당량이 낮았기 때문인 것으로 확인되었다.
In reinforced concrete structures, the joints of ordinary rebars are usually lap joints, which are bound by binding wires with rebars, and mechanical joints by couplers. In domestic design standards (concrete design code), welded lap joints are restricted for ordinary rebars, but overseas standards ...
In reinforced concrete structures, the joints of ordinary rebars are usually lap joints, which are bound by binding wires with rebars, and mechanical joints by couplers. In domestic design standards (concrete design code), welded lap joints are restricted for ordinary rebars, but overseas standards allow welded lap joints of ordinary rebars through pre-heating. This study investigated the domestic and international standards/criteria and evaluated the fracture strength by performing the tensile test on the lap welded joint of SD400 grade rebars, which is used the most in the construction sites. The weld length of the specimen for weld lap joints is based on the minimum weld length (8d) given in the KS standard (KS B ISO 17660-1). According to AWS D1.4, the preheating temperature was set to $150^{\circ}C$ for D19 and below, and $260^{\circ}C$ for D22 and above. In the test results, the tensile strength of rebars with welded lap joints exceeded the required strength (125% of the yield strength) according to the concrete design code. To analyze the effect of preheating, the tensile strength of the welded rebars after preheating was not significantly different from that of the welded rebars without preheating. The carbon equivalent content (Ceq) of the rebars used in the test was 0.45% or less. Under AWS D1.4, no preheating is required if the carbon equivalent is less than 0.45%. All specimens with a welded lap length of 8d failed by a bar fracture. The effect of preheating was confirmed to be insignificant due to the low carbon equivalent of the rebar.
In reinforced concrete structures, the joints of ordinary rebars are usually lap joints, which are bound by binding wires with rebars, and mechanical joints by couplers. In domestic design standards (concrete design code), welded lap joints are restricted for ordinary rebars, but overseas standards allow welded lap joints of ordinary rebars through pre-heating. This study investigated the domestic and international standards/criteria and evaluated the fracture strength by performing the tensile test on the lap welded joint of SD400 grade rebars, which is used the most in the construction sites. The weld length of the specimen for weld lap joints is based on the minimum weld length (8d) given in the KS standard (KS B ISO 17660-1). According to AWS D1.4, the preheating temperature was set to $150^{\circ}C$ for D19 and below, and $260^{\circ}C$ for D22 and above. In the test results, the tensile strength of rebars with welded lap joints exceeded the required strength (125% of the yield strength) according to the concrete design code. To analyze the effect of preheating, the tensile strength of the welded rebars after preheating was not significantly different from that of the welded rebars without preheating. The carbon equivalent content (Ceq) of the rebars used in the test was 0.45% or less. Under AWS D1.4, no preheating is required if the carbon equivalent is less than 0.45%. All specimens with a welded lap length of 8d failed by a bar fracture. The effect of preheating was confirmed to be insignificant due to the low carbon equivalent of the rebar.
이에 본 연구에서는 국내외 관련기준을 조사하고 일반철근의 용접 겹침이음 시편을 제작하여 콘크리트구조 기준 해설(2012)에서 요구하는 인장강도(항복강도의 125%이상)를 발현하는지 인장실험을 수행하여 파괴강도를 평가한다[1]. 이를 통해 일반철근에 대한 적정한 용접가이드를 제시하고자 한다.
제안 방법
본 논문에서는 국내외 관련기준을 조사하여 일반철근에 대한 용접 겹침이음 모델(용접길이, 예열온도)를 수립하고, 건설현장에서 가장 많이 사용되는 SD400 일반철근을 대상으로 인장실험을 수행하였다. 그 결과, KS규격(KS B ISO 17660-1)에 제시된 최소용접길이(8d)로 겹침이음시 콘크리트구조기준에서 요구하는 인장강도(설계기준항복강도의 125%)를 확보하는 것을 확인하였다.
대상 데이터
3에 나타내었다. 건설현장에서 주로 사용하는 SD400 강종의 일반철근 4종(D13, D19, D25, D29)을 대상으로 각 직경별 예열 2개, 비예열 2개씩 총 16개의 시험체를 제작하였다. 제작과정은 Fig.
이론/모형
국내 콘크리트구조기준[1]에 따르면, 철근의 용접이음은 용접용 철근에 한하여 제한하고 있으며, 용접이음의 강도는 설계기준항복강도 fy의 125% 이상 발휘되어야 한다. 그러나 Table 1에서 보듯이 KS D 3504에서는 인장강도/항복강도의 비율을 SD300, SD400에 대해서는 1.
예열온도는 Table 3에서 보듯이 국내 일반철근은 P, S를 제외하고 화학성분에 대한 규정이 없으므로 AWS D1.4[3]의 “화학성분을 알 수 없는 조건”을 적용하여 D19이하는 150℃, D22이상은 260℃로 설정하였다.
성능/효과
본 논문에서는 국내외 관련기준을 조사하여 일반철근에 대한 용접 겹침이음 모델(용접길이, 예열온도)를 수립하고, 건설현장에서 가장 많이 사용되는 SD400 일반철근을 대상으로 인장실험을 수행하였다. 그 결과, KS규격(KS B ISO 17660-1)에 제시된 최소용접길이(8d)로 겹침이음시 콘크리트구조기준에서 요구하는 인장강도(설계기준항복강도의 125%)를 확보하는 것을 확인하였다. 또한, 예열 유무가 실험결과에 큰 영향을 주지 않았으며, 이는 철근의 탄소당량이 낮았기 때문인 것으로 분석되었다.
그 결과, KS규격(KS B ISO 17660-1)에 제시된 최소용접길이(8d)로 겹침이음시 콘크리트구조기준에서 요구하는 인장강도(설계기준항복강도의 125%)를 확보하는 것을 확인하였다. 또한, 예열 유무가 실험결과에 큰 영향을 주지 않았으며, 이는 철근의 탄소당량이 낮았기 때문인 것으로 분석되었다. 국내 일반철근은 탄소당량에 대한 제한규정이 없기 때문에, 화학성분을 분석하여 적정한 예열온도를 선정하고, 탄소당량 확인이 어려운 경우 D19이하는 150℃, D22이상은 260℃로 예열해야 할 것이다.
후속연구
일반철근에 대한 용접 겹침이음의 가능성을 실험을 통해 확인한 본 논문은 해외기준과 마찬가지로 국내기준에서도 일반철근에 대한 용접이음이 일부 허용되거나 그에 대한 지침을 수립하는데 있어 중요한 기초자료로써 활용될 수 있을 것이며, 관련 연구의 나아갈 방향을 제시해줄 수 있을 것으로 기대한다. 향후, 강종별(SD500, SD600 등)로 용접길이, 예열온도 등을 매개변수로 추가적인 연구를 통해 일반철근의 용접 겹침이음 거동특성을 규명하고자 한다.
일반철근에 대한 용접 겹침이음의 가능성을 실험을 통해 확인한 본 논문은 해외기준과 마찬가지로 국내기준에서도 일반철근에 대한 용접이음이 일부 허용되거나 그에 대한 지침을 수립하는데 있어 중요한 기초자료로써 활용될 수 있을 것이며, 관련 연구의 나아갈 방향을 제시해줄 수 있을 것으로 기대한다. 향후, 강종별(SD500, SD600 등)로 용접길이, 예열온도 등을 매개변수로 추가적인 연구를 통해 일반철근의 용접 겹침이음 거동특성을 규명하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
철근콘크리트 구조물에서 일반철근(비용접철근)의 이음은 어떤 것들이 있는가?
철근콘크리트 구조물에서 일반철근(비용접철근)의 이음은 철근을 서로 겹쳐서 결속선으로 결속하는 겹침이음과 커플러에 의한 기계적 이음이 일반적이다. 현장여건에 따라 철근의 겹침이음 길이가 충분히 확보되지 않는 경우 특히, 기존 구조물의 증축 또는 보수·보강시 이음길이가 부족한 경우, 이를 확보하기 위해 많은 부위의 기존 콘크리트를 제거해야 한다.
기존 콘크리트를 제거할때 생길 수 있는 문제점은 무엇인가?
현장여건에 따라 철근의 겹침이음 길이가 충분히 확보되지 않는 경우 특히, 기존 구조물의 증축 또는 보수·보강시 이음길이가 부족한 경우, 이를 확보하기 위해 많은 부위의 기존 콘크리트를 제거해야 한다. 이 과정에서 기존 구조물의 안전성이 저하될 우려가 있고, 커플러에 의한 기계적 이음으로 대체하더라도, 결과적으로 현장의 원가상승을 유발한다. 이로 인해, 현장 작업자에 의해 임의로 용접되어 품질을 저하시킬 우려도 있다.
현장 여건에 따라 기존 콘크리트를 제거해야 하는 경우는 어떤 경우인가?
철근콘크리트 구조물에서 일반철근(비용접철근)의 이음은 철근을 서로 겹쳐서 결속선으로 결속하는 겹침이음과 커플러에 의한 기계적 이음이 일반적이다. 현장여건에 따라 철근의 겹침이음 길이가 충분히 확보되지 않는 경우 특히, 기존 구조물의 증축 또는 보수·보강시 이음길이가 부족한 경우, 이를 확보하기 위해 많은 부위의 기존 콘크리트를 제거해야 한다. 이 과정에서 기존 구조물의 안전성이 저하될 우려가 있고, 커플러에 의한 기계적 이음으로 대체하더라도, 결과적으로 현장의 원가상승을 유발한다.
참고문헌 (6)
Korea Concrete Institute, Concrete Design Code and Commentary, 2012.
KS D3504, Steel Bars for Concrete Reinforcement, Korean Agency for Technology and Standards, Korea, 2016.
KS B ISO 17660-1, Welding-Welding of Reinforcing Steel-Part1:Load-Bearing Welded Joints, Korean Agency for Technology and Standards, Korea, 2007.
K. S. Chun, Y. K. Ko, S. Y. Song and C. H. Kim "Evaluation of Lap Welded Joints Models of Rebars by Tensile Test", Proc. of Korean Society Civil Engineer, 2017.
M. G. Kim, S. C. Chun, H. J. Sim, K. S. Chun and J. H. Lee, "Strength Evaluation of Welded Lap Splices of 19 and 29mm Normal Reinforcing Steel Bars, Journal of the Korea Concrete Institute, vol. 29, no. 5, pp. 505-513. 2017.
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