Up-Set Coupler 이음 철근을 사용한 철근 콘크리트 보의 휨 거동에 관한 실험적 연구

Abstract

As structures are getting super high-rise and large-sized, introducing the construction methods such as prefabrication of bar-meshes and complex method are being actively discussed to pursue the high quality of reinforced concrete, the simplification of field works, and the reduction of duration, as well as the study on how to connect reinforcing bars, which occurs while applying the same methods, is in progress. The joint methods of bar applied to current reinforced concrete structures are lap splice, pressure welded joint, and mechanical joint, and the lap splice method is normally applied in construction fields. But for the structure member using its thick diameter, when the lap splice is applied, it is suggested in the Standard Specification for Civil Engineering Construction and the Structure Design Standards of the Ministry of Construction and Transportation(2003) that the lap splice be avoided for round steel bars and deformed steel ones due to the lowered constructability in placing concrete from the possibility of bond failure and the complex reinforcement placing occurred by the difficultly in securing the covering depth. Also, the pressure welded joint is a kind of method that heats the ends of reinforced bars locally and joint them, and after the pressure welding, the vulnerable part in the reinforced bar occur. Thus, in the construction field, the throughout quality control is necessary because of the delayed duration and the lowered constructability. In this study, of the traditional lap splice method and the mechanical splice one, the screw coupler, we tried to look into through experiments the prefabrication method of bar-meshes, a typical joint method usually used for the joint parts for PSC structures applying the reinforced bar with its big diameter, and a newly-developed up-set coupler method. And we also examined the characteristic of each tensile and the bending characteristic of a reinforced beam. In addition to these, we eked out all of the vulnerability of joints, transforming the characteristic of reinforced bars into the best one through the method elaborating the organization by preheating the reinforced bar and forging after annealing it, unlike the tempcore (water-cooling) system. As a result of the experiment, the screw coupler and newly developed up-set coupler all tended to show the tensile characteristic of reinforced bars, and the newly developed up-set coupler was 22MPa higher than the screw coupler in the average in the same modulus of strain. Furthermore, as a result of bending test of the reinforced beam, in the behavior of rupture in bending, the up-set coupler provided the most similar one to the jointless-reinforced bar. And in the deflection in the central part, it was higher than the screw coupler, but the result was within the maximum allowable deflection presented in the concrete structure design standards. Based on the results from the experiments above, it is judged that the newly-developed up-set coupler for super high-rise and large-sized structures, which are increasing more and more, may be available to utilize in the fields due to not only its mechanical, structural stability but its constructability.; 구조물이 초고층화, 대형화 되어감에 따라 철근콘크리트 구조체의 고품질 확보와 현장작업의 간소화 및 공기단축 등을 함께 추구하기 위하여 철근 선조립 공법이나 복합공법의 도입이 활발히 논의 되고 있으며 동공법 적용시 발생하게 되는 철근의 이음방법에 대한 연구 또한 활발히 진행되고 있다. 현재 철근콘크리트 구조물에 적용되고 있는 철근 이음방법으로는 겹이음, 압접이음 및 기계적이음 등이 있으며, 일반적으로 건설현장에서는 겹이음 방법이 주로 적용되고 있다. 그러나 굵은 직경을 사용한 구조부재의 경우 겹이음 사용시 피복두께 확보의 어려움으로 인한 부착파괴의 가능성과 접합부의 복잡한 배근으로 인한 콘크리트 타설의 시공성 저하 등으로 토목공사 표준시방서 및 건설교통부 콘크리트 구조설계기준(2003)에서는 적정지름 이상의 원형 및 이형철근에 대해서는 겹이음을 피하도록 권장하고 있다. 또한 압접이음은 철근의 단부를 국부적으로 가열하여 접합하는 방식으로 압접 후 철근의 취약부분이 발생할 수 있으므로 시공현장에서는 공기의 지연과 시공성 저하로 철저한 품질 관리가 요구되는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하고자 Up-Set Coupler가 개발되었으며 본 연구에서는 전통적인 이음방법인 겹이음(Lap Splice)과 기계적 이음방법중 철근 선조립 공법이나 고강도, 대직경의 철근을 사용하는 PSC 구조물의 접합부에서 주로 사용되는 대표적인 이음방법인 Screw Coupler(나사식 커플러)와 Up-Set Coupler, 그리고 이음없는 철근을 사용하여 각각의 인장특성과 철근콘크리트 보의 휨 특성을 실험적으로 규명하였다. 실험결과 인장특성은 Screw Coupler와 새로 개발된 Up-Set Coupler 모두 인장파괴 거동이 이음없는 철근의 경향을 나타내었으며 인장강도는 새로 개발된 Up-Set Coupler가 Screw Coupler 보다 동일한 변형률에서 평균 22MPa이 높게 나타났다. 또한 철근콘크리트 보의 휨시험 결과 휨파괴 거동은 Up-Set Coupler가 이음없는 철근과 가장 유사한 거동을 나타내었다. 또한 보 중앙 부위에서의 처짐은 Screw Coupler 보다 높게 나타났으나 콘크리트 구조설계기준에 제시된 최대 허용 처짐 이내의 결과 값을 나타내었다. 이상의 연구결과로 새로 개발된 Up-Set Coupler는 증가추세에 있는 대형, 초고층 구조물에 기계적·구조적 안전성 뿐만아니라 시공성면에서도 우수하여 현장에 적용 가능할 것으로 판단된다.