A Parameter Analysis for Pull-out and Push-out Behavior of Steel Pipe Pile Cap with the Open Type Perfobond

構 造 工 學

大 韓 土 木 學 會 論 文 集

第29卷 第6A 號·2009年 11月 pp. 661 ~ 669

개방형 퍼포본드로 보강된 강관말뚝머리의 인발 및 압발거동에 관한 매개변수 해석

A Parameter Analysis for Pull-out and Push-out Behavior of Steel Pipe Pile Cap with the Open Type Perfobond

김영호*·강재윤**·유승운***

Kim, Young-Ho

^·

Kang, Jae-Yoon

^·

Yoo, Seung-Woon

···

Abstract

Various kinds of shear connectors such as headed stud, channel, perforated steel plate and others are commonly used to trans- fer stress and conduct composite performance in steel·concrete composite structures, and many researches have been con- ducted to improve the characteristics of different types of shear connectors. It is focused in this study on the pull-out and push- out performance of steel pipe pile cap with the open type perfobond for the composite connection to the spread footing. A parameter analysis was conducted, using ABAQUS, a nonlinear finite element analysis program, to obtain data for deter- mining the characteristics of the structure and to allow various parametric analyses of steel pipe cap with the open perfobond.

Keywords :

perfobond, parameter analysis, steel pipe pile cap, composite action, nonlinear finite element analysis

···

요 지

강·콘크리트 합성구조에서 강재와 콘크리트 사이의 경계면에 효과적인 응력전달과 합성거동을 유도하기 위하여 스터드, 채널, 유공강판 등이 사용된다. 많은 연구자들이 여러 종류의 전단연결재의 특성을 개선시키기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 본 연구에서는 확대기초와 말뚝과의 합성을 위해 개방형 퍼포본드로 보강된 강관 말뚝머리의 인발 및 압발거동을 분 석하였다. 다양한 변수해석에서 요구되는 자료를 제공하고자 비선형 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 사용하여 매개변 수 해석을 수행하였다.

핵심용어 : 퍼포본드, 매개변수 해석, 강관말뚝머리, 합성작용, 비선형 유한요소해석

···

1. 서 론

말뚝기초는 상부 구조물로부터 전달되는 하중을 지반 지지 력으로 충분하지 않은 경우 기초하부에 말뚝을 근입하여 상 부구조물에서 발생하는 하중을 안전한 지반까지 전달하는 공 법이다. 따라서 구조물과 말뚝 간에는 결합부가 존재하게 된 다. 국내외 여러 설계기준에서는 말뚝머리 설계 및 시공상세 와 관련하여 다양한 상세를 규정하고 있으며, 국내의 경우 도로교설계기준(건설교통부, 2005)와 구조물기초설계기준(한 국지반공학회, 1997)에서 “말뚝과 확대기초의 결합부는 발생 하는 모든 응력에 저항할 수 있도록 안전하게 설계하도록”

규정하고 있다. 국내외 설계기준에서는 크게 강결합(rigid connection) 보강방식과 힌지결합(hinge connection) 보강방 식을 제시하고 있는데, 일반적으로 토목구조물에서는 구조물 의 안정성과 변형에 대한 문제를 고려하여 강결합 보강방식

을 주로 적용하고 있는데, 이는 말뚝과 확대기초의 결합부는 원칙적으로 고정으로 설계하도록 규정하고 있는 도로교설계 기준과도 부합된다(박영호, 2000; 윤일로 등, 2006; 이홍길 등, 2007).

강관말뚝을 사용할 경우에 하부구조인 확대기초와 말뚝 간 의 결합방법을 효과적으로 처리하고자, 기존 수직 이형철근 을 사용하지 않고 강판에 구멍을 뚫은 퍼포본드(perfobond 또는 perforated rib plate, 이하 유공강판이라 칭함)를 활용 하여 결합하는 방법이 최근에 연구되고 있다(구현본 등, 2008; 김영호, 2004; 김영호 등, 2008; 유성근 등, 2003;

이보배 등, 2008). 유공강판은 합성구조에서 이종재간의 합 성작용을 위한 전단연결재(shear connector)의 한 종류로서 1980년대 후반에 개발되어 최근 각종 교량구조물에 사용되 고 있다(Oguejiofor, 1994; Valente, 2004).

본 연구에서는 강판 길이방향을 따라 단부에 톱니형상으로

*정회원·

(

주

)

지승컨설턴트기술연구소소장

(E-mail : [email protected])

**정회원·한국건설기술연구원구조교량연구실선임연구원

(E-mail : [email protected])

***정회원·교신저자·관동대학교토목공학과교수

(E-mail : [email protected])

개방형으로 형태를 갖도록 하는 개방형 유공강판 연결재를 중 심으로 범용 유한요소 해석프로그램을 통한 다양한 매개변수 해석을 실시하고 그 결과를 실험결과 비교분석하고자 한다.

그림 1은 합성용 퍼포본드 전단연결재를 나타내며, 개방형 유공강판을 강관말뚝머리보강방법으로 활용시 개념도를 나타 내었다.

본 연구는 구조물의 확대기초와 강재말뚝 간의 강결합을 위한 말뚝머리보강공법 기술로서 이종재 간의 합성용 전단 연결재인 개방형 유공강판 연결재와 관통 보강철근(dowel bar)을 활용하여 강관말뚝과 확대기초 간의 합성거동을 개방 형 유공강판 전단연결재를 대상으로 매개변수 해석을 수행 하고 각 설계영향 인자의 영향 및 보강공법의 성능 변화를 분석하였다. 매개변수 연구를 위하여 범용 유한요소해석 소 프트웨어인 ABAQUS(2005)를 사용하였고, 3차원 구조해석 모델을 구성하여 비선형해석을 수행하였다. 비선형 해석과 관련하여 강판 및 콘크리트의 대변형에 따른 기하학적 비선 형성과 강재 및 콘크리트의 재료 비선형을 동시에 고려하였 으며, 재료 물성은 재료실험을 통하여 얻어진 기본 물성을 바탕으로 이론적인 응력-변형률 관계식을 적용하여 해석에 반영하였다.

2. 유한요소해석 모델

2.1 강관의 재료 특성

강재는 재료 시편실험 결과를 바탕으로 강재의 실제적인

응력-변형률 관계를 모사하기 위하여 그림 2에 보인 바와 같이 3중 선형의 탄소성 재료로 가정하고, 인장 및 압축 거 동에 대해서 동일하게 적용하였다. 강재의 탄성계수는 200GPa으로 하였고, 각 변곡옐 같의 응력 및 소성변형률은 표 1의 값으로 하였다. 단, 철근의 응력-변형률 관계곡선은 일반적인 2중선형의 탄성-완전소성 곡선으로 가정하였다.

2.2 콘크리트의 재료 특성

보통 콘크리트의 경우, 압축강도로부터 응력-변형률 관계 를 유도하기 위한 제안식이 많이 제안되었으나, 본 연구에서 는 Carreira and Chu(1985)가 제안한 관계식을 이용하여 콘크리트의 응력-변형률 관계를 결정하였다. Carreira and Chu의 제안식은 다음과 같다.

(1)

여기서,

σ

c

; 콘크리트 압축 응력 ε

c

; 콘크리트 변형률

; 콘크리트 공시체의 압축강도 ; 에 대응하는 변형률=0.002

상기의 관계식을 이용하여 콘크리트 재료의 응력-변형률 관계를 유도한 결과를 그림 3에 나타내었다. 여기서 0.4 까지를 선형탄성한계로 가정하였고, 그 이상의 응력상 태에 대해서 소성 변형률을 적용하였다. 콘크리트의 탄성계 수(E

C

)는

¹⁾

를 적용하여 25 GPa으로 하였다. 콘크 리트의 인장응력-변형률 관계는 일축 압축응력에 대한 일축 인장응력의 비를 0.0836으로 가정하였다.

σ

_c

f

_c

′γ ε (

_c

⁄ ε

_c

′ ) γ 1 ε – + (

_c

⁄ ε

_c

′ )

^γ

---

=

γ f

_c

′ 32.4 --- 1.55 +

=

f

_c

′ ε

_c

′ f

_c

′

f

_c

′

4 700 f ,

_c

′ 그림 1. 퍼포본드 전단연결재 및 개방형유공강판 머리보강 개념도

그림 2. 강재의 응력-변형률 관계

표 1. 강관 강재의 응력-변형률 관계

응력 (MPa) 변형률 소성변형률

위치 값 위치 값 위치 값

fs

1

160 e

1

0.0008 e

1

0 fs

2

320 e

2

0.03 e

2

0.0284 fs

3

440 e

3

0.3 e

3

0.2978

그림 3. 콘크리트의 응력-변형률 관계

2.3 해석모델 및 경계조건

강관과 콘크리트의 모델링에는 ABAQUS ^{에서 제공하는} 8

절점 솔리드 요소 (C3D8R) 를 사용하였고 , 철근은 2 절점 트러

스요소 (T3D2) 를 사용하여 모델링하여 콘크리트 블록내에 매

립되는 조건 (embedded constraint) 으로 가정하였다 .

강관 또는 유공강판 모델과 콘크리트 블록 모델간의 경계 조건은 ABAQUS 에서 제공하는 컨택조건 (contact interaction

property) 를 적용하였으며 , 이 접촉조건에서 접촉면에 수직한

방향에 대한 접촉응력 - 간격 조건은 하드컨택 (hard contact) 으

로 하였다 . 이 조건은 접촉면 간의 간격이 일정한 값보다 작아지면 접촉된 것으로 판정하여 완전부착과 같이 거동하 게 되며 , 그림 4 와 같이 접촉후의 응력 상태 및 간격조건에 따라 접촉면을 구성하는 요소간의 간격이 다시 벌어지게 되 면 접촉면이 분리되는 조건을 적용하였다 . 접촉면과 평행한 방향으로는 그림 5 의 페날티 마찰조건 (penalty friction

formulation) 을 적용하였으며 , 이때 마찰계수 µ는 0.5 를 적

용하였다 . 그림 6 은 구조해석 모델의 예로서 인발실험체의 구조 모델 구성과 요소 분할을 보인 것이다 .

3. 인발 실험체 매개변수 해석

3.1 인발실험 결과와 해석결과의 비교

다음의 그림 7 은 해석모델의 유효성 검증을 위하여 개방 형 유공강판에 대한 인발실험 결과 ( 김영호 등 , 2008) 와 유한 요소 해석결과를 비교하여 내었다 . ^{해석결과는 비교적 실험}

결과와 유사한 초기강성을 보였으며 , 계면파괴 이후에 최대 인발내력에 도달하는 구간의 강성이 실험결과에 비하여 과 대평가되는 경향을 보이지만 최대 인발내력은 실험결과와 비

교하여 약 10% 내외의 오차율 범위에서 예측 가능한 것으

로 나타났다 . 이러한 강성 차이는 재하실험시에는 하중 증가 에 따라 계면에서의 부착파괴가 점진적으로 진행되어 U 형홈 에서의 콘크리트 도웰의 전단파괴가 발생할 때 까지 소성적 거동을 보이는 반면에 , 유한요소해석시에는 계면에서의 경계 조건을 완전부착으로 가정함에 따라 콘크리트 도웰에서의 전 단파괴 발생시에 비교적 급격한 내력저하가 발생하는 취성 파괴 거동을 하는 데에서 기인하였다고 판단된다 . 해석모델 은 부착모델 조건에 따라 변형중 강성이 실제보다 과대평과 그림 4. 하중재하시 변형에 의한 경계조건 변화

그림 5. 페날티법 (penalty method) 를 이용한 전단저항력 특성 곡선

그림 6. 말뚝머리 해석 모델

될 가능성이 있으나 , U 형홈에서 콘크리트 도웰의 전단파괴 에 의한 유공강판 인발내력의 저하는 비교적 정확하게 예측 가능한 것으로 판단되므로 , 유공강판의 제원에 따른 인발내 력 변화를 평가하기 위한 매개변수 해석에 해석모델을 적용 하는 것으로 하였다 .

3.2 매개변수 설정

콘크리트 블록 내에 매립된 개방형 유공강판의 인발 거동 특성을 살펴보기 위하여 재하실험시의 인발실험체 제원 ( 김영

호 등 , 2008) 을 기본으로 하여 매립깊이 270 mm 의 유공강

판에 대해서 개방형 홀의 직경을 변화시켜 콘크리트 다웰효 과의 영향과 관통철근 배치에 따른 연성거동 효과를 검토하 였다 .

다음의 표 2 는 유공강판의 인발거동 분석을 위한 해석 매

개변수를 정리한 것으로서 , 매립깊이 270 mm 의 유공강판에

대해서 2 개의 홀을 배치하여 직경을 30, 40, 50 mm 로 변

화시키고 , 관통철근이 없는 경우 (xxx-0 계열 실험체 ) 와 강판 중앙에 하나의 관통철근을 배치하는 경우 (xxx-1 계열 실험체 )

및 각 홀에 1 ^{개씩의 관통철근을 배치하는 경우} (xxx-2 ^계열

실험체 ) 로 나누어 해석을 수행하였다 .

3.3 인발실험체 해석결과 및 거동 특성 분석

그림 8~10 은 보강근의 배치 상태에 대해서 관통홀의 지름

변화에 따른 하중 - 변위 관계를 비교한 것으로서 , 관통근 개 수와 무관하게 관통홀의 지름이 감소할수록 최대 인발저항 력이 감소하는 것으로 나타났다 . 이는 관통홀의 지름이 작을 그림 7. 인발 실험 및 유한요소해석 결과 비교

표 2. 유공강판의 인발 거동 해석대상 구조 일람

구분 매립깊이 구멍직경 구멍개수 관통철근 유공강판 형상

POA-NU27A-0 270 mm 50 mm 2 EA -

POA-NU27A-1 270 mm 50 mm 2 EA 1 EA

POA-NU27A-2 270 mm 50 mm 2 EA 2 EA

POA-NU27B-0 270 mm 40 mm 2 EA - -

POA-NU27B-1 270 mm 40 mm 2 EA 1 EA -

POA-NU27B-2 270 mm 40 mm 2 EA 2 EA -

POA-NU27C-0 270 mm 30 mm 2 EA - -

POA-NU27C-1 270 mm 30 mm 2 EA 1 EA -

POA-NU27C-2 270 mm 30 mm 2 EA 2 EA -

POA-NU27D-0 270 mm 60 mm 2 EA - -

POA-NU27D-1 270 mm 60 mm 2 EA 1 EA -

POA-NU27D-2 270 mm 60 mm 2 EA 2 EA -

POA-NU27E-0 270 mm 70 mm 2 EA - -

POA-NU27E-1 270 mm 70 mm 2 EA 1 EA -

POA-NU27E-2 270 mm 70mm 2 EA 2 EA -

수록 콘크리트 도웰의 효과가 감소하여 U 형 홈에서의 저항 력이 충분히 발현되지 않고 낮은 하중에서 콘크리트 도웰이 파괴되기 때문인 것으로 판단된다 . 즉 임의의 보강근 개수 또는 보강근의 배치 방법에 대해서 U 형 홈의 지름이 증가할 수록 인발내력도 비례적으로 증가한다고 할 수 있다 . 단 , 홈 의 지름이 너무 크면 강판의 유효단면적이 감소하여 실험체 의 파괴모드가 콘크리트 도웰의 파괴에서 강판의 변형에 의 한 파괴로 전이될 가능성이 있으므로 , ^{콘크리트 도웰의 전단}

저항과 강판의 변형성능을 동시에 유효하게 활용할 수 있는 최적의 홈 직경을 결정할 필요가 있다 .

본 해석 연구에서 보강근을 배치하지 않은 인발실험체에

대해서 U 형 홈의 직경을 70 mm 까지 확대하여 최대 인발내

력을 검토한 결과 , 홈 직경이 60 mm 일 때 최대 인발내력이

약 164.3 kN 으로 나타났고 , 홈 직경이 70 mm 일 때에 약

159.1 kN 으로 나타남에 따라 홈 직경이 50 mm 일 때의 최

대 인발내력인 166.2 kN 에 비해 오히려 감소하였으며 , 실험

체에 적용한 폭 100 mm 의 강판에 대해서 U 형 홈의 최적

직경은 지름 50 mm 내외의 범위에 있다고 판단된다 .

그림 11 은 인발실험체의 변형도와 단면 내 응력분포를 보 인 것으로서 , U 형 홈의 콘크리트 도웰에 큰 응력이 집중되 어 파괴에 도달함을 알 수 있다 . 특히 U 형 홈을 관통하는 보강철근을 배치한 실험체인 XXX-2 계열 실험체의 경우에 는 보강철근에 의해 콘크리트 도웰의 강성이 증가하여 U ^형

홀 주변의 강판의 변형도 다른 실험체에 비해 두드러지게

나타났다 .

그림 12~14 는 관통홀 지름이 일정할 때 보강근의 배치

상태에 따른 하중 - 변위 관계를 비교한 것이다 . 임의의 홀 직 경에 대해서 , 보강근 배치를 통해 인발내력을 향상시킬 수 있음은 당연한 결과이지만 , 표 3 및 그림 15 에 보인 바와 같이 보강근을 1 개 배치했을 때 약 40% 의 내력증가를 보였 고 보강근을 2 개 배치했을 때 약 22% 의 내력증가를 보임으 로써 보강근의 개수가 증가하였음에도 오히려 인발내력이 감 소하는 결과를 보였다 . 이는 보강근의 개수보다 배치 방법이 유공강판의 전단내력에 큰 영향을 미친다는 것을 보여주고 있다 . 결과로서 , 강판중앙의 홀을 통해 하나의 보강근을 배 치하는 경우에는 U 형 홀에서의 콘크리트 도웰의 전단저항과 관통철근의 직접적인 전단저항이 동시에 발현되고 , 특히 재 하초기부터 관통철근의 직접 전단저항력이 작용하여 초기 강 성이 상대적으로 크게 나타났다 . 반면 , 2 개의 보강근을 U 형 홀의 중심에 배치한 경우에는 철근 배치를 통해 콘크리트 도웰부에서의 전단내력이 증가하여 전단파괴를 지연시키는 효과를 얻을 수는 있으나 , 개방형 관통홀의 특성상 콘크리트 도웰의 파괴 이후에 보강철근의 직접전단에 의한 저항력이 발현되기 어렵고 개방형 홀 부근에서의 강판의 변형에 의해 인발내력이 다소 감소하는 경향을 보였다고 판단된다 .

4. 압발 실험체 매개변수 해석

4.1 매개변수 설정

본 해석연구에서는 시방서에 규정된 말뚝머리 보강강법과 유공강판을 이용한 강관말뚝 두부보강 방법의 압발하중에 대 한 지지내력을 비교 평가하였다 . ^{기존 보강방법에 대해서는}

무보강실험체 (PPC-10SB-X) 및 수직철근 보강 실험체 (PPC-

10SB-Y) 에 대해서 각각 충전깊이 400 mm 및 500 mm 를

적용하여 해석을 수행하였고 , 본 연구에서 제안하는 개방형 유공강판 전단연결재 보강 실험체 (PPC-10NU-0A) ^{에 대해서}

는 충전깊이 400 mm(=1.0D) 를 적용하여 해석을 수행하였

다 . 시방서에서는 강관내부에 미끄럼방지 철근을 두도록 하 고 있으며 , 실제 유공강판 전단연결재 시공시에는 전단키 역 할의 L 형강을 배치하지만 , 해석에는 두께가 얇은 전단키에서 발생하는 지압을 고려하기 어렵고 전단키를 콘크리트 블록내 그림 8. 보강근을 배치하지 않은 실험체의 하중-변위 관계 비교

그림 9. 보강근을 1개 배치한 실험체의 하중-변위 관계 비교

그림 10. 보강근을 2개 배치한 실험체의 하중-변위 관계 비교

그림 11. 인발실험체의 변형 및 응력분포 비교

그림 12. 관통홀 지름 50 mm 실험체의 관통근 개수에 대한 하

중 - 변위 관계 비교 그림 13. 관통홀 지름 40 mm 실험체의 관통근 개수에 대한 하

중 - 변위 관계 비교

에 매립된 형태로 모델링하여 고려하는 경우에는 전단내력이 과대평가될 수 있으므로 해석에서는 L 형강의 배치를 무시하 였다 .

4.2 해석모델 특징

압발실험체 해석의 경우 , 콘크리트 블록의 모델링에는

ABAQUS ^{에서 제공하는} 10 ^절점 4 ^면체요소 (C3D10M) ^{를 사용}

하였고 , 강관 및 유공강판의 모델링에는 8 절점 솔리드 요소

(C3D8R) 를 사용하였다 . 철근은 2 절점 트러스요소 (T3D2) 를

사용하여 콘크리트 블록내에 매립되는 조건 (embedded

constraint condition) 을 적용하였으며 , 강관 및 유공강판과

콘크리트 블록 간의 상호작용은 인발실험체 해석과 동일하 게 접촉 마찰 조건을 적용하였다 . 해석모델은 해석수행시간 효율 및 대칭성을 고려하여 1/4 모델로 하였다 .

4.3 매개변수해석 결과

압발 실험체에 대한 해석결과로부터 하중 - 변위 관계를 그림 17 에 나타내었다 . 해석결과 , 강관내부를 수직철근으로

보강하지 않은 무보강 실험체 (PPC-10SB-X) 의 최대전단내력

이 타 실험체에 비해 다소 낮게 나타났으나 , 시방서에서 정 한 바에 따라 수직철근으로 보강한 실험체 (PPC-10SB-Y) 와 개방형 유공강판을 적용한 실험체 (PPC-10NU-0A) 의 최대 전 단내력은 거의 차이가 없었다 . 재하실험에서 얻어진 계측치 와 비교할 때 표 5 에서 보는 바와 같이 유사한 결과를 얻 을 수 있었다 .

유공강판 보강 실험체는 압발하중에 대해서 강관 및 유공 강판 선단과 관통홀에서의 지압응력 , 관통철근의 정착에 의 한 인발응력 및 강관 내면의 마찰저항력으로 저항함에 따라 시방서에 따른 기존 보강방법의 실험체에 비해 초기강성이 큰 것으로 나타났다 .

파괴모드는 그림 18 및 19 에서 보는 바와 같이 모든 경 우에서 강관 투영면을 따라 발생한 파괴면에 따른 전단파괴 와 그에 따른 블록하부 지지면에서의 펀칭으로 파괴에 도달 하였으며 , ^{특히 기존 보강방법의 실험체에서는 강관과 충전}

콘크리트의 원형 투영면을 따라 전단 파괴면이 형성되는 것 으로 나타났으나 유공강판 보강 실험체에서는 관통근의 정 착으로 투영면에서의 전단면 형성을 방해하여 파괴지연 효 과를 얻은 것으로 평가된다 .

그림 20 은 유한요소해석에 의한 관통철근의 인장응력 변 화를 보인 것으로서 재하초기에는 콘크리트의 변형에 따라 인장응력이 증가하는 양상을 보이다가 약 4,000 kN 에서 기 울기가 급격히 증가하는 구간이 발생하게 되는데 , 이 시점에 서 개방형 홀에서의 콘크리트 도웰이 파괴되고 강판의 홀과

그림 14. 관통홀 지름 30 mm 실험체의 관통근 개수에 대한 하

중 - 변위 관계 비교

표 3. 매개변수별 최대 인발저항력 비교 ( 단위 : kN)

관통홀 지름

보강근 개수

(mm) 30 40 50 60 70

0 144.1 152.1 166.2 164.3 159.1

1 202.6 211.5 231.4 235.1 223.7

2 175.0 184.9 205.4 211.6 208.0

그림 15. 홀직경 및 보강근 개수에 대한 최대 인발저항력 변화

비교

표 4. 압발거동 해석 대상 구분 및 매개변수

구분 보강형식

L

^{형강 개수 콘크리트} _이 ^충전깊

PPC-10SB-X - - 400 mm (=1.0D)

PPC-10SB-Y

수직철근

(

미끄럼방지철근

) 500 mm (

≥

1.0D)

PPC-10NU-0A

유공강판

0EA 400 mm (=1.0D)

그림 16. 개방형 유공강판 압발실험체 해석 모델

관통철근이 맞닿음으로써 철근의 직접전단으로 저항력이 발 현되었기 때문인 것으로 판단된다.

5. 결 론

본 해석연구에서는 개방형 유공강판을 이용한 강관말뚝머 리 보강방법(강관내 L형강 설치, U형상의 개방형 유공강판 전단연결재를 활용한 보강방법)에 대해 결합용 요소장치인 유공강판 전단연결재의 인발저항성능 및 거동특성과, 유공강 판 전단연결재로 보강된 강관말뚝머리 연결부의 연직하중에 대한 저항성능 및 거동특성을 시방서에서 제시하고 있는 강 그림 17. 압발 해석모델 하중-변위 곡선

표 5. 압발거동 실험체의 최대하중 해석결과 비교

구분 매립깊이

(mm)

^최대하중

(kN)

실험치 해석치

PPC-10SB-X 400 5234 4942

PPC-10SB-Y 500 5611 5671

PPC-10NU-0A 400 - 5613

그림 18. 압발실험체의 응력 분포 해석결과

그림 19. 압발 실험체의 최대 변형률 분포 해석결과

직보강)을 적용한 경우와 비교 분석하였다.

개방형 유공강판 전단연결재를 활용한 강관말뚝 두부보강 방법에 대한 구조해석결과, 유공강판의 인발거동은 보강근의 배치방법에 따라 인발내력이 크게 달라지는 것으로 나타났 으며, 콘크리트 도웰의 파괴 이후에 보강근의 직접 전단에 의한 내력증강 효과를 얻기 위해서는 강판 중앙에 보강근을 완전 관통시켜 배치하는 것이 U형상의 개방형 관통홀에 보 강근을 배치하는 방법에 비해 유리한 것으로 나타났다. 이는 보강근의 개수보다 배치 방법이 유공강판의 전단내력에 큰 영향을 미친다는 것을 보여주는 결과로서, 강판중앙을 관통 하는 보강근을 배치하는 경우에는 철근의 직접적인 전단저 항이 큰 영향을 미쳐 큰 전단내력을 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 단, 강판 복부에 완전 관통시키는 방법으로 보강 근을 배치하는 방법은 시공 현장에서 보강근의 정확한 배근 위치를 확보하기 어렵고 다른 철근과의 간섭을 피할 수 있 도록 관통홀을 배치해야 하는 등의 어려움이 있으므로, 제작 및 시공이 유리한 U형상의 개방형 유공강판에 대해서 관통 홀의 위치 및 크기를 적절히 선정하여 보강근과의 상호작용 을 극대화할 필요가 있다.

압발거동에 대한 해석의 경우, 개방형 유공강판을 이용한 두부보강 방법은 시방서에서 정하는 수직철근으로 보강하는 방법과 거의 동일한 최대전단내력을 보였으며, 유공강판 보 강 공법은 강관 및 유공강판 선단과 관통홀에서의 지압응력, 관통철근의 정착에 의한 인발응력 및 강관내면의 마찰저항 력 등이 전단내력의 증가에 영향을 미침에 따라 기존 보강

방법에 비해 큰 초기강성을 보였다.

감사의 글

본 연구는 중소기업청 산학공동기술개발지원사업의 지원으 로 수행되었으며, 이에 감사드린다.

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(

접수일

: 2009.8.20/

심사일

: 2009.9.28/

심사완료일

: 2009.9.28)

그림 20. 보강 철근의 인장응력 변화