< Previous공사기사 1 | CONSTRUCTION ARTICLES Magazine of the Korea Concrete Institute 78 고영곤 Young-Kon Ko (주)포스코이앤씨 R&D Center 부장 전상필 Sang-Pil Chun (주)포스코이앤씨 새만금대교 현장 부장 허범 Beom Hur (주)포스코이앤씨 새만금대교 현장 대리 새만금대교, BIM과 3D 스캐너 활용 사장교 형상관리 Saemangeum Bridge, Geometry Control of Cable Stayed Bridge Using BIM and 3D Scanner 1. 머리말 사장교 형상관리는 가설단계 해석, 측량 결과 분석, 현장 상황을 반영한 예측해석 등의 일련의 과정으로 이루어져 있 으며, 가설이 완료되는 시점에서 거더 및 케이블의 부재력이 설계도서의 완성 시 설계값의 허용범위를 초과하지 않도 록 하며, 주탑과 보강거더의 형상이 관리한계치를 초과하지 않도록 하는 데 목적이 있다. 유연한 케이블 교량의 구조적 특성이 있는 사장교는 구조부재의 특성, 가설방식, 비선형성을 고려한 정확한 가설단 계 구조해석이 필수적이다. 또한 사장교 형상관리는 이러한 구조해석 결과를 통해 무응력장 및 캠버를 산정하고 이를 엄밀하게 하는 것이 주요 목적이다. 사장교는 주탑을 중심으로 한 세그먼트씩 케이블을 이용하여 거더를 가설하는데, 거더 형상과 케이블 장력을 관리 하는 형상관리 기술이 핵심기술이다. 형상관리 수행을 위해서는 시공오차에 대한 정확한 측량과, 오차보정을 위한 전 문가의 고도의 구조검토 능력이 필요하다. 현재 사장교 형상관리는 형상관리 기술 난이도가 높아 소수의 전문회사 외주에 의존하고 있고 현장 관리자의 엔지니어링 판단에 어려움이 있다. 또한 케이블 정착구 설치 시 측량오차 및 측량 포인트의 시야 방해로 인해 목표값의 시공 어려움이 있다. 새만금 개발사업 중 새만금 남북도로 건설공사 2 단계(2공구)의 동진강 횡단 교량인 새만금대교는 전라북도 부안군 계화리 일원에 가설되는 주경간 장 420m, 교폭 34m의 2주탑 콘크리트 사장교로 2023년 7월 개통하였다<그림 1>. 본 기고에서는 새 만금대교 현장에서 적용한 BIM과 3D 스캐너 활용 그림 1. 새만금대교 교량 전경제 35 권 6 호 2023. 11 79 형상관리 기술을 소개하고자 한다. BIM을 이용한 형상 관리 시스템 기술 적용을 통해 사장교 현장 담당자 모 두가 쉽게 형상관리를 수행하였고, 3D 스캐너 활용 케 이블 정착구 디지털 시공관리 시스템을 이용하여 정밀 한 시공이 가능하게 하였다. 2. 새만금대교 설계 및 형상관리 계획 2.1 새만금대교 주요 부재 설계 및 시공계획 2. 1. 1 주요 부재 설계 새만금대교는 주경간장 420m, 교폭 34m의 2주탑 콘크리트 사장교이다. 새만금대교는 설계수명 200년, 내진 특등급 기준으로 최신의 한계상태설계법을 적용 하였으며, 고부식 해양환경의 특성을 고려하여 내구수 명 200년을 확보하도록 설계하였다. 보강거더는 왕복 6차로를 적용하고 보강거더 중앙부에 사재케이블 정착 공간을 활용하여 차도부와 완전히 분리된 자전거도로 를 계획하였다. 주탑은 중앙 2면 케이블 구조에 적합하 고, 기초 규모를 최적화할 수 PY2는 상시 가동 및 지진 시 STU를 설치하여 고정단 거동효과로 지진력을 분산 시키도록 하였다. 재료 측면에서 최신의 첨단 개발재료인 2,360MPa 급의 고강도 내부 강연선, 2,160MPa급의 사재케이블 을 채택하였다<그림 2>. 2. 1. 2 시공계획 새만금대교는 중앙경간장이 420m로 콘크리트 교 량으로는 매우 긴 형식이며, 이에 적합한 시공계획 수 립 및 품질관리가 매우 중요하다. 새만금대교의 주탑은 ACS(Auto Climbing System) 공법, 보강거더는 FCM 공법 등 가설안전성이 검증된 공법으로 계획하였으며, 특히 2023년 부안군 세계잼버리대회 이전 조기 개통을 위해 주탑과 보강거더 동시 가설을 수행하여 공기를 단 축하였다. 주탑 <그림 1>과 보강거더는 50MPa 고강도 콘크리 트로서, 현장배합 데이터를 이용하여 염화이온 및 탄산 화 등의 200년 내구성능을 검증하여 시공하였다. 사재 케이블은 국책과제 초장대교량사업단 연구개발 성과인 2,160MPa의 초고강도 재료가 적용된 MS Type 케이 블로서, 케이블 구성단위인 개별 Strand가 장력 편차없 이 균등한 장력을 받을 수 있도록 형상관리를 수행하였 다. 또한 케이블 정착구 설치 시 광파기와 3D 스캐너를 비교/검측하여 정밀제어가 가능하게 하였다. 2.2 새만금대교 형상관리 계획 2. 2. 1 새만금대교 형상관리 기본 방침 새만금대교의 형상관리에서는 보강형의 응력이 아닌 형상계측을 주체로 한 관리를 실시한다. 케이블 장력을 주체로 한 형상관리에서는 보강형의 형상 오차가 커져 정밀하게 가설하는 것은 현실적으로 불가능하므로, 보 강형의 형상을 중점적으로 관리한다. 사장교의 주요 가설부재인 케이블은 장력이 아닌 길 이에 의한 조정을 한다. 이는 장력에 의한 관리는 구조 물의 온도, 임시하중 및 다른 주변 요소에 대하여 케이 블의 장력이 수시로 변화되기 때문에 재해석에 의한 검 토를 추가로 수행함으로써 해석시간도 더 필요하게 된 다. 장력을 위해 조정하는 관리는 실시하지 않으며, 케 그림 2. 새만금대교 초고강도 케이블 그림 3. 새만금대교 주탑 일반도공사기사 1 | CONSTRUCTION ARTICLES Magazine of the Korea Concrete Institute 80 이블 장력은 확인계측을 위하여 실시한다. 일반적으로 사장교와 같이 다수의 케이블로 지지가 되는 교량은 보 강형과 주탑의 처짐이 크게 발생할수록 단면력이 커지 게 된다. 따라서 보강형의 형상을 목표치 내로 관리한 다면 보강형과 주탑 등의 단면력은 설계 여유 범위에 들어갈 수 있다. 장력과 보강형 형상이 반대방향(보강형의 하향 처짐 과 장력의 증가)의 오차가 발생할 경우 동시에 장력과 보강형 형상을 맞추는 보정은 불가능하게 되므로 장력 이 허용범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 보강형의 형 상을 맞추는 것이 바람직하다. 2. 2. 2 새만금대교 완성계 형상관리 시점 및 목표값 정의 콘크리트 사장교는 형상관리를 위한 기준 시점을 콘 크리트의 크리프 및 건조수축으로 인하여 교량의 완성 시기, 개통시기 또는 10,000일을 기준으로 하고 있으 며, 본 교량에서는 10,000일을 기준으로 한다. 형상관리 기준치 및 목표치는 <표 1>과 같이 제시한다. 기존 교량의 형상관리 목표치 사례분석 결과는 <표 2>와 같다. 2. 2. 3 새만금대교 시공중 측량 및 오차보정 방안 사장교 보강거더의 형상관리 기준점은 케이블 정착 점과 구조 기준점이다. 그러나 두 점만을 측량하여 형상 관리하는 것은 불가능하므로 보강형에서 일정한 위치 에 형상 관리점을 추가로 지정하여 관리한다. 이 점은 케이블 가설과 보강형 캠버 관리에 동일하게 사용한다. 보강형 측점 위치는 <그림 4>와 같이 보강형 거더 중심 점을 기준으로 좌, 우로 11.500m 떨어진 위치에 있으 며 종방향으로는 세그먼트 끝단에 위치한다. 단, 보강형 형상관리 기준점은 현장 여건에 맞추어 변경할 수 있다. 주탑의 선형측량은 단면의 온도차에 의한 변위를 제 외하기 위해 해뜨기 전 이른 아침에 수행하며 주탑 폼 셋팅 측량은 정해진 시각에 수행하는 데 어려움이 있으 므로 폼셋팅 시점의 시간대별로 미리 계산된 온도 보정 량을 가감하여 셋팅을 수행한다. 주탑의 시공 중 측량 점은 <그림 5>와 같다. 형상관리용 sheet는 형상관리 전 형상관리팀에서 기 본 입력값을 입력한 후 공사팀과 측량담당자에 배포하여 같은 버전의 파일을 공유하도록 하며 측량담당자에서 측 량값 입력 후 형상관리팀에 전달하면 형상관리팀에서 측 량값을 분석한 후 공사팀에 전달하여 분석된 선형에 의 해 보정된 폼셋팅값을 폼셋팅에 적용 하도록 한다. 이와 같은 과정을 통해 보정된 값은 <그림 6>과 같 표 1. 새만금대교 형상관리 목표치 구분기준치목표치(mm)비고 보강형 연직변위 L/2,000±210,000 L(지간)= 420.000m 주탑 수평변위 H/1,000±139,500 H(주탑)= 139.500m 케이블 장력도입장력의 ±10% 표 2. 사장교 형상관리 목표치 사례 구분타타라대교수통대교송도3교화명대교 주경간(m)8901,088100270 주탑 높이(m)22030653.589 보강형 연직변위 (mm) ±235±200-±135 주탑 수평변위 (mm) ±110-- 케이블 장력(%)±5±10±10-5~+7.5 그림 4. 보강거더 측량 및 형상관리 기준점 그림 5. 주탑 측량 및 형상관리 기준점제 35 권 6 호 2023. 11 81 이 다음 단계의 세그먼트 타설 시에 오차보정을 수행하 게 된다. 오차는 다음 세그먼트(N+1) 폼셋팅 시 최대 20mm 이하로 보정하고, 그 이상 오차보정이 필요할 경우에는 이후 세그먼트(N+2 이후)에서 보정한다. 3. BIM과 3D 스캐너 활용 사장교 형상관리 새만금대교에는 BIM 기반 형상관리, 3D 스캐너를 활용한 시공관리, 드론·AI 기술을 이용한 안전관리 등 최신 스마트 건설기술이 적용되어 해상교량 시공을 수 행하였다. 3.1 BIM을 이용한 사장교 형상관리 사장교 형상관리 업무는 현장의 정보값 측정 및 전 달, 전문업체의 엔지니어링 업무, 결과값의 수령 등으로 일련의 시간이 소요되어 현장상황의 변경에 따른 변경 된 실측값에 대한 즉각적인 결과 도출이 어렵고 도출된 결과값은 내부적인 검증이 필요하나 전문인력의 부재 로 결과검증 업무가 어려운 실정이다. 또한 기존 형상관리는 BIM을 이용한 사장교 형상관 리 기술 없으며, 기술 난이도가 높아 소수의 회사 및 전 문 엔지니어만 수행하고 있다. 교량 분야에서 BIM은 철 근 간섭 등의 일부 기술에만 적용하고 있으며, 시공 중 형상관리에는 적용되지 않고 있다. 새만금대교에 적용된 BIM 형상관리 기술은 PDF 파 일로 작성된 자동화된 SW로 쉽게 사용 가능한 사장교 형상관리 기술로서, 현장 엔지니어 누구나 쉽게, 시간적 인 제약 없이 활용할 수 있다. 본 기술은 정밀시공을 통 해 시공오류와 재시공해야 하는 경우를 사전에 방지할 수 있어 경제적인 면에서 효과가 있다. 해당 기술은 BIM 사장교 모델과 형상관리 기술을 Acrobat PDF 플랫폼으로 통합한 세계 최초 스마트 시 공관리 기술이다. 해당 플랫폼은 사용자가 PDF를 이용 하여 사장교 시공단계별 케이블의 장력과 무응력장, 보 강형 캠버관리를 손쉽게 관리할 수 있다<그림 7~9>. 그림 6. 오차보정 예시(오차 20mm 이하 / 오차 20~40mm 경우) 그림 7. PDF 기반 BIM 사장교 형상관리 SW – 개념도 그림 8. PDF 기반 BIM 사장교 형상관리 SW – 케이블 형상관리 그림 9. PDF 기반 BIM 사장교 형상관리 SW – 보강형 형상관리공사기사 1 | CONSTRUCTION ARTICLES Magazine of the Korea Concrete Institute 82 보다 구체적으로 해당 기술을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 형상관리 담당자는 케이블과 보강형, 주탑에 대 한 설계 목표치와 시공단계별 구조해석 결과를 PDF 플 랫폼 안에 Data Sheet로 입력을 입력한다. 이후, 현장 관리자가 PDF 플랫폼 내의 시공단계별 3 차원 BIM 모델에서 해당 시공단계를 선택하여 주탑/ 보강거더 레벨과 케이블의 좌표 측량값을 입력하면, 자 동으로 형상관리 결과치가 계산되어 출력된다. 이에 따 라 현장 담당자가 직관적으로 형상관리 수행이 가능하 다. 현장에서는 시공 전에 각종 측량값을 입력하여 각 종 오차를 산정하고, 외기 온도를 반영한 형상관리 조 정치를 확인하여 사용하고 있다. 특히 다발의 스트랜드 로 구성된 MS 케이블의 경우 균등긴장을 위한 Master Strand의 도입장력을 산출하는 기능을 갖추었다. 출력된 값을 바탕으로 현장 관리자는 다음 시공단계 에서 오차를 보정하게 된다. 이러한 과정들은 PDF SW 내에서 형상관리 계산이 자동으로 수행될 수 있도록 Java Coding으로 계산식을 작성하였다. BIM 사장교 형상관리 기술을 이용한 결과 새만금대 교의 형상관리 결과는 <그림 10>과 같다. 케이블 장력은 F/T 제거 후 측정한 장력을 기준으로 이론치 대비 ±10% 장력 오차를 초과하는 케이블이 없으며, 모든 공용중 장력이 허용치 이내인 것으로 평 가되었다. 목표 케이블 장력 대비 최대편차 108.6% 및 평균오차 98.6%로서, 관리 한계인 90%~110% 이내 임을 확인하였다. 보강형 거더는 연직 처짐 관리 한계값인 210mm (L/2,000) 이내에서 시공되었으며, 장력 측량결과 모든 위치에서의 보강형 레벨이 형상관리 목표치 이내인 것 을 확인할 수 있었다. 보강형의 안전성을 검토한 결과 시공 및 공용 중에 발생하는 응력이 허용응력 이내로 안전한 것으로 평가되었다. 3.2 3D 스캐너 활용 사장교 정착구 디지털 시공관리 3D 스캐너 건설분야 활용도는 증가하고 있지만 대형 부재 및 공간에 대한 스캔 등에 제한적으로 활용되고 있고 미세한 디지털(Digital) 측량과 관련된 활용에는 한계가 있다. 측경간(mm)주경간(mm)주경간(mm)측경간(mm) 최대(+) 24(+) 30(+) 74(-) 4 최소(-) 81(-) 102(-) 101(-) 85 관리 범위±210±210±210±210 그림 10. 새만금대교 보강거더 형상관리 결과제 35 권 6 호 2023. 11 83 사장교 가설 시 케이블 정착구 허용 시공기준은 변위 오차 5mm 이내 및 각도오차 ±0.2° 이하이므로 설치 오차 요인 감소가 필수적으로 요구되고, 점(Point) 측량 보다는 3D 입체(Body) 측량을 통한 데이터 디지털화가 필요하다. 새만금대교 현장에서는 기존 광파기 활용 정착구 셋 팅/시공과정을 3D 스캐너와 동시에 수행하여 설치의 정확성을 확보하였다. 기존 광파기의 경우 점(Point) 측 량으로 인해 계측 중 Human Error 발생 가능성이 있 고, 특히 <그림 11>과 같이 정착구의 콘크리트 타설이 완료될 경우 매립된 불측정(Invisible Region) 정착구 의 상세 측량은 기존 광파기로는 불가능하다. 3D 스캐 너를 이용한 입체측량을 수행하여 시공 중 이미 완료된 정착구 계측값을 도출한 후 설계 목표치와 동일 여부를 확인하였다. 계측 전에는 현재 단계 케이블 정착점을 셋팅하기 위 해 시공단계를 고려한 케이블 정착좌표를 산정하고 난 후, 캠버를 고려하여 정착좌표를 보정한다. 계측 중에 는 케이블 정착구 스캔 및 3D 모델화하여 스캐닝 데이 터(Point cloud)에서 정착구 모델링 추출하고, 케이블 정착구 허용 변위 오차 및 설치 각도에 대한 시공 정합 성 분석을 수행한다. 계측 후에는 케이블 시공 정합성 결과 데이터를 디지털화하여 관리하고, 공용 중 활하중, 온도하중 등에 의해 케이블이 정착구와 간섭되는지를 확인하여 케이블과 정착구의 간섭 여부가 없는지 자동 으로 확인할 수 있다. 최종적으로는 <그림 12>와 같이 보고서 형태로 작성 된 케이블 정착구 설치 데이터를 출력할 수 있다. 해당 SW의 개발을 위한 검토 순서는 다음과 같다. • Step 1. 케이블 정착구 이동 후 변동좌표 계산식 유도 - 케이블 자체 이동(3방향 이동 및 회전) 시 변동좌 표 계산 - 보강거더 이동(3방향 이동 및 회전) 시 변동좌표 계산 • Step 2. 시공 완료 시 및 공용 중 케이블 좌표 산정 - (시공 전) 사전 목표좌표 산출 - (시공 후 측량) 시공 완료 직후 설치좌표 측량 - (시공 후 계산) 공용 중 케이블 이동량 계산 • Step 3. 디지털 시공관리 - 해당 케이블 선택 시 목표좌표 자동 업데이트 (Update) - 설치값 시공관리 기준(허용 변위 및 각도) 부합 자 동 확인 - 공용 중 케이블 이동량 자동분석(그래픽 및 Table 표시) 그림 11. 새만금대교 3D 스캐너 모델링 그림 12. 새만금대교 정착구 설치 오차 확인(Excel SW)공사기사 1 | CONSTRUCTION ARTICLES Magazine of the Korea Concrete Institute 84 4. 맺음말 중앙경간 420m, 총연장 770m인 새만금대교는 세 계 10위권 규모의 콘크리트 사장교로서, 설계와 시공 의 기술적인 난이도가 큰 교량이다. 본 기고에서는 새 만금대교 시공에 활용된 스마트 형상관리기술을 소개 하였다. 먼저 사용이 직관적인 PDF 기반 BIM 사장교 형상관 리 SW 개발을 통해 현장 엔지니어 모두가 쉽게 사용할 수 있는 환경을 구축하였다. 3E(Everybody, Everytime, Easy) 형상관리 SW 개발하여 기술적인 난이도를 극복하 였다. 또한 사장교 케이블 정착구 정밀시공(허용오차 기 준:5mm 및 ±0.2° 이하)을 위해 3D 스캐너를 활용 한 디지털 시공관리 기술을 적용하여 정밀한 측량값 산 정 및 보정값을 정착구 시공에 활용하였다. 이러한 기술을 바탕으로 향후 장대교량 분야의 특화 된 설계와 스마트 건설기술이 융합 적용된 첫 시도로써, 새만금대교는 향후 국가의 장대교량 경쟁력에 크게 기 여를 할 것으로 기대된다. 담당 편집위원 : 이희영(조선대학교) heeyoung0908@gmail.com 고영곤 부장 은 서울시립대학교를 졸업하고 서울대학교에서 석사학위 취 득 및 박사과정을 수료하였다. 장대교 량 구조물설계 분야에 종사하였으며, 토목구조기술사이다. 현재 포스코이 앤씨 R&D Center에서 장대교량 설계 및 형상관리, 초고강도 케이블 분야 등 의 기술지원 및 연구개발 수행 중이다. kykon@hanmail.net 전상필 부장 은 성균관대학교 토 목공학과를 졸업하고 포스코이앤씨에 입사하여 인프라사업본부에 재직 중 이며, 현재 새만금 남북도로 2단계 2 공구 현장소장으로 새만금대교 건설 을 수행 중이다. spchun21@naver.com 허범 대리 는 연세대학교 토목공 학과를 졸업하고 포스코이앤씨에 입 사하여 인프라사업본부에 재직 중이 며, 현재 새만금 남북도로 2단계 2공 구 공사담당으로 새만금대교 건설을 수행 중이다. hb1375@naver.com • 저 자 : 한국콘크리트학회 • 정가(비회원가) : 20,000원 • 출판사 : 한국콘크리트학회 • 회원할인가 : 16,000 원(20%) • 발행일 : 2021.11.30 • 배송비 : 착불 (4,000원), 평균배송일 2일 이내 | 도서소개 | 「한중 콘크리트 시공」은 양생기간에 콘크리트가 동결될 염려가 있는 한중 기간에 콘크리트 시 공 시 주의해야 할 지침을 담은 콘크리트 실무매뉴얼이다. 한중 콘크리트 시공을 적용해야 하는 기 간부터 공사계획과 콘크리트 재료 및 배합 등을 순서대로 안내하며, 시공 시 참고할 수 있도록 지 역별 일평균기온과 적산온도를 수록하였다. 한중 콘크리트의 시공제 35 권 6 호 2023. 11 85 공사기사 2 | CONSTRUCTION ARTICLES 내력 PC 코어 시스템 개발 및 현장 적용 사례 Development and Field Application of the Bearing Precast Concrete Wall 권순영 Soon-Young Kwon (주)까뮤이앤씨 PC부문 부문장 1. 머리말 Precast Concrete 공법(이하 PC 공법)은 콘크리트 부재를 공장에서 제작하고 현장에서 조립하는 공법으로, 현장 터 파기 작업과 동시에 공장에서 부재 생산이 가능하여 공사 기간을 단축시킬 수 있고, 작업 여건이 좋은 공장에서 부재 를 생산하기 때문에 품질관리 및 안전관리 측면에서 유리하다. 그러나 PC 공법은 현장에서 부재를 조립하기 때문에 PC 부재 사이의 접합부 일체화 문제가 있다. 이로 인해 1992년 건설교통부(현재 국토교통부)는 PC 조립식 주택의 층 수를 15층 이하로 제한하였고, 이러한 기준은 아직 개정되지 않아 국내에서 PC 공법은 지하주차장, 물류창고 등 적용 구조물이 제한적인 실정이다. 2020년 코로나 팬데믹과 더불어 온라인 쇼핑에 의한 물류센터 증가, 기술 발전에 의한 반도체 공장 증축으로 공기 단축이 가능한 PC 공법이 활성화되었다. 또한, 인구의 고령화 및 외국인 근로자 감소로 인한 노무비 상승, 근로시간 단 그림 1. PC 공동주택 코어 현황 그림 2. 내력 PC 코어 적용 예시공사기사 2 | CONSTRUCTION ARTICLES Magazine of the Korea Concrete Institute 86 축, 레미콘 8·5제 등의 이슈로 현장 작업을 최소화할 수 있는 PC 공법이 이슈화되며 기존의 지하주차장, 물 류센터, 반도체 공장뿐만 아니라 공동주택에도 PC 공 법을 적용하기 위한 다양한 연구가 수행되고 있다. 특히 건축물의 코어에 PC 벽체를 적용하는 연구가 많이 수행되고 있는데, 코어 벽체는 구조물의 수직하중 과 수평하중을 받는 구조벽으로 횡력저항이 가능한 PC 전단벽체를 적용하면 공사관리가 용이하고 장비 효율 이 극대화되어 공기를 단축시킬 수 있다. 그러나, PC 공 법이 적용되는 시공 현장에서 코어부는 <그림 1>과 같 이 비내력 PC 벽체 또는 RC 벽체로 시공되고 있다. <그 림 2>와 같이 코어벽을 PC 벽체로 적용하기 위해서는 내력을 받는 PC 벽체의 개발이 필요하다. (주)까뮤이앤씨는 PC 벽체의 수평 및 수직 접합부에 서 일체화된 거동으로 횡력 작용 시 내진성능을 발휘할 수 있는 PC 전단 벽체를 개발하였다. 각형강관/스터 드 볼트 등을 사용하여 일체성을 확보한 접합부 상세를 소개하고 성능 검증을 위한 수직 및 수평 접합부 구조 실험 내용 및 당사 물류센터 현장에 적용된 시공사례를 소개하고자 한다. 2. 내력 PC 코어 시스템 2.1 접합부 상세 개발 PC 벽체가 내력 벽체로 거동하기 위해서는 부재와 부재가 연결되는 접합부의 효율적인 힘의 전달을 위하 여 접합부의 연속성이 충분히 확보되어야 한다. 하부 벽체와 상부 벽체가 접합되는 수평 접합의 경우 일반 적으로 스플라이스 슬리브, 콜로게이트 덕트, 특수 연 결 철물 등이 사용되고 있으나, 이러한 방식으로 내력 벽체를 형성할 경우 횡력이 작용할 때 패널 단부에 응 력이 집중되고 강도가 저하되어 내력 벽체로 사용할 수 없다. PC 벽체를 내력 벽체로 활용하기 위해서는 단부 의 강도 보강이 가능한 접합 방식이 필요하다. (주)까뮤이앤씨는 각형강관/스터드볼트 등을 사용 하여 접합부 일체성을 확보한 PC 전단벽체를 개발하였 다. 개발된 벽체는 스터드 부착형 각형강관이 매입되어 내진성능을 확보하도록 한다. <그림 3>에 수직 접합부 상세를 나타내었고 <그림 4>에는 수평 접합부 상세를 나타내었다. 벽체는 <그림 3, 4>와 같이 PC 벽체 패널, 스터드 부착형 각형강관, 각형강관 철근, 돌출 철근, 스 플라이스 슬리브로 구성된다. 수직 접합부는 PC 벽체 패널에 스터드 부착형 각형 강관이 매입된다. 각형강관은 횡력 작용 시 PC 벽체 단 부에 발생하는 인장력을 보강하여 내진성능을 확보한 다. 좌우 벽체를 연결하는 스터드는 벽체 사이의 전단 연결재로 우측 벽체의 돌출철근과 함께 조립되고 접합 부에 콘크리트를 타설하여 수직 접합부를 일체화한다. 벽체에 횡력이 작용할 경우 전단연결재인 스터드가 미 끄러짐 변형에 저항하여 일체성을 확보한다. 수평 접합부는 스플라이스 슬리브와 각형강관 철근 으로 접합부를 일체화한다. 벽체 상단의 각형강관은 < 그림 3>과 같이 각형강관 철근이 용접되어 상부 벽체의 하부측 각형강관과 연결되고 내부에 콘크리트를 타설 그림 3. 수직 접합부 상세 그림 4. 수평 접합부 상세제 35 권 6 호 2023. 11 87 하여 모르타르가 충전된 스플라이스 슬리브와 함께 수 평 접합부를 일체화한다. 2.2 수직 접합부 성능 실험 2.2.1 실험 계획 (주)까뮤이앤씨는 2020년 5월, 개발된 PC 전단벽체 의 측면조립으로 인한 접합부 성능을 검증하기 위하 여 수직 접합부 성능 실험을 수행하였다. 실험은 실대 형 반복가력 실험을 수행하였고, 국내 건설현장에서 보 편적으로 활용되는 PC 벽체 시공방법을 이용한 기존 PC 실험체와 당사에서 개발된 내력 PC 실험체로 나누 어 두 PC 벽체의 성능을 비교하였다. 실대형 성능 실험 을 위해 국내 소재 물류센터를 대상 구조물로 결정하 고, 이 중 개발된 PC 전단벽체의 적용대상이 되는 코 어부 벽체에 대한 상세를 종합하여 실험체 크기, 콘크 리트 압축강도, 철근 상세를 결정하였다. 벽체의 폭은 1,500mm 높이는 5,000mm 벽체의 두께는 300mm 이고, 콘크리트 압축강도는 24MPa로 타설하였으며 주 근 및 수평 보강근은 SD400을 사용하였다. 수직 접합부를 구현하기 위하여 2개의 PC 패널과 기 초부로 나뉘어 콘크리트 블록을 제작하였다. 양생이 완 료된 후 기초부에 2개의 PC 벽체를 조립하였다. 기존 PC 벽체 실험체는 U자형 철근으로 수직 접합부를 접합 하였고, 수평 접합부는 스플라이스 슬리브만으로 접합 하였다. 기존 PC 벽체 실험체, 내력 PC 벽체 실험체 모 두 접합부는 모르타르를 채워 각 벽체 패널을 일체화하 였다. <그림 5>에 PC 전단벽체 접합부 성능 실험 셋팅도 를 나타내었다. 충분한 강성을 갖는 반력 프레임을 활 용하여 실험체에 축력 및 횡하중을 가력하였다. 축력은 실험체 상단면에 가력보를 설치하고 철골 프레임을 통 해 실험체의 양측면에 2,000kN 용량의 오일잭으로 가 력하였다. 압축하중은 축력비(가력 압축력/부재의 축 방향 내력)의 10%를 가력하였고, 횡방향 변위가 발생 하더라도 지속해서 축력이 가해질 수 있도록 2개의 힌 지를 설치하였다. 가력은 ACI 374에 따라 변위제어 방 식으로 프로토콜을 구성하였다. 첫 사이클은 실험체가 탄성 상태에 있도록 계획하였으며, 이후 변위각은 이전 변위각의 1.25배에서 1.5배 사이가 되도록 결정하였 다. 변위수준별로 3회 반복하여 총 42사이클을 가력하 였다. 2.2.2 실험 결과 <그림 6>에 실험 균열 양상을 나타내었다 <그림 6(a)>는 기존 PC 벽체 실험체의 실험결과이고, <그림 6(b)>는 PC 전단벽체 실험체의 실험결과이다. 실험으로 얻은 하중-변위 곡선을 바탕으로 각 변위 그림 5. 수직 접합부 성능 실험 셋팅도 그림 6. 수직 접합부 실험체의 균열 양상 (a) 기존 PC 벽체 실험체(b) PC 전단벽체 실험체 그림 7. 수직 접합부 실험의 실험체별 포락곡선Next >