철근 이음의 종류 및 장단점 - 겹침이음, 맞댐용접, 기계적 연결장치

안녕하세요. 윈트입니다.

오늘은 철근의 이음에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

철근의 이음(Splices of Reinforcement)

공장에서 철근을 생산할 때 운반을 쉽게 하고 규격의 철근을 생산하기 위해서 제한된 길이의 철근을 생산하게 된다. [보통 6m~12m (표준 8m) 길이의 철근 생산] 이렇게 생산된 철근은 현장에서 설계조건을 만족시키기 위해서 서로 이어서 연결하여 연속철근을 만들어야 한다. 이러한 이음(splice)은 특히 기둥의 경우나 철근의 배근이 복잡한 곳에서 종종 일어나는 일이다.

철근은 ① 겹침 이음(lap splice, 그림 6.39 참고)을 하거나, 또는 ② 맞댐 용접(butt welding)이나, ③ 기계적 연결장치(mechanical connector)를 이용하여 이어서 연속되게 할 수 있다. 겹침 이음은 2개의 철근을 맞대어 겹쳐서 배치하여(충분히 길게) 한쪽 철근에서 콘크리트로 인해 발생하는 부착응력이 다른 쪽 철근에 전달되도록 하는 것이다. 보통 겹침 이음을 하는 철근은 현장에서 철근의 휨 등을 방지하기 위해서 철사로 잘 묶어 서로 접촉(contact splice)하게 되지만, 그림 6.39에서 보는 바와 같이 철근을 띄어서 배치(noncontact lap splice)할 수도 있다([그림 1] 참고). 이런 경우에 구조기준 8.6.1(2)③(ACI 12.14.2.3)에는 철근 사이의 간격이 소요 겹침 길이의 15 또는 150mm보다 작도록 규정하고 있다.

이음을 하는 각각의 방법에는 장단점이 있다. 철근의 연속성을 유지하기에는 맞댐 용접 이음(butt welding)하는 방법이 가장 우수하다. 제대로 시공만 한다면 용접한 부분의 단면적이 원래의 단면적보다 증가하여 용접 한 부분의 강도가 더 크게 되며, 더군다나 철근보다 강도가 크고 연성이 더 큰 고품질 합금으로 만든 용접봉을 사용하므로 강도가 더 크게 된다.

철근을 잇는 데 사용하는 여러 종류의 기계적 연결 장치가 있으며, 대부분의 기계적 연결장치는 철근을 양쪽에서 끼어 연결하는 슬리브(sleeve)로 구성되어 있다. 비록 기계적 연결장치가 어떤 품질의 철근에도 사용될 수 있지만, 연결 부분의 강도를 발휘하기 위해서 연결장치가 철근에 미끄러짐을 일으키게 되면 콘크리트에 과도한 횡방향 균열이 일어날 수도 있다.

비록 겹침 이음이 특히 철근의 직경이 작은 경우에 철근을 잇는 방법으로 간단하고 가장 경제적인 방법이지만, 이 방법도 몇 가지 단점을 갖고 있다. 철근을 겹쳐 배치해야 하므로 철근의 배치가 복잡하게 될 수 있으며(congestion), 철근의 단면적이 급하게 줄어드는 이음의 끝단에서 응력 집중 현상으로 횡방향 균열이 발생할 수도 있다. [그림 1(a)과 (b)]에서 보는 바와 같이 한쪽 철근에서의 힘이 콘크리트에 전달되고 이 힘은 근접한 철근으로 다시 전달되어야 한다. 따라서 [그림 1(c)]에서 보는 바와 같이 철근으로부터 힘이 콘크리트로 전달되기 위해서는 방사선 방향 압력이 콘크리트에 작용하게 되어, [그림 1(b)]와 같은 갈지자 균열(zigzag crack)이 발생하게 된다. 국부적으로 부착응력이 증가하여 일어나는 횡방향 균열은 콘크리트에 종방향으로 쪼갬을 발생시켜서 부재의 연성을 감소시키며 파괴되게 된다.

 이음은 응력이 높은 위치를 벗어나 배치하는 것이 좋으며, 전형적인 보에서 상부철근(top bar)은 기둥 밑부분에서 이어대고 하부철근(bottom bar)은 기둥 사이의 중간 부분에서 이어 대면 좋을 것이다.

[그림 1] 인장 겹침이음의 메카니즘