[논문]걸이형 PC보의 인장저항성 및 현장적용

하상수

doi:10.5345/jkibc.2020.20.5.449

걸이형 PC보의 인장저항성 및 현장적용
Tensile Resistance and Field Application of Hang-type PC Beam 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.20 no.5, 2020년, pp.449 - 457

하상수 (Department of Architectural Engineering, Kangnam University)

초록
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생활수준의 향상과 3D 업종 기피 현상으로 국내 건설현장에는 젊고 유능한 국내 노동자를 찾아보기 힘들고, 대부분 외국인 노동자가 그 대체인력으로 기여하고 있으나 여전히 기능공 부족 및 고령화로 인해 품질이 저하되고 있는 실정이다. PC화 공법은 공장에서 제작되고 현장에서 조립하는 공법으로 노동력 및 품질향상을 기대할 수 있다. 본 연구는 PC 공법에 적용할 수 있는 걸이형 PC보의 개발 및 개발된 PC보의 현장적용성 여부를 판단하기 위한 기초자료를 제공하는 위한 것이다. 걸이형 PC보 양 단부에는 U형 연결재가 설치되어 있으며, U형 연결재를 통해 간단히 시공되는 공법이기 때문에 U형 연결재의 역할은 매우 중요하다. 또한, U형 연결재는 걸이형 PC보에서 최종파괴가 발생되는 부분이므로 U형 연결재의 성능이 곧 걸이형 PC 보의 성능을 좌우하게 된다. 구조실험을 통해 U형 연결재의 재료물성을 파악하였으며, 파악된 재료시험 결과를 토대로 부분실험에 해당되는 단부실험 및 구조실험을 실시하여 현장 적용성 여부를 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Due to the improvement of living standards and avoidance of the 3D industry, it is difficult to find young and competent domestic workers at construction sites, and most foreign workers are contributing to the replacement, but the quality is still deteriorating due to lack of skilled workers and aging. Precast method is a method that make members in factory and assembles them on site, which can be expected to improve labor force and quality. This study is intended to provide basic data for the development of hang-type PC beams that can be applied to the determination of the field application of developed PC beams. The U-type connecting material is installed on both ends of the hang-up PC beam, and the role of the U-type connecting material is very important because it is a simple construction method through the U-type connecting material. In addition, the performance of the U-type connecting material will determine the performance of the hang-type PC beam as the final destruction occurs in the hang-type PC beam. The material properties of U-type connecting material were identified through structural experiments, and the end test corresponding to the partial experiment was conducted based on the material test results identified. Finally, the final design value of PC beams was proposed through structural experiments for application to the site.

주제어

표/그림 (24)

그림 Figure 1. Hang-type PC beam
그림 Figure 2. Joint status between bracket and U-type connecting material
그림 Figure 3. Composite precast system beam
그림 Figure 4. External exposure part of U-type connecting material
그림 Figure 5. Shape and detail of U-type connecting material
그림 Figure 6. Test set-up
그림 Figure 7. Final failure
표 Table 1. U-type specimen lists
표 Table 2. Test results of U-type connecting material
그림 Figure 8. Load-displacement curves
그림 Figure 9. Shape and detail of end specimen
그림 Figure 10. Species of U-type connecting material
표 Table 3. End specimen lists
그림 Figure 11. Production and test set-up
그림 Figure 12. Final failure
그림 Figure 13. Shape and detail of hang-type PC beam
그림 Figure 14. Test production
표 Table 4. Test results of end specimens
그림 Figure 15. Test set-up
그림 Figure 16. Species of U-type connecting material
그림 Figure 17. Situation of final failure
그림 Figure 18. Load-displacement curves for specimens
그림 Figure 19. Applicable target building
표 Table 5. Results of hang-type PC beam specimen

AI 본문요약
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문제 정의

걸이형 PC보의 양 단부에 있는 U형 연결재의 강도 및 파괴 양상을 파악하기 위하여 단부 실험을 실시하였다. 단부 실험체는 걸이형 PC보의 단부의 구조성능을 파악하여 걸이형 PC보의 구조실험체를 계획하기 위한 목적으로 실시하였다. 단부 실험체의 형상 및 배근상황은 Figure 9에 나타낸 바와 같이 콘크리트 블록(300mm×400mm×300mm) 안에 U형 연결재를 설치하였다.
그러나 끼움형식으로 접합되는 시공방법은 구조적으로 안전성을 담보할 수 없으며 시공시 불안정성을 내포하고 있어 이에 대한 검증이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 걸이형 PC보의 현장적용을 위한 기초자료를 제공하는 것이 본 연구의 목적이며, 세부적인 연구 목표는 다음 4가지로 요약할 수 있다.
PC화 공법은 공장에서 제작되고 현장에서 조립하는 공법으로 노동력 및 품질향상을 기대할 수 있다. 본 연구는 PC 공법에 적용할 수 있는 걸이형 PC보의 개발 및 개발된 PC보의 현장적용성 여부를 판단하기 위한 기초자료를 제공하는 위한 것이다. 걸이형 PC보 양 단부에는 U형 연결재가 설치되어 있으며, U형 연결재를 통해 간단히 시공되는 공법이기 때문에 U형 연결재의 역할은 매우 중요하다.
본 연구에서는 개발된 걸이형 PC보의 현장적용성 여부를 파악하기 위하여 걸이형 PC보에 대한 실험을 실시하였다. 걸이형 PC 보는 기둥 또는 큰 보에 접합이 가능하다.
걸이형 PC 보는 기둥 또는 큰 보에 접합이 가능하다. 본 연구에서는 큰 보에 접합되는 단순지지 형태를 기준으로 하여 실험을 실시하였다. 실험은 U형 연결재의 재료특성을 파악하기 위한 재료시험(1차실험), U형 연결재와 콘크리트와의 일체성 여부를 판단하기 위한 단부실험(2차실험), 그리고 걸이형 PC보의 설계강도 제안을 위한 구조실험(3차실험)등 3단계로 나누어 진행하였으며, 실험은 순차적으로(1차실험-->2차실험-->3차실험) 진행하였으며, 각 단계별 실험결과를 바탕으로 다음 단계의 실험을 진행하였다.

제안 방법

U형 연결재는 Figure 4에 보는 바와 같이 일부만 외부에 노출되어 있고 대부분 콘크리트 안에 놓여져 있다. U형 연결재의 인장성능 실험은 U형 연결재 자체의 재료물성을 파악하기 위한 실험으로 U형 연결재 두께, 내부 간격(틈), 완충재 종류, 완충재 용접 유무 등을 변수로 하여 총 26개를 계획하여 실험을 실시하였다. U형 연결재의 실험목적은 U형 연결재의 파괴부위, 파괴양상, 파괴시 강도를 파악하여 단부실험체를 계획하기 위한 기초자료를 얻기 위함이다.
걸이형 PC보의 구조성능을 파악하기 위한 구조실험은 3.1절의 U형 연결재 자체 재료물성 실험과 3.2절의 단부실험 결과를 바탕으로 계획하였다. 실험체는 Figure 13에 보는 바와 같이 폭 400mm, 높이 550mm인 직사각형 단면을 가지고 있으며 하부철근은 6-D22, 상부철근은 4-D22로 배근되어 있으며, 횡보강근은 50mm 간격으로 배근하였다.
걸이형 PC보의 양 단부에 있는 U형 연결재의 강도 및 파괴 양상을 파악하기 위하여 단부 실험을 실시하였다. 단부 실험체는 걸이형 PC보의 단부의 구조성능을 파악하여 걸이형 PC보의 구조실험체를 계획하기 위한 목적으로 실시하였다.
실험체 제작과정은 Figure 14에 나타내었다. 계획된 모든 실험체는 철근 콘크리트 부분의 휨 및 전단 파괴를 배제하고 U형 연결재에서 인장파괴가 선행되도록 계획하였다. 실험체는 U형 연결재의 종류, 반복가력 등을 변수로 하여 총 4개의 실험체를 계획하였다(Table 5 및 Figure 16 참조).
또한, U형 연결재는 걸이형 PC보에서 최종파괴가 발생되는 부분이므로 U형 연결재의 성능이 곧 걸이형 PC 보의 성능을 좌우하게 된다. 구조실험을 통해 U형 연결재의 재료물성을 파악하였으며, 파악된 재료시험 결과를 토대로 부분실험에 해당되는 단부실험 및 구조실험을 실시하여 현장 적용성 여부를 확인하였다.
실험은 U형 연결재의 재료특성을 파악하기 위한 재료시험(1차실험), U형 연결재와 콘크리트와의 일체성 여부를 판단하기 위한 단부실험(2차실험), 그리고 걸이형 PC보의 설계강도 제안을 위한 구조실험(3차실험)등 3단계로 나누어 진행하였으며, 실험은 순차적으로(1차실험-->2차실험-->3차실험) 진행하였으며, 각 단계별 실험결과를 바탕으로 다음 단계의 실험을 진행하였다.
계획된 모든 실험체는 철근 콘크리트 부분의 휨 및 전단 파괴를 배제하고 U형 연결재에서 인장파괴가 선행되도록 계획하였다. 실험체는 U형 연결재의 종류, 반복가력 등을 변수로 하여 총 4개의 실험체를 계획하였다(Table 5 및 Figure 16 참조). 실험체 설치는 Figure 15에 나타낸 바와 같이 전단경간비는 1.
5로서 한쪽 단부에는 브라켓과 U형 연결재가 가력 프레임에 연결되어 있으며 맞은편 단부에는 단순지지 되어 있다. 전단경간비 부분에서의 휨 및 전단성능이 연결재의 인자파괴 이상을 확보하여 전단경간비 부분에서 파괴가 발생하지 않도록 하였다. 하중은 실험체 중앙(브라켓으로 지지된 단부로부터 900mm 떨어지 부분)에 1점 가력하였다.
실험은 Figure 6에 보는 바와 같이 U형 연결재가 인장을 받을 수 있도록 고안된 철물을 이용하였으며, 1000kN UTM 상단 하중가력판에 설치된 브라켓을 U형 연결재 안에 끼운 상태로 하중을 가해 실험을 실시하였다. 하중에 따른 변위와 변형률을 측정하기 위하여 변위계 및 철근변형게이지를 설치하였다. 실험체 파괴는 변수에 관계없이 중앙부분에서 인장파단으로 최종파괴 되었다(Figure 7(a) 참조).

대상 데이터

걸이형 PC보의 현장 적용성 여부를 판단하기 위하여 가로 세로 각각 9.6m인 경간을 가지는 평면을 대상으로 검토하였다. Figure 19에 나타낸 바와 같이 걸이형 PC보가 부담하는 면적은 30.
실험에 사용된 U형 연결재는 A 및 B type을 사용하였으며 중간에 전단키(50mm×50mm×6mm)를 설치하였다(Figure 10 참조).
실험은 Figure 6에 보는 바와 같이 U형 연결재가 인장을 받을 수 있도록 고안된 철물을 이용하였으며, 1000kN UTM 상단 하중가력판에 설치된 브라켓을 U형 연결재 안에 끼운 상태로 하중을 가해 실험을 실시하였다. 하중에 따른 변위와 변형률을 측정하기 위하여 변위계 및 철근변형게이지를 설치하였다.
2절의 단부실험 결과를 바탕으로 계획하였다. 실험체는 Figure 13에 보는 바와 같이 폭 400mm, 높이 550mm인 직사각형 단면을 가지고 있으며 하부철근은 6-D22, 상부철근은 4-D22로 배근되어 있으며, 횡보강근은 50mm 간격으로 배근하였다. 실험체 제작과정은 Figure 14에 나타내었다.
실험체는 U형 연결재의 두께, 종류, 전단키의 유무를 주요 변수로 하여 총 10개 계획(Table 3 참조)하였으며, 실험체 제작 및 설치는 Figure 11에 나타내었다.

이론/모형

걸이형 PC보의 구조성능 검증을 위하여 산학연협력 기술개발사업의1) 일환으로 연구를 진행하였으며 연구를 통해 얻은 실험 데이터 및 학술발표 논문집에 게재된 연구결과의 일부를 인용하였다[4-6].

성능/효과

1) U형 연결재 재료실험에 대해, 대부분의 실험체들은 인장파괴로 최종파괴 되었다. 그러나 완충재를 설치하지 않은 일부 실험체들에서 절곡부 전단파단이 발생되어 완충재의 역할 및 중요성을 확인하였다.
2) 단부실험에서도 U형 연결재에서 모두 인장파괴로 최종 파괴 되었으며, U형 연결재 종류 및 전단키의 유무에는 큰 영향이 없었다.
3) 걸이형 PC보의 구조실험 역시 U형 연결재의 인장파괴로 최종파괴 되어 U형 연결재의 구조성능이 걸이형 PC보의 성능을 좌우하고 있음을 확인하였다.
실험은 U형 연결재의 재료특성을 파악하기 위한 재료시험(1차실험), U형 연결재와 콘크리트와의 일체성 여부를 판단하기 위한 단부실험(2차실험), 그리고 걸이형 PC보의 설계강도 제안을 위한 구조실험(3차실험)등 3단계로 나누어 진행하였으며, 실험은 순차적으로(1차실험-->2차실험-->3차실험) 진행하였으며, 각 단계별 실험결과를 바탕으로 다음 단계의 실험을 진행하였다. 3단계의 실험을 거쳐 걸이형 PC보의 구조적 성능이 파악되었으며, 파악된 구조적 성능을 기반으로 현장적용성 여부를 판단하였다.
4) 현장적용성 판단을 위해 9.6m 경간에 적용한 결과 시공하중보다 걸이형 PC보의 초기균열 하중이 큰 것으로 확인되어 현장적용이 가능할 것으로 판단된다.
U형 연결재 두께가 4.5t(1번∼5번)실험체의 평균 인장강도는 368.2MPa, 6.0t(6번∼10번)실험체의 평균 인장강도는 363.0MPa로 나타나 U형 연결재 자체실험 결과와 비교하여 4.5t는 6.7%(368.2/345.1), 6.0t는 7.5%(363/337.8)의 오차를 보였다.
걸이형 PC보의 현장적용을 위해 3단계의 실험을 실시하였으며, 실험결과 모두 동일하게 U형 연결재의 인장파괴로 최종파괴 되었다. U형 연결재가 걸이형 PC보의 성능을 좌우하며 핵심요소임을 확인하였으며, 단계별 실험에 대한 결론은 다음과 같다.
슬래브의 자중은 슬래브의 크기에 따라 달라지기 때문에 다른 형태의 중공슬래브[8]를 적용할 경우에는 해당슬래브의 자중을 고려하여 계산할 수 있다. 대상평면에서 시공시 걸이형 PC보에 작용하는 하중은 약 150.5kN이며 구조실험에서 얻은 걸이형 PC보의 초기 균열하중은 최소 196.1kN으로 나타나 시공시 콘크리트에 균열이 발생하지 않아 현장 적용이 가능할 것으로 판단된다.
PC화 공법은 공장제작 및 현장조립으로 인력을 최소화 할 수 있는 공법으로 인력난을 해결할 수 있는 대안이 될 수 있으며, 시공법에 따라 간편한 시공 및 공기단축이 가능하기 때문에 건설현장에 많이 적용되는 공법이다[1-3]. 본 연구는 PC법에 적용할 수 있는 걸이형 PC보에 대한 내용으로 기존의 PC 공법과 비교하여 시공이 매우 간단할 뿐만 아니라 안전성이 확보되어 공기를 획기적으로 단축할 수 있는 장점을 가지고 있다. 걸이형 PC보의 특징은 U형 연결재가 기둥에 설치된 브라켓에 직접 끼워지는 형식으로 접합되기 때문에 기존에 접합형식인 볼트접합 또는 용접접합 방식에서 탈피하여 새로운 형태의 접합방식으로 시공이 가능하다는 점이다.
1절의 실험결과와 마찬가지로 U형 연결재의 인장파괴로 최종파괴 되었다. 연결재의 종류 및 전단키 유무에 따른 영향은 미미한 것으로 나타났으며, U형 연결재 항복 이후 콘크리트 부분에서 균열이 발생하였으나 압괴나 구조적으로 영향을 줄 만한 위험한 균열은 발생하지 않았다. 실험체의 실험결과는 Table 4에 정리하여 나타내었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	PC화 공법이란?	생활수준의 향상과 3D 기피 현상으로 국내 건설 현장에는 젊고 유능한 국내 노동자들을 찾아보기 힘들고, 대부분 외국인 노동자가 그 대체인력으로 기여하고 있으나 여전히 건설 인력의 원활한 수급이 이루어지지 못하는 실정이다. PC화 공법은 공장제작 및 현장조립으로 인력을 최소화 할 수 있는 공법으로 인력난을 해결할 수 있는 대안이 될 수 있으며, 시공법에 따라 간편한 시공 및 공기단축이 가능하기 때문에 건설현장에 많이 적용되는 공법이다[1-3]. 본 연구는 PC법에 적용할 수 있는 걸이형 PC보에 대한 내용으로 기존의 PC 공법과 비교하여 시공이 매우 간단할 뿐만 아니라 안전성이 확보되어 공기를 획기적으로 단축할 수 있는 장점을 가지고 있다.
	걸이형 PC보의 단점은?	걸이형 PC보의 특징은 U형 연결재가 기둥에 설치된 브라켓에 직접 끼워지는 형식으로 접합되기 때문에 기존에 접합형식인 볼트접합 또는 용접접합 방식에서 탈피하여 새로운 형태의 접합방식으로 시공이 가능하다는 점이다. 그러나 끼움형식으로 접합되는 시공방법은 구조적으로 안전성을 담보할 수 없으며 시공시 불안정성을 내포하고 있어 이에 대한 검증이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 걸이형 PC보의 현장적용을 위한 기초자료를 제공하는 것이 본 연구의 목적이며, 세부적인 연구 목표는 다음 4가지로 요약할 수 있다.
	국내 건설 현장 노동자 현황은?	생활수준의 향상과 3D 기피 현상으로 국내 건설 현장에는 젊고 유능한 국내 노동자들을 찾아보기 힘들고, 대부분 외국인 노동자가 그 대체인력으로 기여하고 있으나 여전히 건설 인력의 원활한 수급이 이루어지지 못하는 실정이다. PC화 공법은 공장제작 및 현장조립으로 인력을 최소화 할 수 있는 공법으로 인력난을 해결할 수 있는 대안이 될 수 있으며, 시공법에 따라 간편한 시공 및 공기단축이 가능하기 때문에 건설현장에 많이 적용되는 공법이다[1-3].

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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