1. 서 론
일반 건축구조물에 적용된 엘리베이터 피트는 기초판의 연 속성을 확보하기 위하여 단차부 벽체 및 피트 바닥 두께를 주 변기초와 동일한 단면으로 구조설계 및 시공이 되어져 왔다.
그러나, 이러한 방법은 기초 단차로 인한 터파기 과다 및 콘크 리트 등 재료의 물량이 증가되고, 특히 파일기초의 경우 파일 두부정리 범위 과다 및 연약지반 노출 시 지반변위가 발생하 게 된다. 또한, 단차로 인하여 기초부위의 골조공사를 2회 분 할 시공함에 따른 공기지연과 지하수가 많은 지역에서의 골 조공사의 어려움으로 인하여 시공성과 품질저하 및 누수 등 많은 문제점이 발생하고 있다. 강재엘리베이터 피트가 기존 철근콘크리트에서 발생하였던 문제점을 개선하여 터파기의 최소화와 골조공사의 단순화 및 경제성을 목적으로 개발되었
다. 기존 RC 엘리베이터 피트와 강재엘리베이터 피트를 비교 하여 Table 1에 정리하였다. 지하층의 집수정 및 엘리베이터 피트와 같은 지하구체는 통상 오픈 컷 터파기를 통한 재래식 RC공법을 적용하는 것이 보편적이나 최근 지하집수정 및 엘 리베이터 피트에 소요되는 별도의 공정을 단축시키고 철근과 콘크리트의 물량을 최소화하여 공사비를 절감하기 위한 강재 집수정 및 강재엘리베이터 피트의 사용이 지속적으로 증가하 고 있다.
강재엘리베이터 피트는 지하구체로서 용접부 및 구조체 방 식의 성능이 중요하다. Fig. 1은 강재엘리베이터 피트의 시공 설치과정을 나타내고, Fig. 2는 집수정 및 강재엘리베이터 피 트에 대한 상세도를 나타낸다. 현재, 강재엘리베이터 피트에 사용되는 강판은 부식문제 및 구조적 안정성에 대한 대책이 마련되지 않으면 강재 집수정 또한 적용이 쉽지 않은 실정이 다. 기존의 강재엘리베이터 피트는 폴리우레아 도장으로 내 식성을 확보하고 있으나, 이는 고비용 내부식 방법으로 포스 코의 고내식 강판 (포스맥, PosMAC : KS D 3030 규격 인증) 으로 대체 시에 내부식성 증가 및 분체도장 공정 생략에 따른 경제성 확보가 가능하다. 포스맥 합금도금강판은 내식성이 우수한 아연-마그네슘-알루미늄(Zn-Mg-Al) 3원계 합금이 도 금된 제품으로 내식성이 향상된 제품이다. 그리고 구조적 안 정성 관련하여 적용위치가 코어부분으로 높은 상재하중이
Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection Vol. 23, No. 3, May 2019, pp.1-8
https://doi.org/10.11112/jksmi.2019.23.3.1 pISSN 2234-6937
eISSN 2287-6979
강재엘리베이터 피트 측압저항 구조성능에 관한 실험적 연구
홍성욱1, 김태수2*, 백기열3
An Experimental Study on the Structural Performance of Lateral Resistance in Steel Elevator Pit
Seong-Uk Hong1, Tae-Soo Kim2*, Ki-Youl Baek3
Abstract:
Steel elevator pit was developed for the purpose of minimizing the excavation, simplifying the construction of the frame and economical efficiency by improving the problems that occurred in the existing reinforced concrete. It is common to apply conventional RC method through excavation to underground structures such as underground floor collector well and elevator pit. In recent years, the use of steel collector well and steel elevator pits to reduce construction costs by minimizing the materials of steel and concrete has been continuously increasing. The steel elevator pit is an underground structure and then the performance of the welding part and the structure system is important. Specimen with only steel plate and concrete without studs could support the load more than 3 times than the specimen with deck only. Therefore, even if there is no stud, the deck (steel plate) rib is formed and the effect of restraining the steel plate and the concrete during the bending action can be expected. However, since sudden fracture in the elevator pit may occur, stud bolt arrangement is necessary for the composite effect of steel plate and concrete. It is expected that the bending strength can be expected to increase by about 15% or more depending with and without stud bolts.Keywords:
Steel elevator pit, Lateral resistance, Stud bolt, Structural performance1정회원, 한밭대학교 도시건축재생기술연구소 연구교수, 한양대학교
건축학부 겸임교수, 공학박사
2정회원, 한밭대학교 건축공학과 교수, 공학박사
3정회원, (주)포스코 건설 부장 , 공학박사
*Corresponding author: [email protected]
Department of Architectural Engineering, Hanbat National University, 125 Dongseodero, Yuseong-gu, Daejeon 31458, Korea
∙본 논문에 대한 토의를 2019년 5월 1일까지 학회로 보내주시면 2019년
7월호에 토론결과를 게재하겠습니다.
Copyright Ⓒ 2019 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,
Contents RC Elevator Pit Steel Elevator Pit
Section Shape
Feature
-Deep excavation -Increased amount of steel and concrete
-Construction delay -Workability and quality degradation
- Reduction of depth of excavation
- Reduction of construction period due to factory production
- Cost reduction - Improved workability Table 1 Specimen list
Installation Concrete pouring
Reinforcement Completion Fig. 1 Installation process of steel elevator pit
Fig. 2 Detail of elevator pit
작용함에 따라 발생할 수 있는 측압에 대한 정량적 구조성능 이 명확하지 않아 엘리베이터 피트 설계 시에 매트의 개구부 설계에 따른 하부 측압의 증가 가능성에 대한 구조 저항성능 에 대한 성능규명이 필요하다(Oh, 2015).
본 연구에서는 기존공법의 되메우기 콘크리트 타설하중에 대해 강판만의 단면성능으로 측압에 저항하는 구조에서 측압 의 증가여부에 따른 강판에 스터드 볼트(Stud bolt, 강판과 콘 크리트의 합성을 위한 전단연결재)를 설치하여 콘크리트와의 합성효과(Jee et al., 2000)에 따른 구조성능 증가효과에 대한 실험적 결과를 제시하고자 한다. 또한, 측압에 대한 구조성능
검증을 위해 기존의 구조형식(포스맥 강판 미설치)과 합성효 과를 고려한 형식(포스맥 강판+콘크리트)에 대한 휨 성능 실 험을 실시하고, 실험결과를 통해, 측압저항 구조성능 향상을 위해 개발된 강재엘리베이터 피트의 구조성능 개선효과를 검 증하고 현행기준식에 의한 예측내력과 비교·검토하는 것을 목적으로 한다. 또한, 강재엘리베이터 피트의 구성이 골이 있 는 강판과 콘크리트와의 합성효과에 따른 구조적 성능을 평 가하는 것이므로 합성슬래브(데크플레이트와 콘크리트의 합 성)의 현행 설계기준식(KBC 2016, KCI 2012)을 대상으로 본 실험체의 내력을 평가하고자 한다.
2. 현행 기준식
합성슬래브 관련 설계기준식에 대해 국내 설계기준(KBC 2016, KCI 2012)의 한계상태설계법에서 휨모멘트내력 (
) 은 다음과 같다.
( = 0.9) (1)
(2)
(3)
여기서,
공칭모멘드 (Nmm)
데크플레이트의 단면적 (mm
)
데크플레이트의 항복강도 (N/mm
)
콘크리트의 압축강도 (N/mm
)
데크플레이트 도심에서 콘크리트 압축상단까지 거리
응력해석에 의한 응력블럭 춤 (mm)연속지지 합성데크 바닥의 경우, 데크플레이트는 2스팬 이 상에 걸쳐 연속적으로 작은 보 등에 지지되며, 데크플레이트 춤은 50mm 또는 75mm로 하고 Topping 콘크리트 두께는 80mm이상으로 한다.
3. 실 험
3.1 실험 계획
본 실험에서는 지하집수정 또는 엘리베이터 피트 일부를 콘크리트와 강판의 합성효과를 분석하기 위하여 합성슬래브
형식으로 800mm×1500mm×200mm와 800mm×2000mm×
200mm (폭×길이×두께)의 실험체를 제작하였다. 양단 단순 지지로 중앙부 가력을 통해 합성데크플레이트 슬래브의 휨내 력, 국부변형 등의 구조적 거동을 파악하였다. 강판을 대상으 로 데크플레이트 자체의 휨 실험과 일반콘크리트에 데크플레 이트를 전단연결재로 연결된 합성슬래브를 제작하고 휨실험 을 실시하였다. 다만, 1차 실험계획에서 제작한 콘크리트의 평균압축강도가 설계기준강도에 미달되어 2차 실험을 계획 하여 제작하게 되었으며, 2차 실험 계획에서 제작한 콘크리트 의 평균압축강도는 설계기준 강도의 90%정도로 상향되어 발 현되었다.
실험체 일람은 Table 2와 Fig. 3에 나타내었다. 데크플레이 트 실험체는 각 골의 개수별로 2개, 길이가 다른 실험체로 6개 를 제작하고, 합성슬래브의 경우 골깊이를 포함한 200mm의 콘크리트 두께, 3mm의 고내식강 데크플레이트 두께로 제작 하였다.
Fig. 3과 같이 데크(강판) 골이 1개인 경우 (전단연결재 (φ 16)의 개수 : 0개, 4개, 6개, 10개), 데크(강판) 골이 2개인 경우
Specimen
Deck plate thickness
tn [mm]
Topping Concrete tcon'c
[mm]
Trough depth
dh [mm]
Shear Connector
Number of Shear Connector
(EA) PWT1S
3.0 -
55
- -
PWT1SB0
145
- 0
PWT1SB4 φ16@1000
2 lines 4
PWT1SB6 φ16@500
2 lines 6
PWT1SB10 φ16@250
2 lines 10
PWT2S - - -
PWT2SB0
145
- 0
PWT2SB2 φ16@1000
1 line 2
PWT2SB3 φ16@500
1 line 3
PWT2SB5 φ16@250
1 line 5
PWT2SL2 - - -
PWT2SB0L2
145
- 0
PWT2SB2L2 φ16@1500
1 line 2
PWT2SB3L2 φ16@750
1 line 3
PWT2SB5L2 φ16@375
1 line 5
PWT2SB7L2 φ16@300
1 line 7 Table 2 Specimen list
(a) PWT1S Series
(b) PWT2S Series
Fig. 3 Specimen detail (Unit : mm)
Fig. 4 Setup of specimen
(전단연결재의 개수 : 0개, 2개, 3개, 5개)와 골이 2개일 때 실 험체 길이가 다른 실험체(1500mm, 2000mm)를 변수로 각각 2 개씩 총 26개를 계획·제작하였다. 예를 들어, Table 2의 실험 체명 PWT1SB4에서 ‘P’는 POSCO, “W”는 집수정(Well), ‘T’
는 골(Trough), ‘SB’는 스터드 볼트(Stud Bolt), ‘4’는 스터드 볼트 개수를 나타낸다. 강판만 있는 경우는 ‘S’를, 스터드 볼 트가 없는 경우는 ‘0’으로 표시한다. 실험체 길이가 다른 실험 체에서는 스터드 볼트 개수 뒤에 길이가 2m인 실험체임을 나 타내기 위하여 ‘L2’로 표시하였다.
본 실험은 2000kN급의 만능시험기 (UH-200A)를 사용하 여 양단 단순지지 조건으로 Fig. 5의 실험체 중앙부에 1점 가 력으로 Fig. 4와 같이 실험체를 설치하였다. 측정방법은 변위 계(LVDT)와 스트레인 게이지(Strain gauge)를 이용하여 중앙 부의 처짐와 데크플레이트(강판) 하부의 변형도를 측정하였 다. 가력방법 및 변위계의 측정상황은 Fig. 4와 같다.
3.2 실험 결과
3.2.1 콘크리트의 압축강도 시험
합성슬래브 실험체 제작에 사용된 콘크리트의 기계적 성질 을 파악하기 위해 콘크리트 공시체 압축강도시험을 실시하였 다. 집수정 주변에 사용하는 버림 콘크리트를 기준으로 하여
콘크리트는 설계기준강도 18MPa로 계획하여 공시체는 KS F 2404에 따라 원주형 공시체(100mm× 200mm, 직경×높이)로 1 차 시험에서 총 10개, 2차 시험에서는 총 6개의 공시체를 제작 하였다. 공시체의 압축강도 시험결과는 Table 3과 같이 1차 시 험의 경우 평균압축강도는 11.40MPa로 설계기준강도의 63%
수준으로 낮게 나타났으나, 2차 시험의 경우 평균압축강도는
(a) PWT1S series
(b) PWT1SB4 series
(c) PWT1SB10 series
(d) PWT2SB0 series
(e) PWT2SB3 series
Fig. 5 Shape and geometry of specimen
No. 1 2 3 4 5 Average
Compressive strength
[MPa]
8.40 8.50 12.00 9.80 13.15
11.40 (28days)
No. 6 7 8 9 10
Compressive strength
[MPa]
10.32 13.45 10.46 13.37 14.08 Table 3 Concrete material test results
Test 1
No. 1 2 3 4 5 6 Average
Compressive strength
[MPa]
17.47 14.66 9.60 16.84 15.54 15.59 16.02 (28days) Test 2
16.02MPa로 설계기준강도의 약 90%수준으로 상향되어 나타 났다. Table 3에서 2차 시험의 3번 시험체의 경우 압축강도 시 험 시, 편심이 작용하여 작게 나타난 것으로 판단된다. 28일기 준강도 기준으로 3번 시험체를 제외한 1번~6번 시험체의 평 균값인 16.02MPa을 현행기준의 내력평가식에 적용하였다.
3.2.2 데크플레이트 및 합성슬래브의 휨실험 결과
데크플레이트 및 합성슬래브의 휨실험 결과는 Table 4에 정리하였다. 대표적인 실험체 파단양상 및 하중-변위관계 곡 선을 Fig. 6과 Fig. 7에 각각 나타내었다. 데크플레이트 실험체 는 가력초기에 탄성적 거동을 나타내다가 하중증가에 따라 가력점에서의 처짐 및 국부좌굴이 진전·확대되면서 최대 내 력점에 도달하였다. Fig. 7에서 보는바와 같이 하중-변위곡선 에서 콘크리트가 없는 강판만 있는 PWT2S 시리즈 실험체가 지지되는 골의 수가 두 개이므로 지지골이 한 개인 PWT1S 시 리즈 실험체보다 구조성능이 우수한 것으로 나타났다.
PWT1S 시리즈 실험체는 가력점 양단의 골 경계부근에서 좌굴로 내력이 감소하였고, PWT2S 시리즈 실험체는 중앙의 두 개의 골 부근에서 처짐과 국부좌굴로 최대내력이 결정되 었다. 실험체의 파괴양상은 대부분의 중앙부 가력점 부근에 서는 콘크리트 휨균열 또는 휨전단 균열이 발생하였으며, 하 중이 증가함에 따라 균열의 폭도 점점 커지는 양상을 나타내 었다. 강판과 콘크리트 슬래브 실험체는 중앙부 가력점 하부 의 콘크리트의 균열로 최대내력을 결정하였고, 최대내력 결 정 이후에도 하부 데크(강판)의 구속효과로 급격한 하중의 감 소 없이 완만하게 내력이 감소하는 경향을 보였다.
PWT1SB 시리즈 실험체는 초기균열 발생이후 하중의 증가 와 함께 콘크리트와 데크플레이트의 분리현상이 발생하기 시 작하면서 사인장 방향의 휨전단균열이 발생하여 상부콘크리 트의 압괴를 동반하여 최대내력에 도달하였다.
PWT2SB 시리즈 실험체는 중앙부와 가력점 부근에서 수직 휨균열로 초기균열이 발생한 후 최대내력에 도달하였다.
Specimen
Number of Trough
[EA]
Stud Line
Number of Studs
[EA]
Stud Space
@ [mm]
Yield Strength
Pye [kN]
Ultimate Strength
Pue [kN]
Moment Mmax [kN·m]
PWT1S-1 1 - - - 16.84 25.87 8.41
PWT1S-2 1 - - - 21.70 26.13 8.49
PWT1SB0-1 1 2 0 0 71.99 120.58 39.19 PWT1SB0-2 1 2 0 0 86.79 104.12 33.84 PWT1SB4-1 1 2 4 1000 80.83 118.85 38.63 PWT1SB4-2 1 2 4 1000 103.70 131.40 42.71 PWT1SB6-1 1 2 6 500 74.30 109.72 35.66 PWT1SB6-2 1 2 6 500 108.39 136.69 44.42 PWT1SB10-1 1 2 10 250 94.02 116.42 37.84 PWT1SB10-2 1 2 10 250 98.90 134.61 43.75 PWT2S-1 2 - - - 31.63 36.97 12.02 PWT2S-2 2 - - - 33.52 37.44 12.17 PWT2SB0-1 2 1 0 0 90.95 102.59 33.34 PWT2SB0-2 2 1 0 0 18.37 50.20 16.32 PWT2SB2-1 2 1 2 1000 89.19 105.11 34.16 PWT2SB2-2 2 1 2 1000 47.26 98.27 31.94 PWT2SB3-1 2 1 3 500 104.88 126.77 41.20 PWT2SB3-2 2 1 3 500 92.39 126.13 40.99 PWT2SB5-1 2 1 5 250 101.98 124.24 40.38 PWT2SB5-2 2 1 5 250 52.87 98.59 32.04 Table 4 Experimental results
Test 1
Specimen
Number of Trough
[EA]
Stud Line
Number of Studs
[EA]
Stud Space
@ [mm]
Yield Strength
Pye [kN]
Ultimate Strength
Pue [kN]
Moment Mmax [kN·m]
PWT2SL2-1 2 - - - 21.80 26.81 12.06 PWT2SL2-2 2 - - - 25.13 29.05 13.07 PWT2SB0L2-1 2 1 0 0 63.39 127.99 57.60 PWT2SB0L2-2 2 1 0 0 101.33 147.12 66.20 PWT2SB2L2-1 2 1 2 1000 108.82 169.03 76.06 PWT2SB2L2-2 2 1 2 1000 93.47 98.27 44.22 PWT2SB3L2-1 2 1 3 500 81.57 144.61 65.07 PWT2SB3L2-2 2 1 3 500 58.96 120.97 54.44 PWT2SB7L2-1 2 1 5 250 48.37 101.49 45.67 PWT2SB7L2-2 2 1 5 250 69.66 117.25 52.76 Test 2
PWT2SBL2 시리즈의 실험결과, PWT2SB2L2-1(스터드 볼트 2개) 실험체의 최대내력이 169.03kN으로 가장 높게 나타났 다. 파단양상은 골이 두 개인 PWT2SB 시리즈 실험체와 유사 한 경향을 보였다. Table 4에서 PWT2SB5-2의 실험체의 경우 PWT2SB5-1실험체에 비해 내력이 25.65kN 낮게 나타났는데, 이는 Fig. 6의 실험체 파단양상에서 알 수 있듯이 최대내력시 점에서 파단형상이 PWT2SB5-1 실험체는 중앙부에서 휨균 열이 발생하였지만, PWT2SB5-2 실험체는 가력상의 편심발 생으로 왼쪽부분으로 치우친 휨전단균열이 발생되었기 때문
PWT2SB5-1
PWT2SB5-2
Fig. 6 Failure shapes at test end
(a) PWT1 Series
(b) PWT2 Series
(c) PWT2L2 Series
Fig. 7 Load - displacement curves of experimental results
으로 사료된다.
PWT2SB2L2 시리즈의 실험체에서 스터드 볼트가 증가함 에도 불구하고 내력이 낮게 나타난 이유는 실험체 파단부분 의 콘크리트 설계기준강도가 강판의 설계강도에 비해 낮아 콘크리트 부분에서 먼저 파단되었기 때문인 것으로 판단된 다. Table 4의 실험최대휨모멘트(
m ax
)는 다음 식으로 산정 하였다.
m ax
(4) 여기서,
는 실험 최대내력이고, 은 실험체 길이이다.전단연결재인 스터드 볼트의 사용에 대한 효과를 알아보기 위하여 실험체 내부에 지름 16mm의 스터드 볼트를 데크플레 이트(포스맥 강판) 단면에 따라 PWT2SB 시리즈에 1열(2개, 3 개, 5개)과 PWT1SB 시리즈에 2열(4개, 6개, 10개)를 각각 설 치하였다. Table 5에서 각 시리즈별로 스터드 볼트가 없는 실 험체의 내력을 기준으로 스터드 볼트개수에 따른 항복내력과 최대내력을 비교하였다. 스터드 볼트가 없는 실험체는 실험 결과, 하중의 증가에 따라 데크(강판)과 콘크리트 사이의 구 속효과가 적어 양단부에서 두 면사이에 미끄러짐이 발생한 것으로 나타났다. 실험결과의 항복내력의 결정은 각 실험체 별 하중-변위 관계로부터 초기강성 구배를 갖는 직선과 초기 강성 구배의 1/3인 직선을 평행 이동시켜 두 직선의 교점을 항 복내력(Pye)으로 결정하였다. Table 5에서 항복내력(Pye)과 최 대내력(Pue)을 비교한 결과, 항복내력보다 최대내력이 28~44%
의 범위로 상승하였음을 알 수 있다. Table 5의 최대내력 비교결 과, 실험체 길이가 1500mm인 1차 실험에서는 스터드 볼트가 없 는 실험체보다 스터드 볼트가 있는 실험체의 내력이 증가하였 다. 반면에 실험체 길이가 2000mm인 2차 실험에서는 스터드 볼트가 증가할수록 최대내력이 작아지는 경향을 보였다.
스터드 볼트 개수가 증가함에 따라 합성효과의 상승으로 내력이 증가해야 하나 Table 5에서 알 수 있듯이 스터드 볼트 수 증가에 대한 내력 상승효과는 나타나지 않았다. 이 원인으 로는 1차 실험 및 2차 실험 모두 콘크리트의 설계압축강도보 다 실제압축강도가 낮게 나타났기 때문에 강판에 비하여 취 약하여 충분히 압축부분의 역할을 발휘하지 못했던 점과 휨 재로써 강판과 콘크리트 슬래브의 합성효과를 조사하기 위한 춤에 대한 스팬의 비가 짧았던 것으로 판단된다. 물론 데크(강 판)에 골이 형성되어 있어 휨작용 시 강판과 콘크리트의 구속 효과가 있어 어느 정도까지의 합성효과는 기대할 수 있지만, PWT2SB0-2 실험체와 같이 갑작스런 파단이 발생할 수 있으 므로, 강판과 콘크리트의 합성효과를 위해 강구조 설계기준 (스터드 볼트 간격은 스터디 볼트직경의 6배 이상)에서 요구 하는 100mm 이상 간격의 스터드 볼트를 배치할 필요가 있다.
Specimen
Yield Strength
P
ye[kN]
Ultimate Strength
P
ue[kN]
Strength ratio P
ue/P
yeP
ye/P
ye_SB0P
ue/P
ue_SB0PWT1SB0 79.39 112.35 1.42 1.00 1.00 PWT1SB4 92.27 125.13 1.36 1.16 1.11 PWT1SB6 91.35 123.21 1.35 1.15 1.10 PWT1SB10 96.46 125.52 1.30 1.22 1.12 PWT2SB0 54.66 76.40 1.40 1.00 1.00 PWT2SB2 68.22 101.69 1.49 1.25 1.33 PWT2SB3 98.64 126.45 1.28 1.80 1.66 PWT2SB5 77.43 111.42 1.44 1.42 1.46 Table 5 Experimental results
Test 1
Name
Yield Strength
P
ye[kN]
Ultimate Strength
P
ue[kN]
Strength ratio P
ue/P
yeP
ye/P
ye_SB0P
ue/P
ue_SB0PWT2SB0L2 82.36 137.56 1.67 1.00 1.00 PWT2SB2L2 101.15 133.65 1.32 1.23 0.97 PWT2SB3L2 70.26 132.79 1.89 0.85 0.97 PWT2SB7L2 59.01 109.37 1.85 0.72 0.80 Test 2
Specimen
Test ultimate Strength
Theoretical Strength
Strength ratio
P
ue[kN]
P
ut[kN]
P
ue/ P
utConcrete compressive
strength ( f
ck=11.4MPa) PWT1SB0 112.35
268.2
0.42
PWT1SB4 125.13 0.47
PWT1SB6 123.21 0.46
PWT1SB10 125.52 0.47
PWT2SB0 76.40 0.28
PWT2SB2 101.69 0.38
PWT2SB3 126.45 0.47
PWT2SB5 111.42 0.42
Table 6 Experimental results Test 1
Specimen
Test ultimate Strength
Theoretical Strength
Strength ratio
P
ue[kN]
P
ut[kN]
P
ue/ P
utConcrete compressive
strength ( f
ck=16.02MPa) PWT2SB0L2 137.56
207
0.66
PWT2SB2L2 133.65 0.65
PWT2SB3L2 132.79 0.64
PWT2SB7L2 109.37 0.53
Test 2
실제로 시공되는 집수정과 엘리베이터 피트의 크기를 고려 할 때 스터드 볼트 개수를 @250mm 간격으로 배치하는 것이
바람직하다고 판단된다. 계산상으로도 강재보가 없는 단순히 합성슬래브만을 고려해서 스터드 볼트에 전단되는 전단력을 스터드 볼트 한 개가 부담할 수 있는 내력으로 나눈 값이 약 6 으로 나타났고, 실험체 전체길이 1500mm를 6개로 나누었을 때 간격이 250mm로 계산되었다. 합성슬래브의 휨내력을 평 가하기 위하여 사용된 국내 설계기준 한계상태설계법(LRFD) 기준은 콘크리트와 데크플레이트의 완전합성으로 가정된 기 준식으로 앞서 2장에서 설명한 식 (2)와 같다. 이 식에 따른 이 론 공칭휨모멘트와 이론 공칭내력(Put)을 계산하여 실험평균 최대내력(Pue)과 비교하여 Table 6에 나타내었고, 이는 압축시 험강도와 설계압축강도에 따른 이론식에 대해 실험값과의 내 력을 비교하였다. 1차 실험의 콘크리트 압축시험강도 시험결 과인 11.4MPa를 기준으로 내력을 산정하였다. 이론식에 의한 예측내력(Put)에 대해 실험최대내력(Pue)을 비교한 결과, 내력 비(Pue/Put)는 0.28~0.47의 범위로 나타났다. 이론식에 의해 데 크와 콘크리트가 완전합성으로 가정하여 계산하였고, 스터드 볼트가 없는 실험체보다 스터드 볼트를 설치한 실험체의 내력 비(합성율)이 높게 나타났다. 2차 실험의 콘크리트 압축시험 강도 시험결과인 16.02MPa를 기준으로 이론내력을 산정하고 실험내력과 비교한 내력비(Pue/Put)는 0.53~0.66의 범위로 나 타났다. 2차 실험에서는 1차 실험결과와는 달리 스터드 볼트 를 설치한 실험체의 내력비(합성율)가 향상되지 않았다.
4. 결 론
본 실험을 통해서 기존공법의 되메우기 콘크리트 타설하중 에 대해 고내식 강판(PosMAC 강판)만의 단면성능으로 측압 에 저항하는 구조에서 측압의 증가여부에 따른 강판에 스터 드 볼트를 설치하여 콘크리트와의 합성효과에 따른 구조성능 증가효과에 대한 정량적 실험데이터를 제시하였다. 또한, 측 압에 대한 구조성능 검증을 위해 합성효과를 고려한 형식(강 판+콘크리트)에 대한 휨 성능 실험을 실시하였다.
1) 콘크리트가 없는 강판만 있는 PWT2S 시리즈 실험체가 지지되는 골의 수가 두 개이므로 지지되는 골의 수가 한 개인 PWT1S 시리즈 실험체보다 성능이 우수한 것으로 나타났다. 2차 실험에서 강판만 있는 PWT2SL2 시리즈 실험체는 1차 실험의 PWT2S 시리즈 실험체와 휨성능이 유사하게 나타났다.
2) 실험체의 파괴양상은 대부분의 중앙부 가력점 부근에서 는 콘크리트 휨균열 또는 휨전단균열이 발생하였으며, 하중이 증가함에 따라 균열의 폭도 점점 커지는 양상을 나타내었으며, 최대내력 결정 이후에도 하부 데크(강판) 의 구속효과로 급격한 하중의 감소 없이 완만하게 내력
이 감소하는 경향을 보였다.
3) 데크만 있는 실험체(PWT1S, PWT2S)보다 스터드 없이 강판과 콘크리트만 있는 실험체(PWT1SB0, PWT2SB0) 가 약 3배 이상의 하중을 지지할 수 있으므로 스터드가 없더라도 데크(강판)의 골이 형성되어 있어 휨작용 시 강판과 콘크리트의 구속효과가 있어 어느 정도까지의 합성효과는 기대할 수 있는 것을 확인하였다.
4) 데크(강판)에 골이 형성되어 있어 휨작용 시 강판과 콘크 리트의 구속효과가 있어 어느 정도까지의 합성효과는 기대할 수 있지만, PWT2SB0-2 실험체와 같이 갑작스런 파단이 발생할 수 있으므로, 강판과 콘크리트의 합성효 과를 위해 스터드 볼트 배치가 필요함을 확인하였다. 전 체높이에 비해 데크골의 깊이가 낮아서 처짐량을 제어 할 수 있는 데크의 단면 2차모멘트가 작아 어느 정도 처 짐 이후 갑자기 콘크리트 부분의 휨파단 또는 휨전단균 열이 발생하였다.
5) 실험체길이가 1500mm인 1차 실험에는 스터드 볼트의 유무에 따라 약 15% 이상의 휨강도 증가를 기대할 수 있 을 것이라 예상된다. 단, 스터드의 개수가 증가함에 따라 합성효과의 상승으로 내력이 증가해야 하나, 스터드 볼 트 수 증가에 대한 내력 상승효과는 관찰되지 않았다. 이 것은 설계압축강도(18MPa)보다 낮은 콘크리트 압축강 도(평균 11.4MPa)로 충분히 압축부분의 역할을 발휘하 지 못했던 점과 휨재로써 강판과 콘크리트 슬래브의 합 성효과를 조사하기 위한 춤에 대한 스팬의 비가 짧았기 때문으로 판단된다. 2차 실험에서는 실험체길이를 500mm 증가시킨 골 두 개 실험체에서 콘크리트 압축강 도가 16.02MPa로 상승되었으나, 여전히 데크에 비해 강 도가 낮아 충분히 압축부분의 역할을 발휘하지 못했던 것으로 판단된다.
감사의 글
본 논문은 ㈜포스코건설과 ㈜디엠의 지원으로 진행된 연구 결과의 일환이며 이에 감사드립니다.
References
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Korea Concrete Institute(2012), Structural Concrete Code (KCI 2012).
Korean Standards Association,(2013). KS D 3030, Hot-dip zinc-aluminium-magnesium alloy-coated steel sheets and coils.
Oh, B. J.(2015), Investigation of rock mass horizontal earth pressure
by installing Elv.Pit in Changwon, TA-20150703.
Jee, H. C. et al.(2000), Architecture Structure 5GC-0205- 004- Composite Slab Design Standard, POSCO E&C.
Received : 01/08/2018 Revised : 03/12/2018 Accepted : 09/12/2018
![Table 6 Experimental results Test 1 Specimen Test ultimate Strength Theoretical Strength Strength ratio P ue [kN] P ut [kN] P ue / P ut Concrete compressive strength ( f ck =16.02MPa) PWT2SB0L2 137.56 207 0.66 PWT2SB2L2 133.65 0.65 PWT2SB3L2 132.79](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/5165898.592117/6.918.472.843.121.507/experimental-specimen-strength-theoretical-strength-strength-concrete-compressive.webp)
