연결플레이트 보강방법에 대한 PC 복합보의 구조성능 평가

Abstract

최근 국내 건설업계에서는 인건비 상승, 기능인력 부족 및 건축 자재 확보의 어려움으로 인하여, 공기 단축 과 비용절감 위한 다양한 공법이 개발되고 있다. 이러한 흐름에 따라 본 연구에서는 겔버보 개념을 도입한 PC 복합보를 개발하고자 하며, 개발되는 PC 복합보는 철골과 콘크리트의 장점을 극대화한 구조라 할 수 있다. 기존에 가장 많이 사용되고 있는 RC보 및 철골합성보와 개발되는 PC 복합보를 비교하면 다음과 같다. 일단 RC 보는 경제적이며, 처짐 및 진동에 유리한 장점을 가지고 있지만, 공기 증가, 품질확보의 어려움 등의 단점을 가지고 있다. 반면, 철골 합성보는 시공성 및 품질 확보에는 유리하나, 경제성 및 내화성능 확보의 어려움을 가지고 있다. 개발되는 PC 복합보는 연결플레이트 및 PC 보를 사용함에 따라, 경제성 및 품질확보 등의 장점을 가지고 있다고 할 수 있다. 개발되는 PC 복합보는 철골보와 접합을 위하여 연결 플레이트를 매입한 형태로 공장에서 PC 보로 제작되며, 제작된 PC 복합보는 현장으로 운반되어, 고력볼트를 사용하여 철골보와 핀접합을 이룬다. 철골보와 조립된 PC 복합보는 현장에서 슬래브 콘크리트와 함께 타설되며, 슬래브 콘크리트와 일체로 거동하게 된다. 이에 따라 PC 복합보는 연결 플레이트를 사용함에 따라, 겔버보를 적용할 수 있으며, 이는 휨모멘트 분포의 최적화가 가능하다. 또한, PC공법을 사용함에 따라, 공장 생산이 가능하여, 생산 품질 향상이 가능하며, 또한 현장 조립이 가능하여 시공성 향상이라는 장점이 있다. 양단 고정보 인 경우, 단부의 모멘트가 중앙부에 비해 2배 증가되며, 이에 따라 부재의 크기는 단부의 휨모멘트에 의해 결정된다. 이는 중앙부의 비경제적인 설계에 대한 우려가 있다. 그러나, 본 연구에서 개발된 PC 복합보 처럼 연결플레이트를 매입하여, 겔버 보 개념을 적용할 경우, 모멘트가 0인 변곡점을 단부 쪽으로 강제 이동 시켜서, 단부의 부모멘트는 줄어들고, 중앙부의 정모멘트는 커지게 된다. 이에 따라, 단부와 중앙부의 휨모멘트 크기가 줄어 보다 경제적인 단면 설계가 가능하다. 본 연구에서 개발되는 PC 복합보의 형태는 연속 플레이트 형태와 불연속 플레이트 형태 두 가지로 구분할 수 있으며, 연속 플레이트 형태는 구조성능 향상의 장점을 가지고 있지만, 연결 플레이트를 과다하게 사용함에 따라, 경제성 확보에 대한 우려가 발생할 수 있다. 이에 반해, 불연속 플레이트는 플레이트 사용에 따라 경제석 확보가 가능하며, 또한 효율적인 단면 설계가 가능하다는 장점을 가지고 있다. 그러나, 현재 구조 설계 기준에서 연결 플레이트의 높이나 매입길이에 대한 구체적인 내용이 없어, 설계에 어려움이 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 연구 범위를 PC 복합보로 한정하였으며, 형태는 연속 형태 및 불연속 형태 두 가지로 구분하였다. 또한, 영향변수는 플레이트 높이 및 매입길이로 설정하였으며, 이에 대한 영향력을 평가하기 위하여, 각 변수에 대한 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석결과, 개발된 PC 복합보의 구조성능에 가장 큰 영향을 주는 요소는 연결플레이트의 매입길이로 확인되었다. 연속 플레이트 시험체의 경우 모두 설계 공칭휨강도 이상으로 발현되었으며, 불연속 플레이트 시험체의 경우, 매입길이가 600mm 인 시험체를 제외하고, 모두 공칭휨강도 이상으로 발현되었다. 매입길이가 600mm 인 시험체는 공칭휨강도에 도달하기 전에 매입부분의 파괴가 선행하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과는 개발된 PC 복합보 상세 및 구조설계 방법에 대한 기초적인 연구결과로 활용이 가능할 것이라 판단된다.