RC보 부재 실험을 통한 대구경 마찰식 커플러 개발에 관한 연구

Abstract

As efficiency of the structural members is highlighted more and more due to enlarging and high-rising buildings and as the price of steel bars is rapidly increasing within a short period of time in accordance with rising raw material prices, the needs for more efficient and slimmer structural members are increasing more and more. One way to make the structural members more efficient is to use big size reinforcing steel bars, because on the same section of some members, big size reinforcing steel bars would increase the strength capacity of members. In general, big size reinforcing steel bars are applied in to the large columns subject to higher compressive load or the large beams subject to higher bending moment. In order to generally use the big size reinforcing steel bars, it is necessary to apply a splicing method of the big size reinforcing steel bars. But because the lap slice method for big size reinforcing steel bars is not permitted in the design code, a mechanical splice devices called coupler should be used generally. The purpose of this study is to develop a mechanical splice applied to the big size reinforcing steel bars in order to generally use the big size reinforcing steel bars in the reinforced concrete structures. To achieve this purpose, it is essential to develop a splice devices which could be convenient and economic without the slip problem which is happened to the conventional mechanic splices. This study suggested a friction type coupler which is tightened by outer nut to prevention of slip. This friction type coupler is tightened by outer nut is designed to contact the male screw groove and internal screw groove together by tightening the outer nut formed along the inclined outside of the coupler. In order to design the friction type coupler which is tightened by outer nut, the tensile test of the steel for the couplers was performed. As a result, tensile strength of the steel for the coupler was confirmed and the friction type couplers can be designed to be applied to D41 and D51 bars of 400 MPa class of yield strength. On the other hand, in order to verify the structural members applied the friction type coupler which is tightened by outer nut, the simple beam test of the 3 type of beams to compare their behaviors and maximum load were performed. As a result of the test, it was found that structural members applied the friction type coupler which is tightened by outer nut were stable in terms of bending behavior and could carry the sufficient bonding performance. In order to widely use this type of coupler, the friction type coupler which is tightened by outer nut verified by Korean Standard (KSB 0249). Lastly, in order to improve workability of the friction type coupler which is tightened by outer nut, 'tightening clamp' was suggested, and a mockup test was performed.; 건축 구조물의 대형화 초고층화로 인하여 구조부재의 효율성이 점점 부각되어지고 있는 가운데, 최근의 원자재 가격 상승과 더불어 철근가격이 단기간에 급등하는 등의 시류와 맞물려 구조부재의 효율화와 슬림(slim)화에 대한 요구가 점점 더 높아지고 있다. 구조부재의 효율화를 위한 한가지 방법 중에 대구경 철근을 적용하는 방식이 있는데, 동일 단면이라도 대구경 철근을 적용하게 되면 부재의 저항 내력을 크게 할 수 있기 때문이다. 일반적으로 철근 콘크리트 구조물의 부재에 적용되는 대구경 철근은 압축하중이 매우 큰 기둥부재 또는 휨모멘트가 많이 발생하는 대형 보 등에 적용되고 있다. 유한한 길이로 생산되는 대구경 철근을 이용하기 위해서는 개개의 대구경 철근을 서로 연결할 수 있는 방식이 적용되어야 하는데, 일반적으로 사용되는 겹침이음 방식은 기준상의 제한 때문에 적용이 제한되어 커플러라 호칭되는 기계식 이음방식을 사용하여야 한다. 본 연구는 대구경 철근이 적용된 철근 콘크리트 구조물의 적용성 확대를 위하여 한 대구경 철근에 적용되는 기계식 이음장치를 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 이런한 목표를 달성하기 위해서는, 기존 기계식 이음장치의 문제점 중에 하나였던 미세한 미끄러짐에 대한 우려가 없으면서도, 이음이 편리하며, 경제적인 이음장치가 개발되어야 한다. 본 연구에서는 미끄러짐(slip) 방지가 가능한 이중 조임 방식의 마찰식 체결방식을 제안하였다. 이중 조임 방식의 마찰식 체결구는 전조방식으로 단부 가공된 철근의 수나사와 체결구의 암나사는 일정한 유격을 두어 체결이 가능하게 한 후, 체결구 외부의 경사면을 따라 형성된 조임용 너트를 이용해 조여지게 함으로써, 철근 수나사의 양옆에 체결구 암나사 골의 양면이 밀착되도록 고안되었다. 이중 조임 방식의 마찰식 체결구의 형상 설계를 위하여, 체결구용 강재의 재료시험을 하였고, 재료시험 결과로 확인된 체결구용 강재의 인장강도를 기준으로 항복강도 400MPa급(SD400)의 D41 및 D51철근에 적용할 수 있는 체결구를 설계하여 형상을 제시하였다. 이중 조임 방식의 마찰식 체결구가 적용된 구조용 콘크리트 부재의 유효성 검증을 위하여 휨부재인 단순보에 대한 단조반복가력 휨성능 실험을 통하여 기존의 철근 및 커플러 적용실험체와의 비교실험을 수행하였다. 휨성능 비교실험 결과, 이중 조임 방식의 마찰식 체결구가 콘크리트와 충분한 부착성능을 유지하여 휨 거동을 안정적으로 한다는 것을 확인하였다 국내 현장에 범용으로 적용하기 위하여, 한국산업규격(KSB 0249 철근콘크리트용 봉강의 기계식 이음의 검사 방법)에서 정하고 있는 기계식 이음장치에 관한 성능시험을 수행하여 성능 기준에 적합한 지를 검증하였다. 끝으로, 수직벽체의 부등축소변형을 보강하기 위하여 대구경 철근을 적용한 시범 현장을 대상으로, 이중 조임 방식의 마찰식 체결구를 적용하였다. 시범 적용에서는 체결구와 철근사이의 조임을 원활히 할 수 있도록 고안된 ‘조임용 클램프’를 사용하여 이중 조임 방식의 마찰식 이음장치의 작업성을 개선하였다.