Evaluation on Stiffness of High-strength Mortar-filled Sleeve Bar Splice Under Cyclic Loading

(1)

Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection Vol. 17, No. 1, January 2013, pp.085-093

http://dx.doi.org/10.11112/jksmi.2013.17.1.085

pISSN 2234-6937 eISSN 2287-6979

반복하중이 작용하는 고강도 모르타르 충전식 슬리브 철근이음에 대한 강성 평가

Evaluation on Stiffness of High-strength Mortar-filled Sleeve Bar Splice Under Cyclic Loading

김 형 기^1)* 정 구 용²⁾

Kim, Hyong Kee Chung, Goo Yong

Abstract

In order to make a more reasonable evaluation on the stiffness of the high-strength mortar-filled sleeve bar splices under cyclic loading, we investigated and analyzed the existing experiment data of 106 full-sized reinforcing bar splices with test variables such as compressive strength of mortar, development length of reinforcement and sleeve type, etc.

The following were found: 1) If mortar and the reinforcement development length with f

_g

*(L/d) of more than 340 is used, the cast iron sleeve bar splices for SD350 and SD400 will have the stiffness of higher than A class of the AIJ code. 2) If mortar and the reinforcement development length with f

g

*(L/d) of more than 400 is used, the cast iron sleeve splices and pipe sleeve splices for SD500 will have the stiffness of higher than A class of the AIJ code.

Keywords : High-strength mortar-filled sleeve bar splice, Stiffness, Cyclic loading, Evaluation

1) 정회원, 강원대학교 건축공학과 부교수, 교신저자 2) 정회원, 강원대학교 건축공학과 교수

* Corresponding author : [email protected] 033-570-6521

• 본 논문에 대한 토의를 2013년 2월 28일까지 학회로 보내주시면 2013년 3월호에 토론결과를 게재하겠습니다.

Copyright Ⓒ 2012 by The Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0)which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

1. 서 론

철근 콘크리트 구조물에서는 철근의 생산규격과 시공 방법 등으로 인하여 철근이음이 자연스럽게 발생한다. 이 철근이음은 건물의 구조적인 성능은 물론이고 시공이나 품질에도 밀접한 영향을 미친다. 현재 주로 사용되고 있 는 철근이음은 겹침이음, 가스압접, 기계식 철근이음 등 이다. 이 중에서 겹침이음은 시공이 간편하고 경제적인 방법이기 때문에 많이 사용되고 있지만 최근 건물의 내진 설계 등으로 인한 철근배근량의 증가로 시공상에 어려움 이 있고, 가스압접은 고강도 철근의 접합 시에 철근재료 의 영향으로 압접 이후에 문제점이 발생할 수 있는 가능 성이 있어서 사용에 주의가 필요하다고 할 수 있다. 그러 나 최근에 개발된 다양한 기계식 철근이음은 앞에서 언급 한 겹침이음이나 가스압접에서 발생할 수 있는 문제점을 해결할 수 있는 철근이음 방법의 하나로 주목받고 있다.

각종 기계식 철근이음 중에서도 모르타르 충전식 철근이 음은 다른 철근이음에 비하여 고가이고 모르타르의 충전 상황을 확인하기에 어려움이 있지만 모르타르 무기질계 의 고강도 무수축 모르타르를 슬리브에 충전하여 철근을 연결하는 방법으로 용이한 시공성과 철근이음의 품질을 안정되게 확보할 수 있는 장점이 있기 때문에 많은 철근 콘크리트 현장에서 각광받고 있다. 또한 모르타르 충전식 철근이음은 기둥이나 보의 횡방향 철근의 배근에도 지장 을 초래하지 않고 D16 이하의 소구경부터 D41 이상의 대구경 철근에도 적용이 가능하다.

많은 장점을 가지고 있는 모르타르 충전식 슬리브 철근 이음이 보다 적극적으로 현장에서 적용되기 위해서는 이 철근이음의 주요한 구조성능이 적절하게 평가되어야 한 다. 이러한 이유에서 저자는 최근에 모르타르 충전식 철 근이음에 대한 단조가력에서의 강성에 대하여 기존 실험 자료를 이용하여 평가한 결과를 발표하였다(Kim, 2012).

(2)

Shape of sleeve 0

30 60 90 120 150

4 77

25 (g) Shape of sleeve

Shape 1 Shape 2 Shape 3 Shape 1 : t/di≥0.1 & edi/d≤2 Shape 2 : t/di<0.1 & edi/d≤2 Shape 3 : t/di≥0.1 & ed/d >2

Numbers of specimens

0 30 60 90 120 150

89

17

Cast (f) Kind of sleeve

Pipe kind of sleeve

0 20 40 60 80

45

SD400 SD500 53

8

SD350 Kind of rebar (d) Kind of rebar

0 20 40 60 80 100

6 3

4-5 5-6 6-7 7-8

22 75

Development length of rebar (d) (c) Development length of rebar

0 20 40 60 80 100

4 10

24

3 50-60 70-80 80-90 90-100100-110 120-130

53

12 (a) Compressive strength of mortar

Compressive strength of mortar (MPa)

0 30 60 90 120 150

14 88

4

Final failure mode RF

(e) Final failure mode

BF SF

RF: Rebar Fracture BF: Bond Failure SF: Sleeve Fracture

0 10 20 30 40 50

D16

14 18

6 14

29

14 (b) Bar size

4

D19 D22 D25 D29 D32 D35 D38 D41 4

Bar size

3

Fig. 1 Analysis of mortar-filled sleeve reinforcement splice specimen data

이 모르타르 충전식 슬리브 철근이음의 강성을 보다 적절 하게 평가하기 위해서는 단조가력에서의 강성에 대한 평 가뿐만이 아니라 반복하중이 작용하는 모르타르 충전식 슬리브 철근이음 강성에 대한 평가도 필요하다.

그동안 실시되었던 반복하중이 작용하는 고강도 모르 타르 충전식 슬리브 철근이음의 강성 평가에 대한 연구는 NMB 스플라이스 슬리브사(Japan Splice Sleeve Company, 1992; 1993; 1993), 일본의 Asse 연구팀(Asse et al., 1996), 1998년의 저자연구팀(Kim, 1998; Samsung E

& C et al., 1998), 2008년의 저자연구팀(Kim, 2008;

Kim, 2008)등에 의하여 주로 실시되었다. 이상의 반복 하중이 작용하는 기존 모르타르 충전식 슬리브 철근이음 의 강성을 평가한 것은 각 연구팀에 의하여 실시되었던 실험결과만에 대한 검토가 진행된 것이기 때문에 이 철근 이음에 대한 반복하중에서의 강성을 평가한 연구결과가 객관적이고 포괄적이라고 할 수 없다.

본 연구논문에서는 반복하중이 작용하는 고강도 모르 타르 충전식 슬리브 철근이음에 대한 반복가력 하에서의 강성을 보다 타당하게 평가하고자 반복가력을 실시한 저 자의 실험을 포함한 106개 고강도 모르타르 충전식 슬리 브 철근이음 실험결과(Japan Splice Sleeve Company, 1992/1993; Japan Splice Sleeve Company, 1993; Asse et al., 1996; Kim, 1998; Samsung E & C et al., 1998;

Kim, 2008; Kim, 2008)를 이용하여 슬리브 철근이음이 보유하고 있는 구조인자가 반복하중이 작용하는 슬리브

철근이음의 강성에 미치는 효과를 파악하였고, AIJ 규준 (Architectural Institute of Japan, 2010)에 정해져 있 는 강성 등급을 충족시킬 수 있는 고강도 모르타르 충전 식 슬리브 철근이음의 최소한의 조건을 제시하였다.

2. 분석대상으로 채택된 반복가력의 고강도 모르타르 충전식 슬리브 철근이음 실험자료

본 논문에서 분석대상으로 채택한 106개의 실물크기인 고강도 모르타르 충전형 기계식 철근이음 실험자료를 Fig.

1에 개괄적으로 분석하여 표시하였다. 분석대상이 되는 철근이음 실험체에 충전한 모르타르는 59.5∼129.5MPa 의 범위에 있는 압축강도를 가지고 있는 것으로 나타났 고, 압축강도가 80∼90MPa인 모르타르재를 충전한 철 근이음이 전체 실험체의 50%를 차지하였다. 또한 철근이 음의 슬리브에 매입한 철근은 소구경인 D16에서 대구경 인 D41까지 9종류로 광범위한 규격으로 구성되어 있고, D35, D19, D25, D32, D38 철근의 순서로 전체 실험체 에서 차지하는 비율이 높은 것으로 나타났다. 그리고 본 연구의 철근이음에 매입한 철근의 정착길이는 4∼8d(여기 서, d는 철근 직경)의 범위에 있는 것으로 나타났다. 철근 이음의 슬리브에 매입한 철근은 3종류로 SD350, SD400, SD500이다. 분석대상인 철근이음의 최종파괴형식은 3가 지 종류로 철근이 파단된 경우, 부착파괴가 발생한 경우, 슬리브가 파단된 경우이고 이 가운데에서 철근파단이 발

(3)

-1 0 0 1 1 2

0 -0.5f_y

2

ε

y 5

ε

y

Failure ( Note ) f_y: Specified yield s trength of reinforcing bar embeddded in bar s plice, ε_y: Yield s train of bar s plice s pecimen

Compres s ion Tens ion

0.95f_y

Elas tic range(-0.5f_y- 0.95f_y) : Number of cyclic loading=20 Plas tic range(-0.5fy - 2εy) Number of cyclic loading=4

Plas tic range(-0.5fy - 5εy) Number of cyclic loading=4 Range for analy sis and ev aluation of stiffness

Fig. 2 Cyclic loading schedule

Fig. 3 Specimen setup for cyclic loading

ε -3

-0.1 0.95fy

1 cE 1 c yc li c

l oadi ng

20 cyc l i c l oadi n g

(Note) fy : Specified yield strength of rebar embedded in bar splice

SA class : 20cE/1cE≥ 0.85 A class : _20cE/_1cE ≥ 0.5 B class : _20cE/_1cE ≥ 0.25 2 0 cE

Stre ss of spe c im e n

Stra in of spe c im e n

Fig. 4 Definition of stiffness under cyclic loading in mechanical splice (AIJ code)

생한 실험체가 80% 이상인 것으로 나타났다. 본 연구의 철근이음 실험체에 사용된 슬리브는 2가지로 주물형과 강관형이다. 그리고 본 논문의 철근이음의 슬리브는 기존 의 저자 연구(Kim, 2004)에서 발표된 것과 같은 방법으 로 슬리브 두께/슬리브 내경(t/di)과 슬리브 단부 내경/슬 리브 매입 철근직경(edi/d) 값에 따라 각각 정리한 결과, 3종류의 슬리브 형상으로 분류할 수 있었다. 본 연구의 분석대상이 되는 모든 철근이음에 대한 반복가력은 AIJ 규준(Architectural Institute of Japan, 2010)에 의한 것으로 가력스케쥴을 Fig. 2에 나타낸 것과 같이 탄성범 위에서 인장과 압축을 20회, 소성범위의 소변형 단계에서 4회, 대변형 단계에서 4회를 각각 실시한 후에 인장방향 으로 파괴가 되도록 하였다. 본 연구의 분석대상이 된 철 근이음 실험은 3개의 그룹에 의하여 실시된 것으로 저자 연구팀에 의하여 62개, 일본 NMB 슬리브사에 의하여 27 개, Asse 연구팀에 의하여 17개가 각각 추진되었다. 그 리고 Fig. 3에 철근이음 실험체의 설치상황을 나타내었다.

3. 반복하중이 작용하는 고강도 모르타르 충전식 슬리브 철근이음의 강성에 대한 분석과 평가

본 연구에서는 반복하중이 작용하는 기존의 고강도 모 르타르 충전식 슬리브 철근이음 실험데이터를 이용하여, 이 슬리브 철근이음이 보유하고 있는 주요한 구조인자가 반복하중이 작용하는 슬리브 철근이음의 강성에 끼치는 효과를 파악한 후에 AIJ 규준(Architectural Institute of Japan, 2010)에서 정하고 있는 반복하중 하에서의 강성 을 만족시키는 최소한의 조건을 제시하고자 하였다.

Fig. 4는 반복하중이 작용하는 기계식 철근이음에 대하 여 AIJ 규준에서 규정하는 강성 등급(SA급, A급, B급) 에 대한 조건을 나타내었다. 그리고 국내규준이나 ACI 규 준에서는 단조가력의 경우와 마찬가지로 반복하중이 작 용하는 기계식 철근이음의 강성을 규정하는 내용은 없다.

Fig. 5~Fig. 12에서는 고강도 모르타르 충전식 슬리브 철근이음에 대한 반복하중 하에서의 강성을 슬리브에 매 입된 철근 종류와 모르타르 압축강도로 구분하여 철근 정 착길이에 따라서 각각 비교하였고, AIJ 규준에서 요구하

(4)

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25

3 4 5 6 7 8 9 10

BF / f =50-60MPa / Cast / Sleeve shape 1 RF / f =70-80MPa / Cast / Sleeve shape 1

20c

E/

1c

E

20cE/1cE=0.85

(SA class of AIJ code) 20c

E/

1c

E

( fg= 5 0 -8 0 M P a / Cast S leev e)

g g 20cE/1cE=0.25 (B class of AIJ code)

20cE/1cE=0.5 (A class of AIJ code)

(Note) BF=Bond failure, RF=Rebar fracture Cast=Cast sleeve

Sleeve shape 1 : t/di ≥0.1, edi /d≤2

L /d

Fig. 6 Comparison of stiffness under cyclic loading (SD400, f

g

=50~80MPa)

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25

3 4 5 6 7 8 9 10

f =80-90MPa / Sleeve shape 1 f =80-90MPa / Sleeve shape 2 f =80-90MPa / Sleeve shape 3 f =90-100MPa / Sleeve shape 1 f =90-100MPa / Sleeve shape 2

20cE/1cE 20cE/1cE=0.85

(SA class of AIJ code) 20cE/1cE ( fg= 8 0 -1 0 0 M P a /

B ar Fracture / Cast S leev e)

g g g g g 20cE/1cE=0.5

(A class of AIJ code)

(Note)

Sleeve shape 1 : t/di ≥0.1, edi /d≤2 Sleeve shape 2 : t/di <0.1, edi /d≤2 Sleeve shape 3 : t/d_i ≥0.1, _ed_i /d>2 20cE/1cE=0.25

(B class of AIJ code)

L /d

Fig. 5 Comparison of stiffness under cyclic loading (SD350, f

g

=80~100MPa)

는 기계식 철근이음의 반복하중 하에서의 강성 등급도 나 타내었다. Fig. 5~Fig. 12에서는 본 연구의 실험자료를 모르타르의 압축강도, 최종파괴형식, 슬리브 종류, 슬리브 형상과 같은 주요한 구조변수에 따라서 분류하였다. 그리 고 Fig. 5~Fig. 12에서 모르타르 충전식 슬리브 철근이 음의 실험체를 대표적인 슬리브의 형상이라고 할 수 있는 슬리브 두께/슬리브 안쪽지름(t/di)과 슬리브 단부의 안쪽 지름/철근의 공칭지름(edi/d)에 따라서 분류하여 표시하 였다. 여기서 기존연구(Kim, 2004)에서와 같은 방법으 로 t/di는 0.1, edi/d는 2를 경계로 분석대상의 철근이음 실험자료를 구분하였다.

Fig. 5는 SD350 철근과 주물 슬리브를 사용하고 모르 타르의 압축강도가 80~100MPa이며 철근파단이 발생한 모르타르 충전식 슬리브 철근이음에 대한 반복하중 하에 서의 강성에 대한 평가를 나타내었다. Fig. 5에 나타낸 것 과 같이 t/di가 0.1 미만이고 edi/d가 2 이하인 슬리브의 형상을 하고 있는 슬리브로 제작된 2개의 실험체를 제외 한 철근이음의 반복가력 강성은 모르타르의 압축강도와 슬리브의 형상에 상관없이 20cE/1cE(20번째 가력 시의 강 성과 1번째 가력 시의 강성의 비)가 0.85 이상으로 나타 남에 따라서 AIJ 규준의 SA급이 되었고, SA급에 다소 미치지 못한 2개의 철근이음 실험체도 A급 강성의 범위 에 여유있게 포함되었다.

Fig. 6은 SD400 철근과 주물 슬리브를 사용하고 모르

타르의 압축강도가 50~80MPa이며 t/di가 0.1 이상이고

edi/d가 2 이하인 슬리브의 형상을 하고 있는 모르타르 충 전식 슬리브 철근이음에 대한 반복하중 하에서의 강성에 대한 평가를 표시하였다. Fig. 6에 표시한 것처럼 모르타 르의 압축강도가 70~80MPa으로 철근파단이 발생한 실 험체의 반복가력 강성은 20cE/1cE가 0.85 이상으로 나타 남에 따라서 AIJ 규준의 SA급이 되었고, 모르타르의 압 축강도가 50~60MPa으로 부착파괴가 발생한 실험체의 반복가력 강성은 20cE/1cE가 0.5 이상으로 나타남에 따라 서 AIJ 규준의 A급 이상이 되었다.

Fig. 7은 SD400 철근과 주물 슬리브를 사용하고 모르 타르의 압축강도가 80~90MPa인 모르타르 충전식 슬리 브 철근이음에 대한 반복하중 하에서의 강성을 평가하여 보여주고 있다. Fig. 7에 나타낸 것처럼 모르타르의 압축 강도가 80~90MPa으로 주물 슬리브를 사용한 실험체의 반복가력 강성은 철근파단이 발생한 3개의 실험체를 제 외하고 20cE/1cE가 0.85 이상으로 나타남에 따라서 AIJ 규준의 SA급이 되었고, SA급에 미달하는 3개의 실험체 를 포함한 모든 실험체의 반복가력 강성은 20cE/1cE가 0.5 이상이 됨에 따라서 A급 이상으로 나타났다.

Fig. 8은 SD400 철근과 주물 슬리브를 사용하고 철근 파단이 발생한 모르타르의 압축강도가 90~110MPa인 모르타르 충전식 슬리브 철근이음에 대한 반복하중 하에 서의 강성에 대한 평가를 나타내었다. Fig. 8에 나타낸 것

(5)

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25

3 4 5 6 7 8 9 10

SF / Sleeve shape 1 RF / Sleeve shape 1 RF / Sleeve shape 2 BF / Sleeve shape 1

20cE/1cE

20cE/1cE ( fg= 8 0 -9 0 M P a / Cast S leev e)

20cE/1cE=0.85 (SA class of AIJ code)

20cE/1cE=0.25 (B class of AIJ code)

(Note)

SF=Sleeve fracture, RF=Rebar fracture BF=Bond failure

Sleeve shape 1 : t/di ≥0.1, edi /d≤2 Sleeve shape 2 : t/di <0.1, edi /d≤2

L /d

Fig. 7 Comparison of stiffness under cyclic loading (SD400, f

g

=80~90MPa)

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25

3 4 5 6 7 8 9 10

RF / f = 90-100MPa / Sleeve shape 2 RF / f =100-110MPa / Sleeve shape 1 20cE/1cE

20cE/1cE ( fg= 9 0 -1 1 0 M P a / Cast S leev e)

g g

(Note) RF=Rebar fracture

Sleeve shape 1 : t/d_i ≥0.1, _ed_i/d≤2 Sleeve shape 2 : t/di <0.1, edi /d≤2 20cE/1cE=0.25

(B class of AIJ code)

L /d

Fig. 8 Comparison of stiffness under cyclic loading (SD400, f

g

=90~110MPa)

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25

3 4 5 6 7 8 9 10

f =70-80MPa / Cast / Sleeve shape 1 f =80-90MPa / Cast / Sleeve shape 1 f =80-90MPa / Pipe / Sleeve shape 1(smooth) f =80-90MPa / Pipe / Sleeve shape 2(uneven) f =80-90MPa / Pipe / Sleeve shape 2(smooth) f =80-90MPa / Pipe / Sleeve shape 3(uneven) 20c

E/

1c

E

20c

E/

1c

E

( fg= 7 0 -9 0 M P a / B ar Fracture)

g g g g g g 20cE/1cE=0.85 (SA class of AIJ code)

(Note) Cast=Cast sleeve, Pipe=Pipe sleeve Sleeve shape 1 : t/d_i ≥0.1, _ed_i/d≤2 Sleeve shape 2 : t/di <0.1, edi /d≤2 Sleeve shape 3 : t/di ≥0.1, edi /d>2

L /d

Fig. 9 Comparison of stiffness under cyclic loading (SD500, f

g

=70~90MPa, fracture of reinforcing bar)

과 같이 모르타르의 압축강도가 90~110MPa으로 주물 슬리브를 사용한 실험체의 반복가력 강성은 20cE/1cE가 모르타르의 압축강도 100~110MPa인 1개의 실험체를 제외하고 0.85 이상으로 나타남에 따라서 AIJ 규준의 SA급이 되었고, SA급에 미달하는 1개의 실험체를 포함 한 모든 실험체의 반복가력 강성은 20cE/1cE가 0.5 이상 이 됨에 따라서 A급 이상이 되었다.

Fig. 9는 SD500 철근을 사용하고 철근파단이 발생한 모르타르의 압축강도가 70~90MPa인 모르타르 충전식 슬리브 철근이음에 대한 반복하중 하에서의 강성에 대한 평가 결과를 표시하였다. Fig. 9에 나타낸 것처럼 주물 슬 리브로 제작된 실험체의 반복가력 강성은 3개의 실험체 를 제외하고 20cE/1cE가 0.85 이상이 됨에 따라서 AIJ 규 준의 SA급이 되었고, SA급에 못 미친 3개의 실험체를 포함한 모든 실험체의 반복가력 강성은 20cE/1cE가 0.5 이상이 됨에 따라서 A급 이상으로 나타났다. 한편, 또한 Fig. 9에 나타낸 것과 같이 강관 슬리브를 사용한 실험체 에서 슬리브에 돌기가 있는 5개 강관 슬리브 철근이음 중 의 3개 실험체는 20cE/1cE가 0.85 이상으로 나타남에 따 라서 AIJ 규준 SA급의 반복가력 강성을 보였고, 슬리브 에 돌기가 없는 모든 강관 슬리브 철근이음 실험체의 반 복가력 강성은 SA급에 도달하지 못하면서 슬리브 돌기의 유무에 따른 차이를 보였다. 그러나 Fig. 9에 나타낸 것처 럼 철근파단이 발생한 모르타르 압축강도가 70~90MPa 인 모든 실험체의 반복가력 강성은 모르타르 압축강도, 슬리브 종류, 슬리브 형상, 슬리브 돌기 유무에 상관없이

20cE/1cE가 0.5 이상으로 나타남에 따라서 AIJ 규준 A급 이상이 되었다.

Fig. 10은 SD500 철근을 사용하고 슬리브 파단이나 부착파괴가 발생한 모르타르의 압축강도가 80~90MPa 인 모르타르 충전식 슬리브 철근이음에 대한 반복하중 하

(6)

L /d

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25

3 4 5 6 7 8 9 10

SF / Pipe / Sleeve shape 1(uneven) BF / Cast / Sleeve shape 1 BF / Pipe / Sleeve shape 2(smooth) BF / Pipe / Sleeve shape 3(uneven)

20cE/1cE

20cE/1cE ( fg= 8 0 -9 0 M P a / S leev e

Fracture, B o nd Failure)

20cE/1cE=0.5 (A class of AIJ code) (Note)

SF=Sleeve fracture, BF=Bond failure Cast=Cast sleeve, Pipe=Pipe sleeve Sleeve shape 1 : t/di ≥0.1, edi /d≤2 Sleeve shape 2 : t/di <0.1, edi /d≤2 Sleeve shape 3 : t/d_i ≥0.1, _ed_i /d>2

Fig. 10 Comparison of stiffness under cyclic loading (SD500, f

g

=80~90MPa, sleeve fracture/bond failure)

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25

3 4 5 6 7 8 9 10

RF / Sleeve shape 1 BF / Sleeve shape 1 20c

E/

1c

E

20c

E/

1c

E

( fg= 9 0 -1 0 0 M P a / Cast S leev e)

L /d

(Note) RF=Rebar fracture, BF=Bond failure Sleeve shape 1 : t/di ≥0.1, edi /d≤2

Fig. 11 Comparison of stiffness under cyclic loading (SD500, f

g

=90~100MPa)

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25

3 4 5 6 7 8 9 10

RF / f =100-110MPa / Sleeve shape 1 RF / f =100-110MPa / Sleeve shape 2 RF / f =100-110MPa / Sleeve shape 3 RF / f =120-130MPa / Sleeve shape 1 RF / f =120-130MPa / Sleeve shape 2 20c

E/

1c

E

20c

E/

1c

E

( fg= 1 0 0 -1 3 0 M P a / Cast S leev e)

g g g g g

(Note) RF=Rebar fracture

Sleeve shape 1 : t/di ≥0.1, edi /d≤2 Sleeve shape 2 : t/di <0.1, edi /d≤2 Sleeve shape 3 : t/d_i ≥0.1, _ed_i /d>2

L /d

Fig. 12 Comparison of stiffness under cyclic loading (SD500, f

g

=100~130MPa)

에서의 강성에 대한 평가를 나타내었다. Fig. 10에 표시 한 20cE/1cE의 분포에서 알 수 있는 것과 같이 주물 슬리 브를 사용한 1개의 실험체를 제외한 철근이음의 반복가 력 강성은 AIJ 규준의 SA급에는 다소 못 미쳤지만 모든 철근이음 실험체은 20cE/1cE가 0.5 이상이 됨에 따라서 A 급 이상인 반복가력 강성을 나타내었다. 여기서는 주물 슬리브를 사용한 경우는 강관 슬리브를 사용한 경우보다

20cE/1cE가 다소 높게 나타났지만 강관 슬리브에서 슬리 브 돌기의 유무에 따른 20cE/1cE의 차이를 특정하기는 어 려웠다.

Fig. 11은 SD500 철근과 주물 슬리브를 사용한 모르 타르의 압축강도가 90~100MPa인 모르타르 충전식 슬 리브 철근이음에 대한 반복하중 하에서의 강성에 대한 평 가를 나타내었다. Fig. 11에 나타낸 것처럼 모르타르의 압축강도가 90~100MPa으로 주물 슬리브를 사용한 실 험체의 반복가력 강성은 철근 파단이 발생한 1개의 실험 체를 제외하고 20cE/1cE가 0.85 이상으로 나타남에 따라서 AIJ 규준의 SA급이 되었고, SA급에 미달하는 1개의 실험 체를 포함한 모든 실험체의 반복가력 강성은 20cE/1cE가 0.5 이상이 됨에 따라서 A급 이상인 것으로 나타내었다.

Fig. 12는 SD500 철근과 주물 슬리브를 사용한 모르 타르의 압축강도가 100~130MPa인 모르타르 충전식 슬 리브 철근이음에 대한 반복하중 하에서의 강성에 대한 평 가를 나타내었다. Fig. 12에 표시한 20cE/1cE의 분포로부

터 모르타르의 압축강도가 100~130MPa으로 주물 슬리 브를 사용한 모든 실험체의 강성은 모르타르의 압축강도 와 슬리브의 형상에 상관없이 AIJ 규준의 SA급인 것으로 나타났다.

Fig. 13~Fig. 15에서는 슬리브에 매입된 철근종류 별 로 가로축을 모르타르 압축강도(fg)와 철근의 직경에 대 한 철근 정착길이 비(L/d)의 곱셈으로 나타내어서 반복

(7)

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25

200 300 400 500 600 700 800 900

SF / Sleeve shape 1 RF / Sleeve shape 1 RF / Sleeve shape 2 RF / Sleeve shape 3 BF / Sleeve shape 1

fg*(L/d)=470 fg*(L/d)=340

f

g

*(L/d)

20cE/1cE=0.5 (A class of AIJ code) (Note)

SF=Sleeve fracture, RF=Rebar fracture, BF=Bond failure

Sleeve shape 1 : t/di ≥0.1, edi /d≤2 Sleeve shape 2 : t/di <0.1, edi /d≤2 Sleeve shape 3 : t/di ≥0.1, edi /d>2

20cE/1cE ( Cast S leev e)

20cE/1cE

Fig. 13 Relationship for stiffness and f

g

(L/d) under cyclic loading (SD350 and SD400)

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25

200 300 400 500 600 700 800 900

RF / Sleeve shape 1 RF / Sleeve shape 2 RF / Sleeve shape 3 BF / Sleeve shape 1

fg*(L/d)=460

fg*(L/d)=400

20c

E /

1c

E

20c

E/

1c

E

( Cast S leev e)

(Note)

RF=Rebar fracture, BF=Bond failure Sleeve shape 1 : t/d_i ≥0.1, _ed_i/d≤2 Sleeve shape 2 : t/di <0.1, edi /d≤2 Sleeve shape 3 : t/di ≥0.1, edi /d>2

f

g

*(L/d)

Fig. 14 Relationship for stiffness and f

g

(L/d) under cyclic loading (SD500, cast sleeve)

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25

200 300 400 500 600 700 800 900

SF / Sleeve shape 1(uneven) SF / Sleeve shape 2(uneven) RF / Sleeve shape 1(smooth) RF / Sleeve shape 2(uneven) RF / Sleeve shape 2(smooth) RF / Sleeve shape 3(uneven) BF / Sleeve shape 2(smooth) BF / Sleeve shape 3(uneven)

fg*(L/d)=460 fg*(L/d)=400

f

g

*(L/d)

20cE /1cE

20cE/1cE ( P ipe S leev e)

20cE/1cE=0.25 (B class of AIJ code) (Note)

SF=Sleeve fracture, RF=Rebar fracture BF=Bond failure

Sleeve shape 1 : t/di ≥0.1, edi /d≤2 Sleeve shape 2 : t/di <0.1, edi /d≤2 Sleeve shape 3 : t/di ≥0.1, edi /d>2

Fig. 15 Relationship for stiffness and f

g

(L/d) under cyclic loading (SD500, pipe sleeve)

하중이 작용하는 모르타르 충전식 슬리브 철근이음의 강 성을 평가하였다. Fig. 13~Fig. 15의 가로축을 fg*(L/d) 로 나타낸 것은 Fig. 5~Fig. 12의 강성에 대한 평가결과 에서 파악된 것과 같이 반복하중이 작용하는 슬리브 철근 이음에 대한 강성에 가장 영향이 있는 2개의 구조변수를 하나의 식으로 표현하기 위해서이다. 그리고 Fig. 13~Fig.

15에서도 Fig. 5~Fig. 12에서와 마찬가지로 최종파괴형 식, 슬리브 종류, 슬리브 형상으로 분류하여 강성을 비교 분석하였다. 또한 SD350과 SD400의 차이에 따른 실험 결과 차이가 특별히 없는 것으로 나타나서 Fig. 13에 같 이 표시하였다.

Fig. 13에 나타난 것과 같이 SD350과 SD400 철근을 사용하고 주물 슬리브로 제작된 모르타르 충전식 슬리브 철근이음에 대한 반복하중 하에서의 강성 평가에서 단조 가력 하에서 AIJ 규준의 A급 강성에 대한 기준으로 제시 한 fg*(L/d)=340MPa(Kim, 2012)을 적용하면 이 범위 이상에 속하는 53개의 모든 철근이음 실험체의 반복가력 강성(20cE/1cE)이 A급 이상으로 나타났다. 또한, Fig. 13 에서는 AIJ 규준이 규정하는 SA급의 강성을 만족하는 fg*(L/d)의 조건을 목표 등급의 강성에 미달하는 확률이 5% 이하가 되도록 통계적인 방법으로 검토한 결과, fg*(L/d)

=470MPa의 확보가 필요한 것으로 나타났다.

Fig. 14에 나타난 것과 같이 SD500 철근을 사용하고 주물 슬리브로 제작된 모르타르 충전식 슬리브 철근이음에

대한 반복하중 하에서의 강성 평가에서 단조가력 하에서 AIJ 규준의 A급 강성에 대한 기준으로 제시한 f_g*(L/d)

=400MPa(Kim, 2012)을 적용하면 이 범위 이상에 속하는 34개의 모든 철근이음 실험체의 반복가력 강성(_20cE/_1cE)도 A급 이상으로 나타났다. 또한, Fig. 14에서는 SD350과 SD400 철근을 사용한 경우와 마찬가지로 AIJ 규준이 규 정하는 SA급의 강성을 만족하는 f_g(L/d)의 조건을 목표

(8)

등급의 강성에 미달하는 확률이 5% 이하가 되도록 하기 위해서는 fg*(L/d)=460MPa의 확보가 필요한 것으로 나 타났다.

Fig. 15에 나타난 것과 같이 SD500 철근을 사용하고 강 관 슬리브로 제작된 모르타르 충전식 슬리브 철근이음에 대한 반복하중 하에서의 강성 평가에서도 단조가력 하에서 AIJ 규준의 A급 강성에 대한 기준으로 제시한 fg*(L/d)

=400MPa(Kim, 2012)을 적용하면 이 범위 이상에 속하는 17개의 모든 철근이음 실험체의 반복가력 강성(20cE/1cE)도 A급 이상으로 나타났다. 그리고 여기서 슬리브에 돌기가 있는 9개 강관 슬리브 철근이음 중에서 3개의 실험체는 AIJ 규준의 SA급 강성을 보였지만, 슬리브에 돌기가 없 는 8개 모든 강관 슬리브 철근이음은 AIJ 규준의 SA급 강성에 미치지 못하는 결과가 나타났다.

4. 결 론

본 연구에서는 반복하중이 작용하는 고강도 모르타르 충전식 슬리브 철근이음의 강성에 대한 합리적인 검토를 목적으로 100여개 고강도 모르타르 충전식 슬리브 철근 이음의 실험데이터를 이용하여 슬리브 철근이음이 보유 하고 있는 구조인자가 반복하중이 작용하는 슬리브 철근 이음의 강성에 미치는 효과를 파악하였고, AIJ 규준에 정 해져 있는 강성 등급을 충족시키는 최소한의 조건에 대하 여서도 평가한 결과, 아래와 같은 결론을 얻었다.

(1) SD350과 SD400 철근을 매입한 모르타르 충전식 주물 슬리브 철근이음에서 fg×(L/d)가 470MPa 이상이 된다면 AIJ 규준의 SA급 강성, fg×(L/d) 가 340MPa 이상이 된다면 AIJ 규준의 A급 강성 을 최종파괴형식과 슬리브 형상에 상관없이 확보 할 수 있는 것으로 나타났다.

(2) SD500 철근을 매입한 모르타르 충전식 주물 슬리 브 철근이음에서 fg×(L/d)가 460MPa 이상이 된 다면 AIJ 규준의 SA급 강성, fg×(L/d)가 400MPa 이상이 된다면 AIJ 규준 A급 강성을 확보할 수 있 는 것으로 나타났다.

(3) SD500 철근과 강관 슬리브를 사용한 모르타르 충 전식 슬리브 철근이음에서 fg×(L/d)가 400MPa 이상이 된다면 AIJ 규준의 A급 강성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.

참고문헌

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11. Samsung Engineering & Construction. and Daedong MS,

“Report for development and experimental study of grout-filled splice sleeve system”, Report for Technical Development and Research, 1998. (in Korean)

Received : 07/09/2012

Revised : 10/29/2012

Accepted : 12/04/2012

(9)

요 지

본 논문에서는 반복하중이 작용하는 고강도 모르타르 충전식 슬리브 철근이음의 강성에 대한 합리적인 검토를 하기 위하여 100여개 고강도 모르타르 충전식 슬리브 철근이음의 실험데이터를 이용하여 슬리브 철근이음이 보유하고 있는 구조인자가 반복 하중이 작용하는 슬리브 철근이음의 강성에 미치는 효과를 파악하였고, AIJ 규준에 정해져 있는 강성 등급을 충족시키는 최소한 의 조건에 대하여 평가한 결과, SD350과 SD400 철근을 매입한 모르타르 충전식 주물 슬리브 철근이음에서 fg*(L/d)가 470MPa 이상이 된다면 AIJ 규준의 SA급 강성, fg*(L/d)가 340MPa 이상이 된다면 AIJ 규준의 A급 강성을 최종파괴형식과 슬 리브 형상에 상관없이 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 SD500 철근을 매입한 모르타르 충전식 슬리브 철근이음에서 주물 슬리브와 강관 슬리브를 사용한 경우는 fg*(L/d)가 400MPa 이상이 된다면 AIJ 규준의 A급 강성을 확보할 수 있는 것으로 나타 났다.