최근 건설시장의 동향은 초고층, 대공간, 대형 구조물의 증가에 따라 효율적인 건설공사를 위하여 건설기술의 발전과 건설재료의 고성능화가 이루어지고 있다. 미국기준인 ACI 318-19에서 사용가능한 철근의 최대설계항복강도를 690MPa로 제시하였고, 국내 기준 또한 KDS 14 20 52;2021(이하 KDS-2021)에서 철근의 최대설계항복강도를 600MPa로 제시하였다. 이에 따라 추후 효율적인 건설공사를 위하여 SD700급 이상의 고강도 철근의 실험적 연구의 필요성이 증대되고 있다. 고강도 철근 사용 시 정착길이를 줄이기 위하여 갈고리철근을 사용할 수 있지만, 갈고리철근을 사용할 경우 갈고리부분의 콘크리트 충전성 문제 및 접합부 등에서 과밀배근될 가능성이 크다. 갈고리철근을 대체하기 위하여 철근 단부에 지압판을 가공하여 기계적 정착공법인 확대머리철근을 사용하면 정착길이를 줄일수 있음과 동시에 콘크리트 충전성 및 과밀배근을 해소하여 시공성을 향상시킬 수 있다. 확대머리철근의 정착 및 이음에 관한 연구는 보-기둥 접합부에서의 정착성능에 관한 실험적 연구의 방향이 주를 이루고 있고, 현재 국내에서는 일반보와 단차가 있는 보에서 확대머리철근을 사용하기 위한 실험적 연구가 미비한 실정이다. 단차가 있는 보 또는 PC(Precast Concrete, 프리캐스트 콘크리트)구조에서 연결재로 확대머리철근을 사용할 경우, 확대머리철근이 겹침이음되는 상세를 가지게 된다. 이에 따라 일반 보 및 단차있는 보에서 고강도 확대머리철근을 겹침이음하여 인장재로 사용하였을 경우 겹침이음성능에 관한 실험적 연구가 필요하다고 사료된다. 따라서 본 연구에서는 고강도 확대머리철근의 겹침이음성능에 관한 실험적 연구를 목적으로 일반 보에서 겹침이음 실험, 일반 보에서 수직겹침이음 실험, 단차있는 보에서 겹침이음 실험을 실시하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.

1) 모든 실험체에서 겹침이음성능을 만족하지 못하고 최종 겹침이음부 파괴가 나타날 경우 겹침이음길이가 증가할수록 최대내력이 상승하였고, 겹침이음성능을 만족하고 압축측 콘크리트 압괴로 최종 휨파괴가 나타날 경우 최대내력 상승 없이 유사한 내력이 나타났다.

2) 실험체 파괴 양상은 주로 확대머리의 지압판이 위치한 부근에서 균열폭이 확장되었다. 일반 보에서 이음길이가 부족할 경우 보 하부면에 수평균열이 발생하였고 횡보강근 간격이 75mm인 SD실험체가 93mm간격을 가진 SK 실험체에 비하여 중앙부 휨균열을 억제하였다. 단차있는 보에서 90° 갈고리형 확대머리철근을 적용한 상세가 일자형 확대머리철근에 비하여 겹침이음부 수평균열을 억제하였다.

3) 수직겹침이음 보의 실험 시 실제 콘크리트압축강도 측정값이 26.2MPa으로 설계 콘크리트압축강도(30MPa)에 미치지 못하여 VLS1 실험체가 정착길이 부족으로 이론내력에 비해 2~3%부족하였고, VLS2 실험체는 이론내력에 비해 14~21%크게 나타났다. 겹침이음 수직간격에 의한 보의 거동의 차이는 미미했으며, 보의 휨성능에 겹침이음길이가 더 큰 영향을 미치는 것으로 사료된다.


4) 설계 정착길이와 재료 시험값을 반영하여 다시 계산한 실제 정착길이를 비교하였을 때, ACI 318-19의 확대머리철근 정착길이 산정식이 KDS-2021식과 비교하였을 때 약 13.7~35.5%큰 정착길이가 계산되어 더 큰 안전율을 가지고 있는 것으로 사료된다.

5) 일반 보에서 확대머리철근을 겹침이음하여 인장재로 사용할 경우 KDS-2021의 확대머리철근 정착길이 산정식으로 계산된 길이의 1.3배 이상, ACI 318-19의 확대머리철근 정착길이 산정식으로 계산된 길이의 1배 이상이면 겹침이음성능을 만족하며 연성적인 거동을 하는 것으로 나타났다.

6) 실험 결과를 통하여 단차있는 보에서 연결재로 확대머리철근을 겹침이음하는 상세를 가질 경우 일반 보에서 요구되는 정착길이의 약 13~17% 작게 설계하여도 충분한 휨 성능을 만족하는 것으로 사료된다.

7) Chun(2013)에서 제시하고 있는 정착강도 산정식을 통하여 계산된 값과 본 실험에서 측정된 정착강도를 비교하였을 때 SD700철근이 사용된 일반 보 및 단차있는 보 실험체에서는 예측값의 약 1.05~1.50배가 측정되었고 일반 보의 수직겹침이음 실험체에서는 약 0.41~0.73배가 측정되었다. SD500과 SD600이 사용된 실험체에서는 예측값의 약 0.71~0.90배가 측정되었다.