철근 연결용 스플라이스 슬리브의 이음 및 부착 성능에 대한 해석적 연구

Analytical Study on Bond and Splice Performance of Splice Sleeve for Connecting Rebars

콘크리트 구조물의 고성능화와 프리캐스트 공법의 확대 적용에 따라 현장에서 철근을 신속하고 신뢰성 있게 연결할 수 있는 스플라이스 슬리브의 이음 및 부착성능 평가가 중요해지고 있다. 본 연구에서는 고강도 철근(SD500)과 압축강도 70MPa급 그라우트를 사용하는 철근연결용 스플라이스 슬리브를 대상으로, 철근 직경·매입길이·그라우트 강도를 주요 변수로 하는 3차원 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 해석모델은 기존 실험결과와의 하중–변위 관계 및 파괴모드 비교를 통해 적정성을 검증하였으며, 이를 바탕으로 각 변수에 따른 이음부의 강성 및 부착거동을 분석하였다. 그 결과, 슬리브 이음부의 성능과 강성은 그라우트 강도보다 철근 매입길이에 더 크게 지배되는 것으로 나타났으며, 특히 매입길이가 철근 지름의 약 7.5배 이상일 때 극한 하중에서 철근 인장응력이 인장강도에 도달하는 반면, 이보다 짧은 경우에는 철근 슬립에 의한 파괴가 우세하여 이음 성능이 저하되는 것으로 확인되었다. 따라서 본 연구에서 구축한 비선형 유한요소해석 기법은 슬리브 이음부의 거동을 정량적으로 평가하고, 설계에 필요한 최소 매입길이 기준을 검토하는 데 유효한 도구로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

The use of high-performance concrete and precast construction has increased the need to evaluate the mechanical and bond behavior of grout-filled splice sleeves for rapid and reliable bar connection on site. This study investigates a splice system using high-strength reinforcing bars(SD500) and grout with a compressive strength of 70MPa by means of three-dimensional nonlinear finite element analysis. Bar diameter, embedment length, and grout strength were selected as the main parameters. The numerical model was validated against existing test results by comparing load–displacement curves and failure modes, and then used to examine the stiffness and bond behavior of the splice region. The analysis showed that the structural performance of the connection is governed more strongly by the embedment length than by the grout strength. When the embedment length was about 7.5 times the bar diameter or greater, the bar stress at ultimate load reached its tensile strength, whereas shorter anchorage led to slip-controlled failure and reduced splice capacity. These results indicate that the proposed nonlinear finite element approach is effective for quantitatively assessing the behavior of grout-filled splice sleeves and for examining minimum embedment length requirements for design.