Experimental Studies on PSC Airpit-Slab with Fire Resistance Panel under Static and Dynamic Loads

콘크리트공학

제32권 제4A 호·2012년 7월 pp. 245 ~ 253

내화패널이 부착된 프리캐스트 PSC 풍도슬래브의 정적/동적하중에 관한 실험연구

Experimental Studies on PSC Airpit-Slab with Fire Resistance Panel under Static and Dynamic Loads

김태균*·배 정**·최 헌***·민인기****

Kim, Tae Kyun ^· Bae, Jeong ^· Choi, Heon ^· Min, In Gi

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Abstract

In the longway tunnel and underground traffic road, the structure of transverse ventilation system is constructed by the airpit slab. In this study, the full scale specimens of the PSC airpit slab that attached fire resistance panel are performed the static and dynamic loading tests for evaluation of bending capacity. The first of all, it confirmed the evaluations about the fundamental efficiency of the fire resistance panel and PSC slab by the 3-point bending test and pull-off test. The tests are performed for evaluation of the bending resistance under ultimate static load and the bonded capacity under dynamic fatigue load. A fatigue test is performed for an investigation of the effect on wind pressure that is developed by transit of traffic. The damage or deb- onding on surface between fire resistance panel and PSC slab was not developed in dynamic fatigue load test, also the behav- ior of the specimens is very stable and the debonding of the fire resistance panel attached at the bottom surface of PSC slab was not developed in static load test, too. Therefore, the crack or debonding of the fire resistance panel will be not developed by external loads during the construction or completion of the precast fire resistance system.

Keywords : tunnel, transverse ventilation system, psc airpit-slab, fire resistance panel, loading test

···

요 지

본 연구에서는 장대터널이나 지하차도 등에 시공되는 횡류식 환기시스템을 구성하는 내화패널이 부착된 프리캐스트 풍도 슬래브의 구조성능을 평가하기 위해서 실물모형 구조실험을 수행하였다. 또한, 내화패널의 휨강도와 Pull-off test를 통하여 내화패널과 슬래브의 부착성능 등의 기초성능을 우선적으로 확인하였다. 실물모형시험은 내화패널과 프리캐스트 PSC 슬래브 의 정적 휨성능과 차량의 통행 시 발생하는 표면압력 이상의 하중에 대한 동적피로부착성능을 평가하였다. 동적피로하중 시 험에서 내화패널과 PSC 슬래브 사이의 탈락이나 손상은 발생하지 않았으며, 정적재하시험에서도 매우 안정적인 거동을 보였 으며, 하부에 부착된 내화패널의 탈락은 발생하지 않았다. 따라서 시공 중이나 시공 후 외부하중에 의해 내화패널의 탈락은 발생하지 않을 것으로 판단된다.

핵심용어 : 터널, 횡류식 환기시스템, PSC 풍도슬래브, 내화패널, 재하시험

···

1. 서 론

최근 해외 및 국내에서도 도로 및 철도터널에서 대형화재 가 종종 발생하였으며 , 이로 인해 경제적·사회적으로 심각 한 비용손실이 발생하였다 . 이처럼 폐쇄된 공간인 지하도로 및 지하공간에서 화재가 발생 할 경우에 구조물의 강도저하 로 인한 붕괴 및 인명피해 뿐만 아니라 사회 기반시설인 교

통망의 일시적 붕괴를 야기 시킨다 ( 유지오 , 2002). 더욱이

경제발달과 함께 기술력의 향상으로 초대형 구조물이 지어

지고 지상공간의 부족으로 지하차도와 같은 지하공간의 개 발이 활발히 진행되고 있는 현 상황에서는 화재발생에 대한 안전성 확보가 중요하게 여겨지고 있다 .

최근 국내에서도 거가대교의 침매터널 , 서울시의 대심도 터 널 발표 , 한중 해저 터널 등이 진행되면서 이러한 내화설계 에 대한 인식을 하게 되었으며 , 유럽과 일본 등의 선진국에 서 제정한 국제방재기준에 따른 내화설계의 국내 법제화 추 진의 움직임이 크게 대두되었다 .

최근 장대지하도로 및 터널과 지하구조물의 시공이 많아지

*정회원·교신저자·

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(E-mail : [email protected])

**정회원·

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(E-mail : [email protected])

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(E-mail : [email protected])

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(E-mail : [email protected])

면서 환기시스템에 관한 중요성을 인식하기 시작하였으며 ( 이

인모 , 2007), 환기시스템의 방식도 그림 1 과 같은 기존의

젯트팬 등을 사용하던 종류식 방식에서 풍도슬래브가 적용 되는 ( 반 ) 횡류식 환기시스템이 증가하고 있는 추세이다 . 그러 나 지하도로의 건설은 교통체증이 심한 도심지인 점을 고려 할 경우 화재 시 많은 인명피해를 막기 위해 화재진압 , 대 피로 등의 기준만을 강화하였을 뿐 , 구조물 피해로 인한 2

차피해를 막기 위한 내화개념은 매우 부족한 상태이다 .

일반적인 철근콘크리트 구조물의 내화성능 보강공법에는 표 1 과 같이 일반적으로 콘크리트 내에 수증기압 저감공법 으로 유기섬유를 혼입하는 방법과 폭렬비산을 방지하는 공 법 , 그리고 내화피복공법으로 나눌 수 있다 .

터널이나 장대지하차도에서 내화성능을 확보하는 방안으로 내화패널을 설치하는 방법이 최근에 제시되고 있다 . 이와 같 은 터널구조물에 내화패널을 사용하는 방법의 경우에는 충 분한 내화성능을 확보할 수 있지만 터널 구조물에 내화재료 가 장기간 부착되어 있지 못하고 박락 및 탈락의 문제점을 노출하고 있다 . 특히 , 진동 및 내부 공기압 등이 존재하는 터널 및 지하차도 등의 환경에서 내화패널을 적용 시 문제

는 더욱 더 심각하게 발생되고 있다 ( 박해균 , 2006). 일반적

으로 도로터널의 경우 약 25 Pa, 철도터널의 경우 약 600 Pa

정도의 표면 압력이 발생되는 것으로 알려져 있다 (ITA

2004). 특히 이와 같은 표면압력은 통과하는 차량 및 기차의

속도 , 통과량에 따라 변화하며 철도터널 및 고속도로터널 등 은 진동이 심하게 발생하였을 경우 표면압력은 더울 상승하

는 것으로 알려지고 있다 (ITA 2004). 따라서 내화패널을 지

하구조물의 내화재료로 적용하기 위해서는 최소한 상기의 압 력에 견딜 수 있는 부착강도를 가지고 있어야 한다 . 그러나 일반적인 뿜칠용 재료는 강도가 매우 작아서 탈락 및 박락 현상이 크게 발생할 수 있으며 , 이는 최종적으로 부재의 내

화성능이 저하되는 결과를 초래하게 된다 (ITA 2004). 따라서

장기적인 시간경과에 따른 내화패널의 내구성능 , 특히 내화 패널의 부착강도 변화를 파악할 필요가 있다 .

따라서 본 연구에서는 터널 및 지하차도에 적용되는 내화 패널이 부착된 프리캐스트 PSC 슬래브의 구조성능과 내화패 널의 기초성능을 확인하여 구조적 신뢰성을 확보하기 위해 내화패널이 부착된 풍도슬래브 실물시험체를 제작하여 동적

/ 정적재하시험이 수행되었다 . 2. 프리캐스트 PSC 풍도슬래브

그림 1(b) 와 같이 지하도로의 횡류식 환기방식을 위해서는

급기와 배기를 위한 덕트가 필요하며 , 이를 풍도라 한다 . 종 래의 횡류식 환기방식은 철근콘크리트 구조의 RC 슬래브를 이용하여 풍도를 형성하였다 . 그러나 RC 슬래브로 구성되는 풍도슬래브는 폐쇄된 지하공간에서 시공이 이루어지기 때문 에 작업의 난이도가 높고 , ^{공사기간이 길어지며} , ^{공사비가 매}

우 높다는 단점을 갖고 있다 . 이러한 단점을 극복하기 위해

최근 그림 2(a) 와 같이 공장에서 프리캐스트 프리스트레스

방식의 콘크리트 풍도슬래브가 개발되었다 .

풍도슬래브란 그림 2(b) ^{와 같이 평시에는 지하도로의 오염}

된 공기를 외부로 배출시키거나 , 화재 시에 발생하는 화재연 그림 1. 환기시스템의 유형

표 1. 콘크리트의 내화공법

그림 2. 내화패널이 부착된 프리캐스트 PSC 풍도슬래브

기를 제연하기 위한 구조물이다 . 그러므로 화재시에 풍도슬 래브가 화재열에 의한 붕괴가 발생할 경우에 그 기능을 상 실할 수도 있다 . 특히 , 프리스트레스가 도입된 고강도의 풍 도슬래브는 PSC 강연선이 화재열에 의해 손상을 받아 그 기 능을 상실할 수도 있기 때문에 화재열에 대화 내화성능의 확보가 요구된다 . 이에 본 시험체에는 풍도슬래브 하단에 실 험을 통해 내화성능이 우수한 내화패널 ( 박정천외 (2010)) 을 부착하여 화재 시 화재열로부터 풍도슬래브의 안전을 도모 할 수 있다 .

3. 기초성능시험

터널 및 지하차도에 적용되는 내화패널이 부착된 프리캐스

트 PSC 풍도슬래브의 정적·동적 휨성능 시험이전에 내화

패널 자체의 휨성능 시험과 부착강도시험이 우선적으로 수 행되었다 .

3.1 내화패널의 휨강도 시험

내화패널의 휨강도 특성을 파악하기 위하여 KS F 2263

「건축용 보드류의 휨시험방법」에 준하여 휨강도를 측정하

였다 . 본 시험에 사용된 시편의 사이즈는 100×20×400 mm

의 공시체 12 개를 제작하여 휨강도를 측정하였다 . 그림 3 은 휨강도 측정전경을 나타내고 있다 .

휨파괴 시험결과 최대 10.87 MPa, 최소 8.27 MPa, 평균

9.59 MPa 로 높은 휨강도 성능을 보이는 것으로 나타났다 . 국내

외에서 많이 사용되었던 시멘트계 내화재료의 경우 약 3 MPa

의 평균 휨강도를 갖는 것에 비해 상대적으로 매우 높은 휨강 도를 갖는 것으로 터널이나 지하차도에 적용 될 경우 매우 안

정적인 성능을 발휘할 것으로 보인다 ( 원종배 , 2006).

시편의 파괴형태는 모두 휨하중에 의한 중앙부 파괴가 발 생하였으며 , ^{시멘트계 내화재료와 달리 최대하중 도달이후에}

급격한 취성파괴를 일으키지 않고 연성파괴가 일어나 내화 재료의 박리·박락에 효과적으로 작용할 것으로 기대된다 .

표 2 는 휨강도 시험결과를 나타내고 있다 .

3.2 내화패널의 Pull-off 시험

3.2.1 시험방법

내화패널과 콘크리트 슬래브 사이의 부착강도는 ASTM D 4541 에 따라 시험하였다 . 본 연구에서는 피부착면의 특성을

파악하기 위해 실제 프리캐스트 PSC 콘크리트 슬래브의 설 계기준강도와 동일한 강도의 콘크리트를 대상으로 실험을 수 행하였다 . ^{동일한 강도의 콘크리트로 제한한 이유는 부착면}

인 콘크리트가 고강도일 경우 부착되는 내화패널의 부착강 도가 과대평가될 수 있기 때문이다 . 부착 시험체는 제작된 거푸집 안에 내화패널을 거치한 후 내화패널 위에 콘크리트 를 타설하여 증기양생을 실시하였다 .

부착강도 시험은 제작된 시편을 가로 × 세로 40 mm 의

정사각형 모양으로 그라인더를 이용하여 내화패널을 커팅 한 후 내화패널 위에 에폭시 접착제를 도포하여 돌리를 접착하였다 . 에폭시 접착제가 소정의 강도를 발휘하면 그림 4 와 같이 부착강도 측정장비를 이용하여 부착강도를 측정하였다 .

3.2.2 시험결과 및 분석

Pull-off test 시편은 총 14 개였으며 4 개는 에폭시 접착제

그림 3. 내화패널의 휨강도 측정

표 2. 내화패널의 휨강도 시험결과

시편번호 하중 (N) 휨강도 (MPa)

1 852 9.52

2 924 10.40

3 906 10.19

4 852 9.52

5 966 10.87

6 960 10.80

7 789 8.88

8 843 9.47

9 789 8.88

10 786 8.84

11 735 8.27

12 828 9.31

최소 휨강도 (MPa) 8.27

최대 휨강도 (MPa) 10.87

평균 휨강도 (MPa) 9.58

표준변차 0.82

변동계수 (%) 8.63

그림 4. 부착강도시험 개요

와 돌리의 탈락에 의한 것으로 시험결과에서 제외하였다 .

Pull-off test 결과 내화패널과 콘크리트 슬래브 사이의 부착

강도는 최대 0.66 MPa, 최소 0.38 MPa, 평균 0.51 MPa 를 갖는 것으로 나타났다 . 시험체 중 2 개는 부착면에서 파괴가 아닌 내화패널의 파괴로 나타났으며 , 계면이 탈락한 경우에

는 약 0.45~0.66 MPa ^{의 부착강도를 보였다} . ^{내화패널에서}

파괴된 시편을 제외한 계면파괴가 발생한 시편의 평균부착

강도는 0.6 MPa 로 나타났다 . 표 3 은 부착시험결과를 나타내

었으며 , 그림 5 는 부착파괴형상을 나타내고 있다 .

본 연구에서 제안하는 내화패널 부착방법은 내화패널과 콘 크리트 슬래브 사이에 전단연결재를 설치하기 때문에 내화 패널 자체만의 부착강도보다 높은 부착력을 발휘할 것으로 기대된다 .

4. PSC 풍도슬래브 구조성능시험 4.1 시험체의 단면형상 및 제원

시험체는 2 개가 제작되었으며 , 제작된 시험체에 동적하중

시험을 선행한 시험체 ( 시험체 -1) 와 선행하지 않은 시험체 ( 시 험체 -2) 로 구분된다 .

구조성능 시험체인 프리캐스트 PSC 슬래브는 9800×1190×

230 mm 의 크기로 제작되었으며 , 내화패널의 두께는 20 mm

로 PSC 슬래브 하부에 부착되어 있다 . 시험체는 프리텐션으

로 제작되었으며 강선의 비부착구간을 두어 단면의 효율을 증대시켰다 . 그림 6 은 시험체의 단면형상과 제원을 나타내고 있다 .

4.2 시험체 제작

구조 성능시험을 위한 프리캐스트 PSC 내화 풍도슬래브는 총 2 본이 제작되었으며 , 시험체의 제작은 그림 7 과 같이 먼 저 제작베드 위에 강재거푸집을 설치한 후에 내화패널을 깔 고 강선을 배치한 후에 프리텐션 방식으로 강연선을 긴장 하였다 . 긴장력이 도입된 후 설계기준강도 50 MPa 의 콘크 리트를 타설하고 균질한 품질과 초기 강도발현을 위해 증기 양생을 실시하여 제작하였다 .

PSC 풍도슬래브 시험체에 도입된 프리텐션 방식은 강연선 에 먼저 긴장력을 도입한 후에 콘크리트를 타설하고 경화 후에 강선을 절단하여 프리스트레스를 도입하는 방식으로 강 선과 콘크리트의 부착력에 의해 단면에 프리스트레스가 도 입된다 . 일반적으로 PSC 구조에서는 강선의 편심량에 의해

단면에 휨강성을 계산하는 반면 PSC 풍도슬래브에서는 강선

의 부착과 비부착을 통해서 단면의 소요 프리스트레스를 계 산하여 단면의 휨강성을 산정하게 된다 . 참고로 그림 6 의 시험체에 비부착구간이 표시되어 있다 .

4.3 재하방법 및 계측 위치

피로부착시험 시 피로하중은 도로터널에 일반적으로 작용

하는 표면압력 (25 Pa) 이상의 하중을 진동수 2 Hz 로 200 만회

반복가력하였으며 , ^{피로하중은 최대 처짐이 발생하는 중앙부}

에 선하중으로 재하하였으며 , 유압식 가력기를 사용하여 반 복하중 1 천회 , 1 만회 , 5 만회 , 10 만회 , 100 만회 , 150 만회 , 200 만회 재하시의 내화패널의 탈락 및 균열을 조사하였다 .

정적 재하실험은 최대가력용량 500 kN ^{의 만능시험기}

(UTM) 를 사용하여 시험체가 파괴에 도달할 때까지 가력을

표 3. 내화패널의 인발시험결과

구 분 단 위 Value

시편의 개수 EA 10

최소부착강도 MPa 0.37

최대부착강도 MPa 0.66

평균부착강도 MPa 0.51

표준편차 - 0.11

변동계수 % 22

그림 5. 내화패널 부착파괴형상

그림 6. 시험체의 단면형상과 제원

실시하며 내화패널의 안전성과 최대 극한하중을 확인하였다 .

시험체는 변위제어법을 이용하여 0.03 mm/sec 의 재하속도로 가력하였다 . 가력은 하중을 전 단면에 고르게 분포시키기 위

하여 H200×200 강재 프레임을 통해 시험체에 전달되도록

하였다 .

계측 센서는 철근과 콘크리트에 각각 부착하였으며 , 변위

는 LVDT ^{를 사용하여 측정하였다} . ^{철근의 변형률 게이지는}

콘크리트를 타설하기 전에 인장부와 압축부에 각각 2 개씩 부착하였으며 , 콘크리트의 변형률 게이지는 초기 균열 발생

시기를 확인하기 위하여 시험체의 중앙 하부에 부착하였다 . ^{시험체의 변위는 지점부와} 1/4 지점 , 중앙부에 각각 설치하여 구조물의 전체적인 거동을 확인하였다 . 아래 그림 9 는 계측 그림 7. 내화패널이 부착된 PSC풍도슬래브 제작

그림 8. 시험체의 거치 및 재하장면

그림 9. 계측위치

그림 10. 변형률 및 변위계측

그림 11. 피로부착 시험결과

센서의 위치도이며 , 그림 10 은 변위계 및 변형률 측정게이지 를 부착하는 모습이다 .

4.4 동적재하 시험결과 및 분석

그림 11(a) 는 반복하중을 적용한 시험체의 하중 - 처짐곡선

과 시험종료 후의 슬래브와 내화패널의 부착면을 보여주고

있다 . 그림 11(b) 는 1000N 의 크기의 하중을 반복재하시켰을

때 반복횟수가 1000 번째 , 10 만번째 , 50 만번째 , 100 만번째 , 150 만번째 , 최종 200 만번에서 하중과 변위관계를 나타낸 그 래프이다 . 시험결과 , 최종 잔류변형은 약 3.2 mm 로 나타났 으며 , 반복횟수에 상관없이 강성변화는 거의 없는 것으로 나 타났다 . 최소하중과 최대하중에 대한 처짐 폭 약 0.5 mm 도 거의 증가하지 않은 것으로 나타났다 .

다만 , 초기 사이클 반복횟수에 비해 처짐 폭이 상대적으로 크게 발생한 것은 정착단에서 PS 강연선의 초기 슬립에 의한

영향으로 오히려 500,000 cycle 이후부터 반복횟수가 증가할

수록 처짐폭이 감소하는 것을 확인할 수 있었다 .

200 만회 시험완료 후 내화패널을 적용한 프리캐스트 PSC

슬래브의 외관을 정밀 검사한 결과 균열은 발생하지 않았으 며 , 슬래브와 내화패널의 계면에서의 탈락이나 균열도 발생 하지 않는 것으로 나타나 반복하중에 대한 내화패널의 피로 부착 성능은 우수한 것으로 판단되며 , 터널이나 지하차도에 시공될 경우 내화패널의 탈락에 의한 문제는 발생하지 않을 것으로 판단된다 .

4.5 정적재하 시험결과 및 분석

4.5.1 하중 - 변위관계

그림 12 는 내화패널이 부착된 프리캐스트 PSC 슬래브의 최대 휨모멘트가 발생하는 시험체의 중앙부에서 변위와 하 중의 관계를 나타낸 그래프이다 .

동적시험을 수행하지 않고 정적하중을 재하한 시편은 그림

12(b) 에서 보이는 것과 같이 전형적인 휨거동을 보이는 것으

로 나타났다 . 시험체는 초기균열이 약 58 kN 에서 발생하였으

며 , 그 때의 변위는 37 mm 이었다 . 본 연구의 실험한 시험

체의 최대하중은 약 123 kN 이며 최대변위는 253 mm 로 나 타났다 . ^그러나 , ^{실험실 여건상 액츄레이터의 스트로크 한계}

를 넘어서 그 이상의 변위는 더 이상 측정하기가 어려워 실 험을 중단하였다 . 그림 12 에서 나타난 것처럼 실험이 종료될 때까지 하중 - 변위곡선은 매우 안정적인 거동을 보이고 있었 다 . 따라서 내화패널이 부착된 프리캐스트 PSC 슬래브는 본 연구의 결과에 나타난 최대하중과 최대변위 이상의 성능을 보일 것으로 판단된다 . 그림 13 은 시험체의 가력전·후의 변 형을 나타내고 있다 .

그림 12(a) ^{는 동적피로재하시험이 수행된 시험체} -1 ^{에 정적}

하중을 재하한 시험체의 하중 - 변위관계를 나타낸 그래프이다 .

그림에서 보이는 것과 같이 동적하중을 재하한 후에 정적

그림 12. 중앙부에서 하중-변위관계 그림 13. 가력 전·후의 시험체의 형상

하중을 재하한 시험체에서도 안정적인 휨거동을 보이고 있 다 . 시험체는 초기균열이 약 43 kN 에서 발생하였으며 , 그때

의 중앙에서 변위는 21 mm 였다 . 이는 동적하중을 재하하지

않은 시험체 2 에 비해 상대적으로 조기에 균열이 발생한 것

으로 나타났다 . 그림 12(a) 에서 초기균열이 발생한 후에 그

래프의 기울기가 완만하게 변곡하는 것도 관찰할 수 있었다 .

이러한 결과는 비록 작은 하중이지만 장기간에 걸쳐 반복적 인 재하에 의해 콘크리트의 하부에 균열이 조기에 발생한 것으로 판단된다 .

그러나 최대하중은 약 120 kN 이며 최대변위는 257 mm

로 나타나 전체적인 구조성능 면에서는 동적피로하중의 재 하여부에 관계없이 유사한 휨구조 성능을 보이는 것으로 조 사되었다 .

4.5.2 하중 - 변형률관계 (Load-Strain Relation)

시험체의 주요위치에서 응력과 변형률 상태를 파악하기 위해 부착한 변형률게이지로부터 다양한 결과를 얻을 수 있었다 .

그림 14 는 중앙부 하부의 내화패널에 부착한 변형률게이 지로부터 획득한 변형률 그래프이다 . ^{그림에서 보이는 것과}

같이 하부에 부착된 내화패널은 약 43 kN 에서 모두 균열이 발생하는 것으로 나타났다 . 표 4 에 나타낸 값과 비교하였을 때 동적하중을 받은 시편은 PSC 슬래브와 동일한 시점에서 균열이 발생하였으며 , 동적하중을 재하하지 않은 시험체는 내화패널에서 균열이 발생하고 약 14 kN 이 추가로 재하된

후에 초기 균열이 발생하는 것으로 나타났다 . 이러한 결과는 반복하중에 의한 피로하중이 구조물에 영향을 끼친 것으로 보인다 . 또한 내화패널의 휨실험에서도 조사되었지만 , 일정한 하중에 대한 휨강성을 확보하고 있음을 확인 할 수 있다 .

그림 14 에 보이는 것과 같이 동적재하시험이 선행된 시험

체 -1 은 약 72 kN 에서 게이지의 탈락에 의해 계측이 멈춘

것으로 기록되었다 . 그러나 두 시편의 변형률거동은 게이지 의 변형률이 측정된 시점까지는 거의 일치하는 것으로 나타 났다 . 그림 15 는 시험체의 상·하부철근에 부착한 게이지의 하중에 따른 변형률 변화를 나타내고 있다 .

동적하중을 재하한 후 하중을 재하한 시험체 -1 은 약 43

표 4. 하중단계별 측정된 하중-변위결과 시험체 하중단계 재하하중

(kN) ^변위 (mm)

중앙단부 1/4L

시험체 -1 ^균열하중

43 21 15 2

항복하중 117 236 159 14

최대하중 120 257 177 15

시험체 -2

균열하중 58 37 25 3

항복하중 114 213 140 14

최대하중 123 253 168 16

그림 14. 중앙부에서 내화패널의 변형률

그림 15. 보강철근의 변형률(시험체 중앙부)

표 5. 설계모멘트와 비교 시험체 하중단계 설계값

(kN · m) (kN ^실험값 · m) ^비

시험체 -1 fM

295.0 549.9 1.86

M

179.8 202.1 1.12

시험체 -2 fM

295.0 535.8 1.82

M

179.8 272.6 1.52

kN 에서 초기균열이 발생하여 하중 - 변형률 곡선의 기울기가

변화하는 것을 확인할 수 있으며 , 약 117 kN 에서 철근이

항복하는 것으로 나타났다 . 반면 , 시험체 -2 에서는 약 58 kN

에서 균열이 시작되어 , ^{철근은 약} 114 kN ^{에서 항복하는 것}

으로 나타났다 . 그러나 , 두 시험체 모두 변형률이 4,000 µ ε

전·후에서 인장철근이 항복하는 것으로 나타났으며 , 압축철 근은 항복에 도달하지 않은 것으로 나타났다 . 이러한 결과는 시험체가 PS 강선에 의해 지속적으로 하중에 저항하기 때문 인 것으로 판단된다 .

4.5.3 균열형상

정적 휨실험을 수행한 시험체의 초기균열은 PSC 슬래브 하 부에 부착된 내화패널에서 발생하였다 . 그림 16 은 내화패널 에 발생한 균열을 나타내고 있다 . 그림에서 나타난 것과 같 이 내화패널에서 진행된 균열은 슬래브의 휨균열로 성장하 는 것을 알 수 있다 . 따라서 내화패널과 PSC 슬래브는 일 체 거동을 하는 것을 확인할 수 있다 .

또한 , 시험이 종료된 후 외관조사를 실시한 결과 내화패널

과 PSC 슬래브 사이의 계면에서의 탈락은 발생하지 않은

것으로 나타났다 . 따라서 내화패널과 PSC 슬래브의 부착성 능은 매우 우수한 것으로 판단되어 시공 중 내화패널의 탈 락에 의한 문제는 발생하지 않을 것으로 기대된다 . 그림 17

은 내화패널이 부착된 PSC 풍도슬래브의 균열형상으로 전형 적인 휨균열 형상을 보이고 있다 .

5. 결 론

본 논문에서는 터널 및 지하차도의 화재에 대한 안전성을

확보하기 위한 개발된 내화패널이 부착된 프리캐스트 PSC

풍도슬래브의 성능평가를 수행한 결과 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다 .

1. 2 Hz ^로 200 ^{만회의 피로부착시험결과} , ^{내화패널과} PSC ^슬

래브 사이의 탈락은 발생하지 않았으며 , 외관조사결과 어

떠한 손상도 발생하지 않아 ITA(2004) 에서 제시하는 25

Pa 의 압력하중하에서 피로부착성능은 매우 양호한 것으로 조사되었다 .

2. 휨성능은 동적피로시험을 수행한 시험체와 미수행한 시험 체에 대하여 성능평가를 하였다 . 시험결과 , 두 시험체 모 두 최대하중은 약 120 kN, 최대변위 약 250 mm 로 나 타났다 . 이러한 결과는 두 시험체 모두에서 유사하게 조사 되었다 .

3. 시험종료 후 하부에 부착된 내화패널에서 균열은 조사되 었으나 패널의 탈락은 발생되지 않았으며 , 초기균열은 내 화패널의 위치에서 발생하여 콘크리트 슬래브로 휨균열이 진전되었으며 , 내화패널과 PSC 슬래브가 일체거동을 하는 것을 확인 할 수 있었다 . 따라서 시공 중이나 시공 후 외부하중에 의한 풍도슬래브의 파손이나 내화패널의 손상 으로 인한 탈락은 발생하지 않을 것으로 기대된다 .

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그림 16. 시험체 내화패널의 균열형상

그림 17. 시험체의 균열형상

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( 접수일 : 2012.2.25/ 심사일 : 2012.4.22/ 심사완료일 : 2012.6.12)