본 연구는 기존의 가설 흙막이 벽으로만 사용되는 현장제조 CIP를 기성제 PHC 파일로 대체하여 흙막이 겸 영구벽체로 사용하는 융합 공법을 제안하고 적용가능성을 확인하였다. PHC파일은 공장제작으로 품질을 믿을 수 있으며 재료적으로 콘크리트 강도나 긴장재의 인장응력이 CIP에 비해 우수하고 구조적으로도 큰 휨내력을 가지고 있다. 이러한 장점을 기진 PHC파일을 이용한 영구벽체 공법은 기존의 가설 흙막이 공법과 비교하면 시공이 간편하고 경제적이며 현장타설이 최소화되어 공기단축이 가능하다. 또한 공장제작을 통해 균질한 구조성능을 얻을 수 있고 흙막이와 지하외벽이 이중 시공되지 않으므로 공간활용 측면에서도 유리한 장점이 있는 것으로 나타났다. This study was intended to suggest a new-concept construction method of permanent basement wall combined with earth retaining wall by using PHC piles to overcome the disadvantages of conventional CIP methods or the like which have been used just for earth retaining walls during field construction, and to determine its applicability. PHC piles are characterized by the reliable quality attributed to prefabrication (shop fabrication) as well as superior concrete strength and prestressing steel strength to that of CIP in the aspect of materials, and also higher bending moment than that of CIP in the aspect of structure.

이 연구는 정착부 홀의 높이, 안장(saddle) 형상, 재하 시간점을 매개변수로 하여 무부착(post-tensioning) 방식의 보강을 정착부 홀의 높이, 안장 형상, 재하 시간점으로 강화함으로써 적절한 보강 방법을 제시하고자 하였으며, 휨 실험을 통해 보강 방법을 평가하였다. 그 결과, 본 실험은 보강의 효과가 있음을 보여주었는데, 프리스트레스를 도입하기 전 SC 합성 보의 최대 강도비(실험값 대 이론값의 비)는 0.97이었고, 프리스트레스 도입 후에는 1.00~1.21이었다. 변위와 변형률에 대한 분석 결과, 정착부 홀의 높이와 재하 시간점에 관계없이, 보강 후 중립축(neutral axis)에 정착부 홀이 설치된 D120-시리즈 시편은 최대 하중 이후 갑작스러운 하중 감소 없이 처짐이 지속적으로 증가하였으며, 각 부위의 비교적 낮은 변형률로 안정적으로 거동하였다. 보강 효과 측면에서, 선재하(pre-loading) 후 프리스트레스를 도입한 SCR-UD120 시편의 최대 강도는 선재하 후 프리스트레스를 도입하지 않은 SC 합성 보에 비해 1.72배 증가하였다. 따라서 선재하 후 프리스트레스를 도입한 SCR-UD120 시편이 가장 우수한 것으로 나타났다.

본 연구에서는 프로파일 두께 및 전단 보강을 변수로 하여 시편을 제작하였다. 휨 및 전단 거동을 점검하고, 그 결과와 이론값을 비교 분석하여 T-형 모듈형 합성 프로파일 보(T-section Modular Composite Profiled Beams, TMPB)의 적용 가능성을 확인하고자 하였다. TMPB에서는 거푸집 기능의 프로파일이 구조적으로 하중에 저항하는 역할을 수행한다. 또한 TMPB에 도입된 모듈 개념은 다음과 같은 장점을 가진다. 공장에서 대량생산이 가능하고, 기존의 H-빔보다 가볍고, 현장에서 제작할 수 있으며, 단면 크기를 자유롭게 조절할 수 있다. T1 시편은 연성 거동을 보였는데, 모듈 간 분리 없이 최소한 항복 변형률에 해당하는 변형이 전체 단면에서 나타났다. 전단 보강이 적용되지 않았음에도 불구하고, 콘크리트 단면의 전단 강도와 최대 휨 모멘트 사이의 차이가 크지 않아, 이론값과 유사한 최대 강도를 나타냈다. 모든 시편에서(단, T1 시편 제외) 볼트의 전단 파괴로 인해 모듈 간 미끄러짐이 발생하였고, 그 결과 휨 모멘트가 완전히 발현되지 못하였다.

이 연구는 프리패브리케이션(prefabrication) 개념을 도입한 합성 단면 프로파일 보에 휨 보강을 적용함으로써 휨 보강 방법을 제시하고자 한다. 프로파일의 사용은 거푸집(framework) 대신 사용할 수 있으며, 전단 및 휨 강도의 향상에 효과적이고 장기 처짐(long-term deflection) 측면에서도 유리하다. 실험 결과, 향상된 모듈을 갖는 MPB-CB2는 이전에 발표된 MPB-CB 및 MPB-LB보다 더 높은 강도와 연성을 보였다. MPB-CB2에 기초하여 변형철근(deformed bar)과 적층(조립) T자형 단면을 이용한 휨 보강의 경우, 변형철근으로 보강된 MPB-RB 계열은 MPB-RT 계열보다 초기 강성, 휨 강도 및 연성이 더 높은 것으로 확인되었다. MPB-RT 계열에서의 보강 효과가 상대적으로 낮은 이유는 적층 T자형 단면 하부에서의 콘크리트 충전이 불량하기 때문일 수 있다. 최소 항복강도(minimum yield strength)를 사용하여 이론값과 실험값을 비교한 결과, 실험값/이론값의 비율은 보강 철근이 단면 대비 더 많은 MPB-RB16과 MPB-RT16을 제외하면 0.9 이상으로 나타났으며, 따라서 보강 모듈형 합성 프로파일 보강 빔은 최소 항복강도에 근거하여 높은 적용 가능성을 지닌 것으로 판단된다.

이 연구는 기존 합성 단면 빔에 프리패브(prefab) 개념을 적용한 모듈러 복합 단면 보(modular composite profile beams)를 제안한다. 프리패브 개념은 두 가지 단면 유형인 측면 모듈(side module)과 하부 모듈(bottom module)을 통해 원하는 크기의 보를 제작한다. 모듈 단면은 건설 작업을 개선할 수 있는데, 그 이유는 다음과 같은 여러 이점이 있기 때문이다: 기존 합성 단면 빔에서 나타날 수 있는 크리프(creep) 및 수축(shrinkage)에 의한 처짐(deflections) 감소, 경간/높이 비(span/depth ratio)의 증가, 그리고 필요한 어떠한 보에 대해서도 자유로운 공장 프리제작(free prefabrication)이 가능하다는 점이다. 확립된 합성 단면 빔 해석 이론에 기초하여 모듈러 복합 단면 빔의 해석 이론을 제안하였고, 해석값을 실험값과 비교하였다. 하중이 증가함에 따라 개별 모듈의 거동을 변형률 게이지(strain gauge)로 측정하였으며, 측정값을 이용하여 모듈 간 전단 연결비(shear connection ratio)를 분석하였다. 실험 결과, 각 시편에서 모듈을 완전 연결(full connection)한 조건에서의 이론적 휨강도는 연결에 따라 57%-80%로 나타났고, 추가적인 모듈 개선을 통해 휨강도가 이론 수준에 근접할 것으로 기대된다.