겹침이음의 일반 규정과 인장 겹침이음

안녕하세요. 윈트입니다.

오늘은 철근이음 중에서 겹침이음의 일반 규정과 인정겹침이음에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

겹침이음(Lap Splice)의 일반 규정 (구조기준 8.6.1(2), ACI 12.14.2)

(1) D35 초과하는 철근에 대한 겹침이음 금지 규정 : 직경이 굵은 D41이나 D51 철근에 대해서는 겹침이음에 대한 실험 연구가 거의 수행되지 않아 이음의 거동을 잘 모르므로 구조기준에서는 D35 이하의 철근만 겹침이음을 허용하고 있다. 단, 현장 치기 시공에서 압축력만을 받는 기능과 기초판의 힘의 전달에서는 D35 이하의 다윌 철근과 D41과 D51 철근의 겹침이음을 허용하고 있다. [구조기준 12.4.2(2), ACI 15.8.2.3] 겹침이음은 응력이 낮은 부분에서 하고, 각각의 철근에서 겹침이음은 서로 엇갈리는(stagger the location) 위치에서 하는 것이 좋다. 이음이 제대로 수행되지 않으면 부재의 강도와 연성이 감소하게 된다.

 

(2) 다발철근(bundled) 규정 : 다발철근이 이어지는 경우는 철근과 콘크리트 사이의 접촉 면적이 감소하므로 이에 상당하는 겹침이음의 길이를 증가시켜야 한다. 3개 철근의 다발일 때 겹침이음 길이는 개개 철근의 겹침이음 길이에 20% 증가해야 하고, 4개 다발일 때 33%를 증가시켜야 한다. 그러나 한 다발 내에서 각 철근의 이음은 한 군데에서 중복하지 않아야 하며, 두 다발철근을 개개 철근처럼 겹침이음 하지 않아야 한다.

 

(3) 서로 직접 접촉되지 않게 겹침이음된 철근의 횡방향 간격 규정 : 휨 부재에서 서로 접촉되지 않게 겹침이음된 철근은 횡방향으로 소요 겹침이음 길이의 1/5 또는 150mm 중 작은 값 이상 떨어지지 않아야 한다.

 

인장 겹침이음(Tension Lap Splice)

겹침이음의 강도는 철근의 부착응력에 의해서 근접한 철근으로 힘이 전달되어야 하므로 겹침이음의 최소 겹침길이는 정착길이(development length)로 표현되고 있다. 비록 배치된 철근 단면적이 소요 철근의 단면적보다 크다고 하더라도 정착길이는 줄일 수 없도록 규정하고 있다. 현행 구조기준에서는 다음과 같이 2종류의 겹침이음을 제시하고 있다.

 

여기에서 ld는 인장 이형철근의 정착길이이며, 이때 과도한 철근에 대한 보정계수(소요 As/배근 As)는 적용하지 않아야 한다고 구조기준 8.6.2(1)(ACI 12.15.1)에서 제시하고 있다. 어떤 급의 겹침이음을 하는지는 이음 위치에서의 철근 응력의 크기와 겹침이음을 해야 하는 철근의 비율에 좌우된다. 겹침 길이가 가장 길게 요구되는 경우는 철근의 응력이 매우 높으면서 모든 철근을 동시에 이어대는 경우이다.

구조기준 8.6.2(2)(ACI 12.15.2)에서는 이형철근이나 이형 철선이 인장을 받을 때 겹침이음을 B급으로 하도록 제시하였다. 그러나 다음과 같은 경우에는 A급을 사용할 수 있다고 제시하고 있다.

1. 배근된 철근량이 이음부 전체 구간에서 해석 결과 요구되는 소요 철근량의 2배 이상, As(배근)≥ 2As(소요)
2. 소요 겹침이음 길이 내 겹침이음 된 철근량이 전체 철근량의 1/2 이하, (겹침이음하는 As) ≤ 0.5(전체 As)인 경우

겹침이음 길이를 이렇게 2등급으로 구분하는 이유는 설계자에게 가능한 겹침이음을 응력이 가장 작은 부분(point of minimum stress)에서 엇갈려서(stagger lap splice) 하도록 유도하는 것이다.

 철근 사이의 순 간격은 겹침길이의 1/5 또는 150mm 중 작은 값 이상 떨어져서는 안 된다 [구조기준 8.6.1(2)③]. 완전한 파괴를 지연하거나 방지하기 위해서 겹침이음은 폐쇄스터럽이나 띠철근 또는 나선철근으로 둘러싸야한다. 구조기준 8.2.2와 8.2.3의 횡방향 철근 지수 Ktr이 암시하는 것과 같이 횡방향 철근의 존재가 짧은 정착길이를 요구하므로 겹침이음의 길이도 짧아지게 된다. 구조기준 내진설계 특별 고려사항에서도 겹침이음은 이음 길이 부분에 간격 d/4 또는 100mm 이하로 배치되는 후프 철근이나 나선 철근이 있는 경우에만 사용할 수 있고. 접합부의 내부, 접합면부터 부재 깊이의 배 이내의 거리 구간 및 구조해석에서 골조의 비탄성 횡변위에 의한 휨 항복이 일어나는 곳에서는 사용할 수 없도록 규정하고 있다. 이렇게 겹침이음이 금지된 위치에서는 기계적 이음이나 용접이음만 사용할 수 있다.

 슬래브나 벽 보강철근에서 유효 순 간격(effective clear spacing) s는 [그림 1(a)]와 같이 동일 위치에서 이음철근의 순 간격으로 한다. 겹침이음 길이의 1/5이나 150mm 중 작은 값 이상 떨어지지 않은 서로 접촉되지 않게 겹침이음 된 철근도 순 간격에 관한 규정은 접촉된 겹침이음과 같은 규정에 따라야 한다. [그림 1(b)와 (c)]와 같이 기둥이나 보 철근이 순 간격은 겹침이음 되는 철근이 어떤 방향(orientation)으로 배치되느냐에 따라 결정된다.

[그림 1] 겹침이음 철근의 순간격