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문제 정의
- 본 연구에서는 콘크리트 충전 합성 강관을 기둥 부재로서의 적합성 및 사용성을 위한 연구로 두 개의 강관을 합성한 콘크리트 충전 강관 기둥의 좌굴 내력 및 변형형상에 대한 실험적 고찰을 하고자 한다.
제안 방법
- 강관 기둥의 유형은 콘크리트 충전 원형 강관 기둥, 콘크리트 충전 각형 강관 기둥, 콘크리트 충전합성 강관 기둥으로 분류하였다. 각 조건별 합성 강관 시험체의 형상은<그림 1>과 같고, 시험체별 단면 형상 및 규격은<표 1>과 같다.
- 기존의 연구에 주로 단일 충전 강관에 대한 실험이 대부분이며, 본 연구에서는 두 강관을 복합으로 만든 합성 강관에 대한 실험적 연구로서 시험체의 형상 분류는과 같다.
- 시험체 종류는 단일 충전 강관괴 복합 충전 강관으로 분류하였다. 기존의 연구에 주로 단일 충전 강관에 대한 실험이 대부분이며, 본 연구에서는 두 강관을 복합으로 만든 합성 강관에 대한 실험적 연구로서 시험체의 형상 분류는<표 1>과 같다.
- 약 WOkgf/cn?으로 각 강관에 충전 후 3일, 7일, 28일에 대하여 압축실험을 실시하였다.
- 재하방법은 편심이 생기는 것을 방지하면서 상하에 핀 지점 역활이 가능한 원형 구좌를 설치하였고, 각각의 재하 하중 단계마다 변형도를 관찰하면서 시험체가 완전 변형될 때까지 실시하였다.<그림 2, 3>은 콘크리트 충전 강관 기둥의 가력 방법을 나타낸 것이다.
- 콘크리트 충전 원형 강관 기둥, 각형 강관 기둥, 합성 강관 기둥에 대하여 축압축 실험을 실시한 결과를 비교.분석하였다.
- S- 길이는 1000mm 이다. 합성 강관은 □-100x100x4.50+0 89.1(t=4.05 mm), 0 101.6(t=4.05mm)+□-65x65x4.50, 0 114.3 (t=4.50mm)+□-65x65x4.50, 0 114.3(t=4.50mm)+口 -75x75x4.50으로 4가지 종류로 실험을 실시하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 대한 시험체는 콘크리트 충전 원형 강관 기둥으로 원형 강관 089.1(t=4.05mm), 0101.6 (t=4.05mm), 0114.3(t=4.5Omm)에 콘크리트 28일 압축강도가 약 300kgf/cm2인 콘크리트를 타설하여 중심 축압축 실험을 수행하였다. 축압축에 대한 최대내력은<표 7>과 같고, <그림 4〜6>은 축압축 실험에 대한 하중-변위 곡선를 나타낸 것이다.
- 본 연구 대상 시험체인 원형 및 각형 강관은 국내에서 널리 사용되고 있는 강관이며 재료의 역학적 성질을 파악하기 위하여 빈 강관에 대하여 압축강도 시험을 실시하였다.<표 3>은 원형 및 각형 강관에 대한 압축실험 결과이며, <표 4>는 원형 및 각형 강관에 대한 제조 당시 시험성적서이다.
- 본 연구 대상 시험체인 콘크리트 충전 각형 강관 기둥은 각형 강관 0-65x65x4.5, 0-75x75 x4.5, □ -100x100x4.5에 콘크리트 28일 압축강도가 약 300kgf/cm2인 콘크리트를 타설하여 하중 변위에 대하여 축압축 실험을 하였다. 실험 결과는 <표 9>와 같고, <그림 13〜15>는 실험결과 하중-변위 곡선 그래프이다.
- 본 연구 대상 시험체인 콘크리트 충전 합성 강관 기둥은 각형 강관과 원형 강관의 조합으로 이루어진 합성 강관에 콘크리트 28일 압축강도가 약 300kgf/cm2인 콘크리트를 타설하여 하중 변위 에 대하여 실험을 하였다. 실험결과에 대한 최대내력은 <표 11>과 같고, <그림 22〜26>은 실험결과 하중- 변위 곡선 그래프이다.
- 본 연구 시험체에 사용된 콘크리트는 보통 포틀랜드시멘트 1종과 모래 5mm이하, 자갈 25mm 이하의 골재를 사용하여 슬럼프 12cm이하로 배합 설계하였다.<표 5>는 시험체 제작시 사용된 콘크리트의 배합비, 물시멘트비 및 슬럼프를 나타낸 것이며, <표 6>은 콘크리트 공시체 압축강도 시험결과이다.
- 본 연구에 사용되는 시험체는 원형 및 각형 강관에 콘크리트를 충전한 콘크리트 충전 원형 및 각형 강관 기둥, 합성 강관 기둥으로 원형 강관의 규격은 0 89.1(t=4.05mm), 0 101.6(t=4.05mm), 0 114.3(t=4.50 mm) 이고, 각형 강관의 규격은 口-65><65乂4.50, □ -75x75x4.50, □-100xl00x4.50O.S- 길이는 1000mm 이다. 합성 강관은 □-100x100x4.
성능/효과
- (1) CFSCC 100-89의 경우 합성 강관 기둥이 CFSC 100 각형 강관 기둥보다 최대내력이 28일 압축실험에서는 31.8% 높게 나타났다.
- (1) 충전 원형 강관 기둥과 빈 강관의 최대 하중 값을 비교해보면, CFCC 89가 CC 89보다 87.8%, CFCC 101 이 CC 101보다 109.0%, CFCC 114 가 CC 114보다 40.0% 높게 나타났다.
- (2) CFCSC 101-65의 경우 합성 강관 기둥이 CFCC 101 원형 강관 기둥보다 최대내력이 28일 압축실험에서는 63.8% 높게 나타났다.
- (2) 충전 각형 강관 기둥과 빈 강관의 최대 하중 값을 비교해보면, CFSC 65가 SC 65보다 41.1%, CFSC 75가 SC 75보다 35.9%, CFSC 100이 SC 100보다 52.5% 높게 나타났다.
- (3) CFCSC 11445의 경우 합성 강관 기둥이 CFCC 114 원형 강관 기둥보다 최대내력이 28일 압축실험에서는 44.3% 높게 나타났다.
- (3) 콘크리트 충전 합성 강관 기둥의 실험에서 CFSCC 100-89의 경우 단일 충전 형강 보다 최대내력이 31.8% 높게 나타났고, CFCSC 101-65 는 63.8% 높게 나타났고, CFCSC 114-65는 44.3% 높게 나타났고, CFCSC 11£75는 60.4% 높게 나타났다.
- (4) CFCSC 11475의 경우 합성 강관 기둥이 CFCC 114원형 강관 기둥보다 최대내력이 28일 압축실험에서는 60.4% 높게 나타났다.
- 본 연구 실험결과에서 콘크리트 충전 원형 강관 기둥이 충전 각형 강관 기둥보다 축압축의 증가 효가가 훨씬 좋다는 것을 알 수 있고, 합성 강관 기둥은 축압축의 증가가 우수하여 설계시 기둥 단면의 크기를 줄여서 압축력을 줄일 수 있는 좋은 방법으로 사료된다.
- <그림 16>는 시험체 파괴현황을 나타낸 것이다. 콘크리트 충전 각형 강관 기둥 시험 결과 충전 강관 기둥이 빈 강관보다 최대하중이 28일 압축강도 실험 결과가 35.9%-52.5% 높게 나타났다. <표 10>은 콘크리트 충전 각형 강관 기둥 실험 결과를 나타낸 것이다.
- 콘크리트 충전 원형 강관 기둥 시험 결과 충전 강관 기둥이 빈 강관 보다 28일 압축강도실험 결과에서는 40.0%-109.0% 높게 나타났다.<표 8>은 콘크리트 충전 원형 강관 기둥 실험 결과를 빈 강관과 비교한 것이며, <그림 7>은 빈 강관을 기준으로 한충전 강관의 내력 비교 그래프이며, <그림 8~12> 은 충전 원형 강관 기둥의 하중-변위 실험결과를 비교하여 나타낸 것이다.
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