최근, 철근의 이음을 용이하게 하기 위한 기계적 이음이 건설공사에서 급증하는 추세이다. 기계적이음의 대표적인 방법 중 하나인 스플라이스 슬리브 이음은 대구경 철근에 대해 적용성이 양호할 뿐만 아니라 철근위치의 오차와 경사에 대한 대응이 가능한 특성을 가지고 있기 때문에 프리캐스트 콘크리트 부재의 접합에 많이 사용되고 있다. 그러나 현재 사용되고 있는 스플라이스 슬리브는 부재 접합부에 충전 모르타르의 삽입을 위한 별도의 관이 설치되어야 한다. 또한 길게 요구되는 철근의 매입길이로 인하여 슬리브는 과대한 형상을 가지며, 부재에 길게 돌출된 철근은 시공성을 현저히 저하시키는 단점이 있다. 최근 기존의 단점을 보완하여 개발되고 있는 헤드 스플라이스 슬리브는 슬리브 내에 고강도 모르타르를 미리 선 충전하여 접합하기 때문에 별도의 관이 불필요하며, 정착된 헤드로 인하여 부착력이 향상됨에 따라 철근의 정착길이를 줄여 단면을 최적화한 상세이다. 이와 같이 개발된 헤드 스플라이스 슬리브의 실용적인 기계적이음을 위해서는 구조적인 성능이 규명되어야 한다. 또한 경제적이고 합리적인 설계를 위해서는 철근의 정착길이, 정착된 헤드의 유무 및 크기에 따른 부착성능의 파악이 필요하다.
이에 따라 본 연구에서는 단순인장실험, 저사이클 반복실험 및 정적 내력실험을 통하여 실험결과와 설계기준을 비교하여 헤드 스플라이스 슬리브의 만족여부를 확인하였다. 헤드 스플라이스 슬리브의 부착성능을 파악하기 위하여 실험은 부착강도에 영향을 미치는 인자들 중 철근의 정착길이, 헤드의 형태 등을 변수로 인장실험을 진행하여 부착성능을 평가하였다. 또한 실험결과를 근거로 하여 기존 연구자의 스플라이스 슬리브의 내력식을 통해 비교 분석하여 헤드 스플라이스 슬리브의 부착거동을 적절하게 평가할 수 있는 내력 평가법에 대해 분석하였다.
단순인장실험 결과, 모든 실험체는 설계기준에서 요구하는 철근의 설계기준 항복강도의 125% 이상 상회하는 것으로 나타났다. 또한 HD22용 슬리브를 제외하고 모든 실험체에서 최종 철근파단으로 나타났으며, HD22용 슬리브의 경우는 실험시 충전모르타르의 강도가 설계압축강도보다 낮게 발현되었기 때문이라고 판단된다. 따라서 충전 모르타르의 강도가 확보될 경우에는 헤드 스플라이스 슬리브가 충분한 인장성능을 보유하는 것으로 사료된다.
저사이클 반복실험 결과, 모든 실험체는 설계기준에서 요구하는 설계기준 항복강도의 125% 이상의 내력을 보유하고 있는 것으로 나타났다. 또한 대부분의 실험체에서 최종 철근파단으로 모재 철근과 동등한 성능을 보유하는 것으로 판단되며, 반복하중에 대한 인장성능도 충분히 보유하는 것으로 나타났다.
정적 내력실험 결과, 모든 실험체의 파단강도는 모재 철근 규격 항복점의 125% 이상 또는 모재 철근 규격 인장강도 이상이어야 한다는 기준에 만족하였다. 또한 강성 측면에서 축방향 강성은 모재 철근 규격 항복점의 70% 응력에 대해 실험체의 할선강성이 모재의 할선강성 이상이어야 하고, 모재 철근 규격 항복점의 95% 응력에서 할선강성이 모재의 할선강성의 90% 이상이어야 한다는 기준을 모두 만족하였다. 잔류변형량은 HD22용 슬리브를 제외하고 만족하는 것으로 나타났다.
부착성능을 평가하기 위한 인장실험 결과, 최대내력은 정착길이가 짧을수록 낮게 나타났으며, 헤드가 부착되지 않은 실험체는 항복이전에 취성적인 모르타르 파괴하는 것으로 나타났다. 또한 철근의 직경에 대한 정착길이 비가 커질수록 내력은 거의 선형적으로 나타났으며, 철근의 정착길이는 부착거동에 영향을 미치는 중요한 요인인 것을 확인하였다. 헤드가 부착된 실험체는 헤드가 부착되지 않은 것보다 2배 이상의 내력차이를 확인하였으며, 헤드의 정착효과는 철근과 충전 모르타르의 부착력과 헤드 정착기구의 지압응력이 더불어 작용하였기 때문에 내력이 많이 상승하는 것으로 판단되며, 헤드의 지압효과는 부착강도를 향상시키는 중요한 요인으로 판단된다.
헤드 스플라이스 슬리브의 제안된 식을 보완하기 위하여 실험결과와 내력식을 비교분석하였다. 그 결과 대부분 100%∼104% 수준으로 헤드 스플라이스 슬리브의 내력산정을 적절히 예측할 수 있는 것으로 사료된다.