체결식 커플러의 내부 조임쇠 경사길이에 따른 이음성능 평가 = Splicing Performance Evaluation According to the Slope Length of Internal Fasteners with Fastening Coupler Methods

국문 초록 (Abstract)

철근의 이음공법은 건설 시공 현장에서 많이 사용되는 공법이다. 최근 건축물들의 대형화 및 고층화가 되어가는 경향에 따라 건축현장에서는 철근의 사용량과 작업량이 증가하여 안정성과 공기단축 및 비용절감이 요구된다.

현장에서 주로 사용되는 철근 이음공법은 겹침이음 및 용접이음이다. 이 중에서 겹침이음은 시공의 편리성으로 구조물에 널리 사용되고 있으나 철근의 지름이 커질수록 이음부위에 철근량이 증가하여 콘크리트 타설이 어려운 문제가 있다. 용접이음은 안전성이 높은 반면 전문적인 기술과 시공 환경에 따라 사용이 제한되며 또한 품질관리가 어렵다는 문제가 있다. 이에 비해 기계적 이음은 겹침이음과 용접이음의 단점을 보완할 수 있기 때문에 최근에 건설공사에서 적용이 증가하는 추세에 있다.

그러나 기존의 기계적 이음공법은 그 종류가 다양하여 각 공법별 철근이음효과의 차이가 크다. 따라서 기존에 사용되는 기계적 이음장치의 인장시험 데이터를 수집하여 분석하였다. 나사산 이음 커플러 및 슬리브 충진식 커플러의 특징을 파악하여 기존 이음 장치의 문제점을 보완하고자 본 연구에서는 새로운 기계적 이음상세를 제안하였다.

본 연구에서는 제안된 새로운 기계적 이음장치의 구성, 부재 상세, 응력 전달 원리, 제작 강재 선정에 대한 연구결과를 제시하였다. 또한 제시된 기계적 이음 장치의 이음성능을 검증하고자 하여 한국 사업 표준 KS D 0249에 따라 시험을 수행하였다. 이에 따른 시험결과를 분석하여 극한강도, 파괴양상, 응력-변형률 곡선, 변형량, 잔류 변형량, 강성 및 강성 변화 등에 대하여 기준(Code)과의 비교를 통하여 이음 성능을 평가하였다. 그 결과 본 연구에서 제시된 커플러는 이음성능 등이 기준을 만족하여 실제 건축물 부재에서 적용 가능한 것으로 판단된다.

본 논문은 6장으로 구성되어 있으며, 제 1장은 서론, 제 2장은 기존 문헌 분석, 제 3장은 기계적 이음장치 개발, 제 4장은 기계적 이음장치의 이음성능 평가, 제 5장은 시험결과 및 분석, 제 6장은 결론으로 구성되었다. 각 장의 요약은 다음과 같다.

제1장에서는 연구 배경 및 목적, 범위를 기술하여 본 논문의 연구목표를 설명하였다. 기존 현장에서 사용하는 철근 이음 공법의 문제점을 파악하여 새로운 기계적 이음 장치(커플러)를 제안하여 커플러의 이음성능을 검증하고자 한다.

제2장에서는 기존 문헌을 고찰 통하여 기계적 이음 장치에 대한 설계기준, 기존 장치의 성능을 분석하였다. 이에 따라서 새로운 기계적 이음 장치의 개발 목표를 선정하였다.

제3장에서는 본 연구에서 제시한 새로운 기계적 이음 장치(커플러) 및 체결방법이 다른 두 가지 커플러의 원리와 상세를 기술하였다.

제4장에서는 본 연구에서 제시된 기계적 이음 장치(커플러)의 이음 성능을 검증을 위한 성능 평가 시험을 수행하였다. 또한 시험의 변수 설정, 시험체 계획, 설험 방법 및 재료시험에 대하여 기술하였다.

제5장에서는 시험결과를 분석하여 극한강도, 파괴양상, 응력-변형률 곡선, 변형량, 잔류 변형량, 강성 및 강성변화률에 대하여 기술하였다.

제6장에서는 본 연구의 시험결과를 분석하여 체결방식이 다른 커플러의 이음성능에 대한 결론을 기술하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

1. Introduction
Rebar is a material often used in the construction site of reinforced
concrete (RC) buildings. Recently, RC buildings have a tendency of
high-rise and huge development. The rebar originally used in the
construction site, due to the reason of manufacturing restrictions, has
been unable to meet the needs of construction in length. Rebar splice
is a common method to solve the problem of insufficient length of
rebar in construction site. The commonly used splice method is the
rebar binding and the lap welding. The rebar binding is simple and
convenient for construction, but it needs a certain lap length, which
causes the waste just now. Moreover, the joint is often difficult to
cast concrete because of the excessive density of rebars. The
strength of the welding is high, but it needs specialized technicians to
operate. Since the 1970s, Europe, the United States, Japan and other
countries began to study a new type of rebar connection(coupler),
that is the rebar mechanical connection. The threaded sleeve
connectors and grouted sleeve connectors are the commonly used
method of construction. In this study, the tensile load test data of
several existing threaded connectors and grouted sleeve connectors
were collected and analyzed.The results show that the ultimate
strength capacity of different types of the threaded sleeve connector
is difficult to be the same as the strength, the reason is that the
thread processing of the end of the rebar will affect the original
strength of the rebar. The ultimate strength capacity of the grouted
sleeve connector is affected by the grouting type and lap length, so it
is difficult to guarantee its splicing performance. In view of this, this
study proposed a new type of mechanical connector, in order to solve
the problems of the existing mechanical connectors of rebar.
2. Research Scope and Methods
This study proposes a new type of mechanical rebar connector
shown in Fig.1, which can be divided into Press-on Coupler and
Tight-Lock Coupler according to the fastening mode. The connector
mainly consists of fasteners, sleeve, and Body. The mechanical
principle of the rebar coupler proposed is that the tensile force from
the rebar is transmitted from fasteners to the body, generating
horizontal and oblique stresses. Therefore, the size of the contact
area of the fasteners and sleeve, the angle of the bevel are the main
factors affecting the strength of the coupler.
3. Experimental variables and experimental plan
In order to control the variables, the length of the slope of
fastenerswhich affects the contact area, was taken as the main
variable, and the splicing performance of the rebar coupler proposed
was evaluated according to code.
In this study the influence of material, fastening method and bevel
length on fasteners, designed an experimental plan as shown in Table
1. and carried on the tensile test, static loading test, cyclic loading
test.
4. Experimental results
The experimental results of this paper are shown in Table 2. It is
found that when the bevel length is less than 19mm, the two couplers
slip to different degrees, and can not reach the target strength. With
bevels length of 19mm or greater, both couplers can achieve the
target strength. Depending on the material, the failure model is
different, and the coupler using SM 440 has safety. In the case of the
same material, different fastening methods have little effect on the
ultimate strength of the connector, and both kinds of couplers can
meet the rebar of the target strength. The effect of fastening mode
on the joint strength is not obvious.
5. Conclusion
This experiment proposes a new type of rebar connector(coupler),
and through performance test to verify the splicing performance of
the coupler, from which the following conclusions are drawn.
1) The influence of the two fastening modes on the splicing
strength of the coupler is not obvious. However, in the cyclic loading
test, the Press-on Coupler has a smaller rate of change of rigidity
and a smaller amount of residual deformation, which indicates that
coupler has a more stable splicing performance to the rebar.
2) Under the condition that the inclined plane length is 23mm, all
the specimens using SCM 440 have rebar fracture failure. Therefore,
it can be seen that choosing material with higher strength is
beneficial to improve the safety of coupler.
3) The specimens using SCM 440 steel, slope length is greater
than 19 mm, have reached the target strength, but the interior of the
slope length is 19 mm have different degree of damage. Increase the
safety of the slope length to ensure that the coupler itself
appropriately more effective.
4) The specimens were used SCM 440 with a slope length of
23mm, it had good splicing performance and had the possibility of
being used in RC buildings.
5) This study did not evaluate the adhesion performance, shock
resistance performance and plastic deformation ability of the coupler
with concrete, and subsequent studies are still needed to fully verify
the structural performance of the coupler.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구내용 및 범위 2
• 제2장 기존 문헌 분석 3
• 2.1 기계적 이음장치 종류 3
• 2.2 기계적 이음에 대한 국내외 기준 비교 5
• 2.3 기존 연구 고찰 6
• 제3장 기계적 이음장치 개발 10
• 3.1 제시된 기계적 이음장치 10
• 3.2 기계적 이음장치의 원리 14
• 제4장 기계적 이음장치의 이음성능 평가 시험 16
• 4.1 강재재료 선정 16
• 4.2 강재재료 시험결과 18
• 4.3 시험계획 및 변수 선정 20
• 4.4 시험체 제작 및 조립방법 23
• 4.5 변형률 측정을 위한 게이지 부착계획 25
• 4.6 이음성능 평가 시험방법 26
• 제5장시험결과 및 분석 28
• 5.1 일방향 인장 시험결과 28
• 5.2 정적 내력 시험결과 34
• 5.3 고응력 반복 내력 시험결과 35
• 5.4 일방향 인장시험 응력-변형률 관계 분석 36
• 5.5 정적 내력시험 응력-변형률 관계 분석 37
• 5.6 고응력 반복 내력시험 응력-변형률 분석 39
• 5.7 커플러 슬리브 응력-변형률 분석 41
• 제6장 결론 43
• 참고문헌 44
• ABSTRACT 48
• 감사의 글 54