본 연구의 목적은 슬리브 이음된 배관 사이의 간극과 Re가 변할 때 배관 내의 유동은 어떻게 변하는지 조사함으로써 조정관 설치 시에 압력손실과 난류 강도를 감소시킬 수 있는 배관 간극(Lp)을 파악하는 것이다. 슬리브 이음된 배관 두께(tp)는 5 mm로 고정 하고 Lp는 10, 50, 100 및 200 mm로 하여 슬리브 이음부의 속도, 압력 분포, 재순환 영역에서의 재부착점 길이 및 Re와의 상관관계를 해석하였다. 상용 프로그램인 Ansys fluent 18.1을 이용하였고, Re의 범위는 200 ≤ Re ≤ 5,000으로 하여 층류에서 난류까지 슬리브 이음부의 유동 특성을 파악하였다. 슬리브 이음부의 확대비와 축소비는 각각 1.2와 0.83이였고 Lp가 일정할 때 Re가 커질수록 슬리브 하류가 장자리(edge)의 난류 강도와 압력 변화가 크게 나타났다. 이는 슬리브 벽면에서의 유동이 tp에 의해 흐트러지고 속도 에너지의 손실이 발생하면서 슬리브 이음부의 가장자리에 영향을 미친 것으로 판단된다. Lp가 10 mm 이하의 경우, Re가 증가함에 따라 가장자리의 난류 강도에는 큰 변화가 없었다. 재순환 영역에서의 재부착점은 Lp가 10 mm 이하에서 나타나지 않았으며 와(vortex)의 영향도 없었다. 3,000 ≤ Re의 경우, Lp가 증가함에 따라 슬리브 이음부 벽면에서의 재부착점 길이는 거의 일정하였다.

In this study, to evaluate the performance of the sleeve structure for high strength reinforced joints and to develop more economical and practical for high-strength reinforced joints sleeve.

The purpose of this research is describing the structural behavior of the Head-Splice Sleeve by a finite element analysis. It is consistent with the experimental date that considering the contact element between mortar and structural steel. This paper is trying to propose that the results of analysis method can be used on the future Finite Element Analysis．

본 논문에서는 반복하중이 작용하는 고강도 모르타르 충전식 슬리브 철근이음의 강성에 대한 합리적인 검토를 하기 위하여 100여개 고강도 모르타르 충전식 슬리브 철근이음의 실험데이터를 이용하여 슬리브 철근이음이 보유하고 있는 구조인자가 반복 하중이 작용하는 슬리브 철근이음의 강성에 미치는 효과를 파악하였고, AIJ 규준에 정해져 있는 강성 등급을 충족시키는 최소한 의 조건에 대하여 평가한 결과, SD350과 SD400 철근을 매입한 모르타르 충전식 주물 슬리브 철근이음에서 fg*(L/d)가 470MPa 이상이 된다면 AIJ 규준의 SA급 강성, fg*(L/d)가 340MPa 이상이 된다면 AIJ 규준의 A급 강성을 최종파괴형식과 슬리브 형상에 상관없이 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 SD500 철근을 매입한 모르타르 충전식 슬리브 철근이음에서 주물슬리브와 강관 슬리브를 사용한 경우는 fg*(L/d)가 400MPa 이상이 된다면 AIJ 규준의 A급 강성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 고강도 모르타르 충전식 기계적 슬리브 철근이음에 대한 단조가력 하에서의 강성을 보다 적절하게 평가하기 위하여, 슬리브 철근이음의 주요한 구조요소가 미치는 단조가력 하에서의 철근이음 강성에 대한 영향을 검토하였고 AIJ 규준에서 설정한 단조가력 하에서의 슬리브 철근이음에 대한 강성 기준과 비교평가하였다. 이것을 위하여 단조가력을 실시한 국내외 189여개 고강도 모르타르 충전식 기계적 슬리브 철근이음의 실험데이터를 조사하고 그 실험결과를 분석하였다. 그 결과, AIJ 규준에서 규정하는 목표 강성을 확보하는데 필요한 fg(L/d)의 한계값을 철근의 종류와 슬리브의 종류에 따라서 각각 제시하였다.

본 연구에서는 기존의 모르타르 충전식 슬리브 철근이음에 대한 부착강도식으로부터 유도한 이 철근이음의 파괴모드 추정방법을 이용하여, AIJ 규준에 의하여 평가한 이 슬리브 철근이음의 강성을 검토하였다. 이것을 위하여 261개 모르타르 충전식 슬리브 철근이음의 기존 실험자료를 채택하여 실험의 결과를 분석한 결과에 의하면 모르타르 충전식 철근이음의 파괴모드 추정방법은 돌기가 없는 강관 슬리브에 SD500 철근을 사용한 철근이음을 제외한 모르타르 충전식 슬리브 철근이음에 대한 강성을 효과적으로 평가할 수 있었다. 그리고 이 슬리브 철근이음의 파괴모드 추정방법에 적용하여 철근의 인장파단 영역에 있는 실험체 중에 주물 슬리브와 돌기가 있는 강관 슬리브를 사용한 실험체에서 SD400 철근을 사용한 경우는 98%, SD500 철근을 사용한 경우는 모든 실험체가 단조가력 시의 강성이 AIJ 규준의 A급 이상인 것으로 나타났고, 철근의 인장파단 영역에 있는 모든 실험체는 슬리브의 종류와 슬리브에 매입한 철근 종류에 관계없이 반복가력 시의 강성이 AIJ 규준의 A급 이상인 것으로 나타났다.

본 연구에서는 보다 자유로운 형상의 슬리브를 만들 수 있는 구상흑연 주철을 이용하여 보다 효과적으로 구조성능을 발휘하면서 SD500 고강도 철근에 적합하게 개발된 모르타르 충전식 슬리브 철근이음을 대상으로 실물크기의 19개 실험체를 제작하여 반복가력실험을 실시하였다. 그리고 강도, 강성, 슬립을 중심으로 한 구조성능에 대하여 본 실험의 주요한 변수에 따르는 영향을 분석하고, 국내기준을 비롯한 주요기준의 요구 성능과 비교하였다. 본 연구결과에서는 SD500 고강도 철근용으로 개발한 모르타르 충전식 슬리브 철근이음은 반복하중이 작용하는 경우에 대하여 국내기준을 비롯한 주요기준에서 요구하는 구조성능을 보유하고 있는 것이 확인되었고, SD500 고강도 철근용 모르타르 충전식 슬리브 철근이음에 대한 구조설계 기준 정립에 필요한 정량적인 기술 데이터를 제시하였다.

본 연구에서는 SD500 고강도 철근에 적합한 강관 스플라이스 슬리브를 개발한 후에 실물크기의 20개 실험체를 제작하여 가력실험을 실시하였다. 그리고 강도를 비롯한 구조성능을 철근의 정착길이, 슬리브의 타입, 철근의 규격과 같은 실험변수에 따른 영향을 분석하고, 국내기준을 비롯한 주요기준에 따라서 비교, 평가하였다. 실험 결과는 SD500 고강도 철근용으로 개발된 강관 스플라이스 슬리브 철근이음은 주요기준에서 요구하는 구조성능을 가지고 있는 것으로 확인되었고 SD500 고강도 철근용 슬리브 철근이음에 대한 구조설계 기준 확립을 위한 기술적 자료를 제시하였다.