본 논문은 표준화재에 노출된 철근콘크리트 기둥의 내화성능평가를 위한 적정 하중비를 제안하는데 그 목적이 있다. 아직 국내에 건축물 화재시 계수하중이 설정되어 있지 않은 상황에서 고온에 노출된 철근콘크리트 기둥의 강도저감율로부터 내화성능평가시 하중비의 선정방안을 역으로 제시하고 적정한 하중비를 설정, 제안한데 본 논문의 의의가 있다고 하겠다.
하중비 설정을 위해 Eurocode의 간편 계산모델을 활용하였다. 이를 위해 표준화재에 노출시킨 일반강도 철근콘크리트 기둥의 내화실험을 실시하고, 그 결과로부터 철근콘크리트 기둥의 유효단면적 및 강도 잔존율을 산출하였다.
철근콘크리트 기둥의 온도이력 자료를 확보하기 위한 내화실험은 비재하실험과 재하실험을 병행하였으며, 실험결과 얻어진 온도이력은 EN 1992-1-2의 500℃ 등온선법을 이용해 철근콘크리트 기둥의 강도잔존율과 내화성능을 예측하는데 활용하였다.
5장에서는 ...
본 논문은 표준화재에 노출된 철근콘크리트 기둥의 내화성능평가를 위한 적정 하중비를 제안하는데 그 목적이 있다. 아직 국내에 건축물 화재시 계수하중이 설정되어 있지 않은 상황에서 고온에 노출된 철근콘크리트 기둥의 강도저감율로부터 내화성능평가시 하중비의 선정방안을 역으로 제시하고 적정한 하중비를 설정, 제안한데 본 논문의 의의가 있다고 하겠다.
하중비 설정을 위해 Eurocode의 간편 계산모델을 활용하였다. 이를 위해 표준화재에 노출시킨 일반강도 철근콘크리트 기둥의 내화실험을 실시하고, 그 결과로부터 철근콘크리트 기둥의 유효단면적 및 강도 잔존율을 산출하였다.
철근콘크리트 기둥의 온도이력 자료를 확보하기 위한 내화실험은 비재하실험과 재하실험을 병행하였으며, 실험결과 얻어진 온도이력은 EN 1992-1-2의 500℃ 등온선법을 이용해 철근콘크리트 기둥의 강도잔존율과 내화성능을 예측하는데 활용하였다.
5장에서는 내화설계에 있어서 하중비 개념을 정리하고 하중비 설정방안을 제안하였다. 하중비는 일반강도와 고강도콘크리트로 구분하여 산출하였으며, 일반강도 콘크리트 기둥의 하중비는 EN 1992-1-2의 등온선 도식으로부터 추정한 기준단면 기둥의 하중비와 비교하고, 2차 재하실험을 통해 설정 하중비의 타당성을 추가 검토하였다. 고강도 철근콘크리트 기둥의 하중비는 EN 1992-1-2에서 제시하는 유효면적 산정 계수를 적용하여 강도저감율을 산출하고 이로부터 60MPa, 80MPa급 고강도 기둥의 하중비를 제시하였다. 본 연구의 결과를 종합 정리하면 다음과 같다.
1) 고온에 노출된 철근콘크리트 기둥의 중량감소율은 단면적이 작을수록 크게 나타나며, 비재하 방식의 주철근 온도 판정 방법에서는 피복두께가 증가할수록 철근온도의 변화가 완만해 내화성능에 유리한 것으로 나타났다. 그러나 주철근의 최종 평균온도에 미치는 영향은 40㎜ 이상 피복두께가 확보되는 경우 피복두께보다 단면크기의 영향이 더 큰 것으로 나타났다.
2) 고온에 노출된 철근콘크리트 기둥의 단면이 작은 경우는 축압축강도확보에 철근의 기여도가 크며, 단면이 커질수록 콘크리트의 기여가 증가한다. 일반강도 콘크리트의 강도 차이는 화재시 콘크리트 기둥의 강도저감에 크게 관여하지 않는다. 콘크리트 피복두께도 콘크리트 기둥의 강도저감에 크게 영향을 미치지 않으나, 단면이 작은 경우는 피복두께 증가가 기둥 강도유지에 다소 긍정적 영향을 미치는 것으로 나타났다.
3) 철근의 강도저감율은 피복두께에 영향을 받으며, 이 때문에 철근의 강도저감은 폭렬발생 우려가 높은 고강도콘크리트의 경우 더 크게 나타날 것으로 판단되므로 이에 대한 대책이 요구된다. 기둥 단면크기 증가와 기둥 강도 잔존율은 높은 상관관계를 가지며, 단면이 커질수록 기둥 강도 잔존율이 선형적으로 정비례한다.
4) 철근콘크리트 기둥의 하중비를 상온에서의 축압축강도에 대한 화재노출시 잔존 축압축강도의 비로 정의하고 내화성능평가를 위한 기준단면을 300×300㎜로 설정하여 하중비를 도출한 결과 일반강도 철근콘크리트 기둥의 하중비는 0.46, 고강도 철근콘크리트 기둥의 하중비는 60MPa의 경우 0.43, 80MPa의 경우 0.35로 나타났다.
5) 본 연구에서 도출한 일반강도 철근콘크리트 기둥 하중비 0.46은 부재 유효단면의 축소로 인한 세장비의 효과 등이 반영되지 않은 한계는 있으며, 보다 많은 실험자료와 타당성 있는 해석자료에 의해 보완될 수 있다. 하지만 추가실험 및 EN 1992-1-2의 동일단면 등온선 도식을 활용한 계산결과와 비교를 통해 타당성이 있는 것으로 나타났으므로 앞으로 철근콘크리트 기둥의 내화성능 평가에 직접 적용 가능할 것으로 판단된다.
6) 결론적으로 철근콘크리트 기둥의 내화성능평가시 하중비는 0.45 정도가 바람직한 것으로 판단된다. 고강도콘크리트는 이보다 낮은 하중비가 산출됐지만 하중비는 상온시 부재의 강도에 대한 화재시 계수하중의 비율을 설명하는 개념으로서 평가대상의 특정성보다는 보편적 기준을 적용해야 하는 내화성능평가시 하중비의 설정은 부재의 재료적 특성 및 구성요건에 관계 없이 공통적 지표로 적용되어야 한다.
7) 본 논문에서 제시한 철근콘크리트 기둥의 하중비는 향후 관련연구 진행 및 건축구조기준의 화재시 하중조합과 계수하중 설정시 참고가 될 수 있으며, 고강도콘크리트 관리기준에 따른 철근콘크리트 기둥 내화성능평가에 바로 적용 가능할 것으로 판단된다.
본 논문은 표준화재에 노출된 철근콘크리트 기둥의 내화성능평가를 위한 적정 하중비를 제안하는데 그 목적이 있다. 아직 국내에 건축물 화재시 계수하중이 설정되어 있지 않은 상황에서 고온에 노출된 철근콘크리트 기둥의 강도저감율로부터 내화성능평가시 하중비의 선정방안을 역으로 제시하고 적정한 하중비를 설정, 제안한데 본 논문의 의의가 있다고 하겠다.
하중비 설정을 위해 Eurocode의 간편 계산모델을 활용하였다. 이를 위해 표준화재에 노출시킨 일반강도 철근콘크리트 기둥의 내화실험을 실시하고, 그 결과로부터 철근콘크리트 기둥의 유효단면적 및 강도 잔존율을 산출하였다.
철근콘크리트 기둥의 온도이력 자료를 확보하기 위한 내화실험은 비재하실험과 재하실험을 병행하였으며, 실험결과 얻어진 온도이력은 EN 1992-1-2의 500℃ 등온선법을 이용해 철근콘크리트 기둥의 강도잔존율과 내화성능을 예측하는데 활용하였다.
5장에서는 내화설계에 있어서 하중비 개념을 정리하고 하중비 설정방안을 제안하였다. 하중비는 일반강도와 고강도콘크리트로 구분하여 산출하였으며, 일반강도 콘크리트 기둥의 하중비는 EN 1992-1-2의 등온선 도식으로부터 추정한 기준단면 기둥의 하중비와 비교하고, 2차 재하실험을 통해 설정 하중비의 타당성을 추가 검토하였다. 고강도 철근콘크리트 기둥의 하중비는 EN 1992-1-2에서 제시하는 유효면적 산정 계수를 적용하여 강도저감율을 산출하고 이로부터 60MPa, 80MPa급 고강도 기둥의 하중비를 제시하였다. 본 연구의 결과를 종합 정리하면 다음과 같다.
1) 고온에 노출된 철근콘크리트 기둥의 중량감소율은 단면적이 작을수록 크게 나타나며, 비재하 방식의 주철근 온도 판정 방법에서는 피복두께가 증가할수록 철근온도의 변화가 완만해 내화성능에 유리한 것으로 나타났다. 그러나 주철근의 최종 평균온도에 미치는 영향은 40㎜ 이상 피복두께가 확보되는 경우 피복두께보다 단면크기의 영향이 더 큰 것으로 나타났다.
2) 고온에 노출된 철근콘크리트 기둥의 단면이 작은 경우는 축압축강도확보에 철근의 기여도가 크며, 단면이 커질수록 콘크리트의 기여가 증가한다. 일반강도 콘크리트의 강도 차이는 화재시 콘크리트 기둥의 강도저감에 크게 관여하지 않는다. 콘크리트 피복두께도 콘크리트 기둥의 강도저감에 크게 영향을 미치지 않으나, 단면이 작은 경우는 피복두께 증가가 기둥 강도유지에 다소 긍정적 영향을 미치는 것으로 나타났다.
3) 철근의 강도저감율은 피복두께에 영향을 받으며, 이 때문에 철근의 강도저감은 폭렬발생 우려가 높은 고강도콘크리트의 경우 더 크게 나타날 것으로 판단되므로 이에 대한 대책이 요구된다. 기둥 단면크기 증가와 기둥 강도 잔존율은 높은 상관관계를 가지며, 단면이 커질수록 기둥 강도 잔존율이 선형적으로 정비례한다.
4) 철근콘크리트 기둥의 하중비를 상온에서의 축압축강도에 대한 화재노출시 잔존 축압축강도의 비로 정의하고 내화성능평가를 위한 기준단면을 300×300㎜로 설정하여 하중비를 도출한 결과 일반강도 철근콘크리트 기둥의 하중비는 0.46, 고강도 철근콘크리트 기둥의 하중비는 60MPa의 경우 0.43, 80MPa의 경우 0.35로 나타났다.
5) 본 연구에서 도출한 일반강도 철근콘크리트 기둥 하중비 0.46은 부재 유효단면의 축소로 인한 세장비의 효과 등이 반영되지 않은 한계는 있으며, 보다 많은 실험자료와 타당성 있는 해석자료에 의해 보완될 수 있다. 하지만 추가실험 및 EN 1992-1-2의 동일단면 등온선 도식을 활용한 계산결과와 비교를 통해 타당성이 있는 것으로 나타났으므로 앞으로 철근콘크리트 기둥의 내화성능 평가에 직접 적용 가능할 것으로 판단된다.
6) 결론적으로 철근콘크리트 기둥의 내화성능평가시 하중비는 0.45 정도가 바람직한 것으로 판단된다. 고강도콘크리트는 이보다 낮은 하중비가 산출됐지만 하중비는 상온시 부재의 강도에 대한 화재시 계수하중의 비율을 설명하는 개념으로서 평가대상의 특정성보다는 보편적 기준을 적용해야 하는 내화성능평가시 하중비의 설정은 부재의 재료적 특성 및 구성요건에 관계 없이 공통적 지표로 적용되어야 한다.
7) 본 논문에서 제시한 철근콘크리트 기둥의 하중비는 향후 관련연구 진행 및 건축구조기준의 화재시 하중조합과 계수하중 설정시 참고가 될 수 있으며, 고강도콘크리트 관리기준에 따른 철근콘크리트 기둥 내화성능평가에 바로 적용 가능할 것으로 판단된다.
This paper aims to propose an appropriate load ratio for an evaluation of fire resistance performance for a einforcement concrete column subjected to standard fire. In other words, under the condition which a coefficient load is not locally set up during building fire, the paper is to propose a calc...
This paper aims to propose an appropriate load ratio for an evaluation of fire resistance performance for a einforcement concrete column subjected to standard fire. In other words, under the condition which a coefficient load is not locally set up during building fire, the paper is to propose a calculation method of the load ratio, and set up and propose an appropriate load ratio using a strength reduction ratio of reinforcement concrete column.
Simple calculation model of the Eurocode has been used for the establishment of the load ratio. To do this, a fire resistance test of a reinforcement concrete column with a general strength exposed to standard fire has been carried out to calculate an available cross section and strength residual ratio of the reinforcement concrete column and based on the test results, the load ratio has been settled.
For the fire resistance test to secure a temperature history data of the reinforcement concrete column, unstressed load test has been carried out along with the load test and the temperature history attained from the test has been used for the prediction of the strength residual ratio and the fire resistance performance of the reinforcement concrete column using 500℃ isotherm method of EN 1992-1-2.
The Chapter 5 summarizes the concept of the load ratio and proposes the setting method of the load ratio. The load ratio has been calculated with the classification of a general strength and high strength concrete. The load ratio of the concrete column with the general strength has been compared to the load ratio of the standard section column assumed from a isotherm diagram of EN 1992-1-2 and the feasibility of the load ratio settled has been additionally reviewed based on the second loading fire resistant test. For the load ratio of reinforcement concrete column with high strength, the strength reduction ratio has been estimated using a calculation factor of an available cross section in accordance with EN 1992-1-2 and based on the reduction ratio, 60MPa and 80MPa, the load ratio for high strength column has been indicated. The overall research results can be summarized as follows.
1) The more weight loss of the reinforcement concrete exposed to the high temperature is, the less cross section is shown and the more the cover depth increases, the more fire resistance performance is beneficial due to a gentle variation of the reinforcement temperature in the temperature interpretation method of unloading fire resistant test. But an influence on the final mean temperature of the main reinforcement has been shown that an influence of cross section size is higher than the cover depth in case that over 40 mm cover depth is secured.
2) For a small size reinforcement concrete column exposed to high temperature, a reinforcement highly dedicated to securing of an axial compressive strength and the more cross section is large, the more concrete's dedication increases. Concrete strength is not highly connected to the strength reduction of the concrete column during the fire. Also, the concrete cover depth is nothing to do with the strength reduction of the concrete column but, if the cross section is small, it shows that the increase of the cover depth is positively influenced on the maintaining of the column strength.
3) The strength reduction of reinforcement is affected by the cover depth so that the strength reduction of the reinforcement shows a high ratio for the high strength concrete, raising high concerns of spalling. Therefore, the countermeasure is required. High correlation between the increase of the column cross section and the strength residual ratio of the column is shown and the more cross section is large, the strength residual ratio of the column is in linearly direct proportion.
4) The load ratio of the reinforcement concrete column has been defined with the ratio of residual axial compressive strength during the exposure to the fire for an axial compressive strength in a normal temperature. As a result of an estimation of the load ratio with the 300×300㎜ standard cross section setting for the evaluation of fire resistance performance, the load ratio of the reinforcement concrete column with a general strength was 0.46 and 60MPa and 80MP for the load ratio of the reinforcement concrete column with a high strength showed 0.43 and 0.35 respectively.
5) 0.46 load ratio of the reinforcement concrete column with a general strength can be supplemented by more test data and feasible analysis data. There is a limitation that the effect such as slenderness ratio by reducing available member cross section is not incorporated but, it can be assessed that there is no problem for its usage in case that certain conservatism is taken into account in the side of the setting up of the general standard applied to the evaluation.
6) In conclusion, it is reasonable that the load ratio is determined around 0.45 during the evaluation of fire resistance performance of the reinforcement concrete column. For the High strength concrete relatively more low load ratio is matched but load ratio should be applicated as a common index for evaluating fire resistant performance of members.
7) The load ratio of the reinforcement concrete column proposed in this paper may be referred for henceforth relating research development and setting up a load combination and load factor during the fire for Korean Building Code. And can be applied to the performance evaluation and used for policy improvement in accordance with the high strength concrete control standard.
This paper aims to propose an appropriate load ratio for an evaluation of fire resistance performance for a einforcement concrete column subjected to standard fire. In other words, under the condition which a coefficient load is not locally set up during building fire, the paper is to propose a calculation method of the load ratio, and set up and propose an appropriate load ratio using a strength reduction ratio of reinforcement concrete column.
Simple calculation model of the Eurocode has been used for the establishment of the load ratio. To do this, a fire resistance test of a reinforcement concrete column with a general strength exposed to standard fire has been carried out to calculate an available cross section and strength residual ratio of the reinforcement concrete column and based on the test results, the load ratio has been settled.
For the fire resistance test to secure a temperature history data of the reinforcement concrete column, unstressed load test has been carried out along with the load test and the temperature history attained from the test has been used for the prediction of the strength residual ratio and the fire resistance performance of the reinforcement concrete column using 500℃ isotherm method of EN 1992-1-2.
The Chapter 5 summarizes the concept of the load ratio and proposes the setting method of the load ratio. The load ratio has been calculated with the classification of a general strength and high strength concrete. The load ratio of the concrete column with the general strength has been compared to the load ratio of the standard section column assumed from a isotherm diagram of EN 1992-1-2 and the feasibility of the load ratio settled has been additionally reviewed based on the second loading fire resistant test. For the load ratio of reinforcement concrete column with high strength, the strength reduction ratio has been estimated using a calculation factor of an available cross section in accordance with EN 1992-1-2 and based on the reduction ratio, 60MPa and 80MPa, the load ratio for high strength column has been indicated. The overall research results can be summarized as follows.
1) The more weight loss of the reinforcement concrete exposed to the high temperature is, the less cross section is shown and the more the cover depth increases, the more fire resistance performance is beneficial due to a gentle variation of the reinforcement temperature in the temperature interpretation method of unloading fire resistant test. But an influence on the final mean temperature of the main reinforcement has been shown that an influence of cross section size is higher than the cover depth in case that over 40 mm cover depth is secured.
2) For a small size reinforcement concrete column exposed to high temperature, a reinforcement highly dedicated to securing of an axial compressive strength and the more cross section is large, the more concrete's dedication increases. Concrete strength is not highly connected to the strength reduction of the concrete column during the fire. Also, the concrete cover depth is nothing to do with the strength reduction of the concrete column but, if the cross section is small, it shows that the increase of the cover depth is positively influenced on the maintaining of the column strength.
3) The strength reduction of reinforcement is affected by the cover depth so that the strength reduction of the reinforcement shows a high ratio for the high strength concrete, raising high concerns of spalling. Therefore, the countermeasure is required. High correlation between the increase of the column cross section and the strength residual ratio of the column is shown and the more cross section is large, the strength residual ratio of the column is in linearly direct proportion.
4) The load ratio of the reinforcement concrete column has been defined with the ratio of residual axial compressive strength during the exposure to the fire for an axial compressive strength in a normal temperature. As a result of an estimation of the load ratio with the 300×300㎜ standard cross section setting for the evaluation of fire resistance performance, the load ratio of the reinforcement concrete column with a general strength was 0.46 and 60MPa and 80MP for the load ratio of the reinforcement concrete column with a high strength showed 0.43 and 0.35 respectively.
5) 0.46 load ratio of the reinforcement concrete column with a general strength can be supplemented by more test data and feasible analysis data. There is a limitation that the effect such as slenderness ratio by reducing available member cross section is not incorporated but, it can be assessed that there is no problem for its usage in case that certain conservatism is taken into account in the side of the setting up of the general standard applied to the evaluation.
6) In conclusion, it is reasonable that the load ratio is determined around 0.45 during the evaluation of fire resistance performance of the reinforcement concrete column. For the High strength concrete relatively more low load ratio is matched but load ratio should be applicated as a common index for evaluating fire resistant performance of members.
7) The load ratio of the reinforcement concrete column proposed in this paper may be referred for henceforth relating research development and setting up a load combination and load factor during the fire for Korean Building Code. And can be applied to the performance evaluation and used for policy improvement in accordance with the high strength concrete control standard.
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