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문제 정의
- 이 논문은 SRC 기등의 기둥 죽소량을 보다 정확하고 합리적으로 예측하기 위해서 SRC 기등의 수분확산 특성에 주안점을 두고 수분확산 실험 및 해석을 통해 SRC 기둥 내부에서 발생하는 H-형강에 의한 수분확산 차단의 영향을 검토하는 연구를 수행한 것이다. 또한 이러한 수분 확산해석 결과를 이용하여 단면의 각 위치에서 발생하는 부 등 건조수축 및 부등건조크리프 해석을 수행함으로써 SRC 기둥에서 단면의 부등수분분포를 고려하여 보다 정확한 기둥축소량을 예측할 수 있는 새로운 해석방법을 제안하였다.
가설 설정
- 1) SRC 기등의 기둥 축소량을 예측할 때 실제 단면 내부에서 발생하게 되는 부등수분분포를 전 단면에서 동일한 평균 수분분포로 가정하고 단면 각 위치에서 발생하는 건조수축 및 건조크리프 역시 모두 동일하다고 가정하는 평균적인 개념의 예측 모델식을 적용하는 기존의 기둥축소량 해석법은 실제 기둥 축소량보다 과다 예측한다. 2) SRC 기등은 단면 내부의 H-형강이 콘크리트의 수분 확산을 제한하게 되므로 RC 기둥과는 다른 내부 수분분포를 보이게 되고, 이러한 현상은 건조수축 및 건조 크리프에 직접적으로 영향을 주게 되어 RC 기둥과는 상이한 기둥 축소량을 보인다.
제안 방법
- 3과 같다. 1면 노출로 측정된 수분확산 실험 결과는 수분 확산에 의한 수분 손실뿐만 아니라 자체건조에 의한 수분손실이 포함되어 있으므로 모든 면을 밀봉하여 자체 건조를 측정한 실험체로부터 얻은 수분 손실량 만큼을 증가시켜 보정하였다. 아래 Fig.
- SRC 기등의 축소량을 합리적으로 예측하기 위해서 4.1 절에서 설명한 수분확산 해석 결과를 바탕으로 2.3절의 부 등 건조수축 예측식⑻ 및 부등건조크리프 예측식(10)을 사용하여 단면의 각 위치에서 발생하는 부등건조수축 및 부 등 건조 크리프를 계산하였다. 이러한 방법으로 예측된 SRC 기둥 실험체의 축소량 해석 결과를 실험으로부터 측정된 값과 비교하기 위해서 수분확산 실험체와 동일한 콘크리트배합으로 제작되어 동일한 온도 및 습도조건(20℃, 상대습도 60%)하에서 수행된 SRC 기둥 축소량 실험 결과*를 사용하였으며, SRC 기둥 실험체의 형상 및 크기는 Fig.
- RC 기등의 경우는 철근이 수분확산에 미치는 영향을 무시하면 콘크리트의 수분 확산 형태가 무근 콘크리트 기등과 같다고 볼 수 있다. 따라서 수분분포의 차이를 확인하기 위해 2.1 절의 SRC 기둥 실험체와 더불어 같은 크기의 단면을 갖는 철근 콘크리트에 대한 수분확산 해석을 수행하였다. 해석에 사용한 최대 수분확산계수와 표면계수는 각각 3.
- 검토하는 연구를 수행한 것이다. 또한 이러한 수분 확산해석 결과를 이용하여 단면의 각 위치에서 발생하는 부 등 건조수축 및 부등건조크리프 해석을 수행함으로써 SRC 기둥에서 단면의 부등수분분포를 고려하여 보다 정확한 기둥축소량을 예측할 수 있는 새로운 해석방법을 제안하였다. 이 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다.
- 또한 이러한 수분확산 해석 결과를 이용하여 단면의 각 위치에서 발생하는 부등건조수축 및 부등건조크리프 해석을 수행함으로써 단면의 부등수분분포를 고려하여 기둥축소량을 계산할 수 있는 새로운 해석 방법을 제안하였다.
- 상대습도 측정 장치는 Vaisala HMP44 probe와 HMI41 i* ndicator 사용하였다. 모든 측정 기기들에 대해 실험 전에 미리 포화상태를 기준으로 상대습도 출력값을 기록하여 출력 오차를 보정하는데 사용하였다. 타설할 때, 내부 습도를 측정하고자 하는 위치에 플라스틱 슬리브를 미리 삽입, 고정하여 양생한 뒤에, 실험체를 항온 항습 챔버에 넣기 전에 측정 장치를 플라스틱 슬리브에 삽입하고 고무 플러그로 틈새를 막은 뒤 그리스로 봉하여 슬리브 내부를 외기로부터 밀폐시켰다.
- 모든 콘크리트 실험체는 100x 100 x 200mm 크기의 직육면체 형태로 제작하였으며, 타설 후 1일간 습윤 양생을 실시하고 온도 20 ℃, 상대습도 60%로 유지되는 항온항습 챔버로 실험체를 옮겨 내부의 상대습도를 측정하였다. 이 때, 수분확산 조건을 1차원으로 만들기 위해서 100x100 mm 한쪽 면을 제외한 모든 면을 밀봉하였으며, 자체건조 실험체의 경우에는 모든 면을 밀봉하였다.
- 부등건조수축 및 부등건조크리프 해석은 3.1 절에서 설명한 수분확산 해석 결과를 바탕으로 2.3절의 부 등 건조수축 예측식(식⑻) 및 부등건조크리프 예측식(식(10))을 사용하여 해석법으로 수행하였다©;
- 이 때, 수분확산 조건을 1차원으로 만들기 위해서 100x100 mm 한쪽 면을 제외한 모든 면을 밀봉하였으며, 자체건조 실험체의 경우에는 모든 면을 밀봉하였다. 상대습도를 계측하는 위치는 노출 표면으로부터 30mm, 60mm, 그리고 100 mm 거리의 3군데로 하였으며, 자체건조로 인한 수분 손실은 실험체 길이 200mm의 중간 지점에 해당하는 100mm 위치에서 계측하였다. 측정 장치를 삽입한 깊이는 실험체 깊이(100mm)의 중간 지점인 50mm로 하였다.
- 따라서 수분 확산에 의한 내부 습도 감소만을 고려하기 위해서는 자체 건조에 의한 내부 수분 손실을 감안하여야 한다. 이 논문에서는 콘크리트 수분확산 실험과 자체건조 실험을 병행하여 자체건조에 따른 내부 손실을 고려하였다.
- 이 논문의 경우 SRC 기등의 수분확산 특성에 주안점을 두어 수분확산 실험 및 해석을 통해 SRC 기둥 내부에서 발생하는 H-형강에 의한 수분확산 차단의 영향을 검토하였다. 또한 이러한 수분확산 해석 결과를 이용하여 단면의 각 위치에서 발생하는 부등건조수축 및 부등건조크리프 해석을 수행함으로써 단면의 부등수분분포를 고려하여 기둥축소량을 계산할 수 있는 새로운 해석 방법을 제안하였다.
- 수가 있다. 이 논문의 경우 극한 건조수축 有를 주요 해석변수로 두고 SRC 기둥 실험체에 사용된 것과 동일한 콘크리트에 대해 수행된 건조수축 실험 결과°에 대한 회귀 분석을 통해 실험결과를 가장 잘 모사하는 *값을 구함으로써 SRC 기둥 실험체의 축소량 예측에 사용하였다. 콘크리트에서 크리프는 크게 두 가지 경우로 나누어진다.
- 예측할 수가 있다. 이 논문의 경우 내부 수분의 미소 확산 유속 E 와 관계 있는 상수 了 을 주요 해석 변수로 두고 SRC 기둥 실험체에 사용된 것과 동일한 콘크리트에 대해 수행된 건조크리프 실험 결과2)에 대한 회귀분석을 통해 실험 결과를 가장 잘 모사하는 7 값을 구함으로써 SRC 기둥실험체의 축소량 예측에 사용하였다.
- 8x10 6m%h 이고, 표면계수 /값은 12시(/m/h 이었다. 이렇게 구한 두 해석변수는 다음에 수행할 콘크리트의 부등건조수축 및 부 등 건조 크리프 해석에 사용하였다.
- 모든 측정 기기들에 대해 실험 전에 미리 포화상태를 기준으로 상대습도 출력값을 기록하여 출력 오차를 보정하는데 사용하였다. 타설할 때, 내부 습도를 측정하고자 하는 위치에 플라스틱 슬리브를 미리 삽입, 고정하여 양생한 뒤에, 실험체를 항온 항습 챔버에 넣기 전에 측정 장치를 플라스틱 슬리브에 삽입하고 고무 플러그로 틈새를 막은 뒤 그리스로 봉하여 슬리브 내부를 외기로부터 밀폐시켰다.
- 회귀분석 결과로 실험결과를 최적으로 모사하는 값을 구하여 식(4)에 대입함으로써 수분확산계수를 결정하고, 이 후에 전개되는 SRC 기둥 단면에 대한 수분확산 해석에 적용하였다. 콘크리트 표면부의 상대습도는 노출된 외부 환경의 습도에 따라 좌우된다.
대상 데이터
- 1 절의 SRC 기둥 실험체와 더불어 같은 크기의 단면을 갖는 철근 콘크리트에 대한 수분확산 해석을 수행하였다. 해석에 사용한 최대 수분확산계수와 표면계수는 각각 3.1 절에서 결정한 1&10「6 拼血와 12x10「6 m를 사용하였다.
데이터처리
- 부등건조수축과 관련된 해석변수 書 및 부 등 건조 크리프와 관련된 해석변수 r을 결정하기 위해서 부등건조수축 및부등건조크리프 해석을 수행하였으며 이 해석 결과를 이전에 동일한 배합의 콘크리트로 수행한 건조수축 및 전체크리프 실험결과2)에 대해 회귀분석하여 者 및 r값을 결정하였다. 부등건조수축 및 부등건조크리프 해석은 3.
- 수분확산 관련 해석변수인 D과/를 결정하기 위해서 수분 확산 실험 및 해석을 수행하였으며, 회귀분석을 통해 실험 결과를 가장 잘 모사하는 D과/값을 결정하였다.
- 이 논문의 경우 수분확산 해석에서 경계조건을 나타내는 식(6)에서 사용되는 표면계수 /를 주요 해석변수로 두고 SRC 기둥 실험체 제작에 사용된 콘크리트'로 수행된 수분 확산 실험 결과에 대해 회귀분석을 수행하였다. 회귀분석 결과로 실험결과를 최적으로 모사하는 j값을 구하여 식(6) 에 대입함으로써 경계조건을 결정하고 이 후에 전개되는 SRC 기둥 단면에 대한 수분확산 해석에 적용하였다.
- 이 논문의 경우 수분확산 해석에서 중요한 해석변수인수분 확산계수를 결정하기 위해서 /论에서 제안하는 식(4)를사용하였으며, 최대 수분확산계수 0을 주요 해석변수로 두고 SRC 기둥 실험체 제작에 사용된 콘크리트'로 수행된 수분 확산 실험 결과에 대해 회귀분석을 수행하였다. 회귀분석 결과로 실험결과를 최적으로 모사하는 값을 구하여 식(4)에 대입함으로써 수분확산계수를 결정하고, 이 후에 전개되는 SRC 기둥 단면에 대한 수분확산 해석에 적용하였다.
이론/모형
- 있다. 이 논문의 경우 SRC 기등에서 발생하는 부 등 건조수축량을 예측하기 위해서 단면 각 위치의 상대습도와 건조수축과의 관계에 대하여 Bazant가 제안한 다음 식(8沪 을 사용하였다.
- 이 논문의 경우 SRC 기등에서 발생하는 부등 건조 크리프를 예측하기 위해서 단면w 각 위치의 상대습도와 건조 크리프의 관계에 대하여 Bazant가 제시한 식(10件을 사용하였다.
성능/효과
- 8(b)와 철근 콘크리트 기등에 대한 해석결과인 Fig. 8 (a)를 비교해 보았을 때, 강재 외부 콘크리트의 수분 손실은 철근 콘크리트에 비해 시간에 따라 현저히 빠르게 나타나고 있으며, 강재 내부 콘크리트의 수분 손실은 철근 콘크리트에 비해 매우 느린 것으로 나타났다. 이러한 해석 결과로 보았을 때, SRC 기등에서 플랜지 외측부의 콘크리트는 다른 부위에 비해 수분확산이 매우 빠른 속도로 진행되므로 과다한 균열이 발생하게 되는 것을 알 수 있다.
- 예측한다. 2) SRC 기등은 단면 내부의 H-형강이 콘크리트의 수분 확산을 제한하게 되므로 RC 기둥과는 다른 내부 수분분포를 보이게 되고, 이러한 현상은 건조수축 및 건조 크리프에 직접적으로 영향을 주게 되어 RC 기둥과는 상이한 기둥 축소량을 보인다.
- 3) SRC 기등은 단면 내부의 H-형강에 의한 수분확산 차단의 영향으로 같은 단면 크기와 외기 노출 면적을 가지는 RC 기등에 비해 플랜지 내부 콘크리트에서 높은 상대습도를 보이게 되고, 이는 건조수축 및 건조 크리프의 감소로 인한 전체 축소량의 감소를 가져온다.
- 4) SRC 기등의 축소량을 합리적이고 정확히 예측하기 위해서는 수분확산 해석 결과를 부등건조수축 및 부 등 건조 크리프 해석에 사용하여 SRC 기등이 가지는 단면 내부의 부등수분분포 특성을 고려해 주어야 한다.
- 1 절에서 확인한 바와 같이 SRC 기등의 단면 내부에서 H-형강에 의해 수분확산이 차단되어 발생하는 부 등 수분분포를 고려하지 않고 전 단면에 걸쳐서 동일한 건조수축 및 건조크리프가 발생한다고 보는 경우, 실제 측정되는 축소량보다 더 많이 발생한다고 보게 되므로 SRC 기둥의 축소량을 과다 예측하게 될 우려가 있다. 그러나 SRC 기둥 단면에 대한 수분확산 해석을 통해 단면의 각위치에서 부등수분분포를 고려하여 부등건조수죽 및 부 등 건조 크리프를 고려해 줄 경우 위 Fig. 10에서 보듯이 실제 실험에서 측정된 실험결과를 더욱 정확하고 합리적으로 예측할 수 있음을 알 수 있다.
- 모든 측정 위치에서 실험결과와 해석 결과가 대체적으로 근접한 결과를 보이고 있음을 알 수 있으며, 상대습도 측정기기의 오차 및 실험 오차를 감안하면, 해석 결과가 콘크리트의 수분확산을 잘 모사한다고 볼 수 있다. 수분 확산 실험결과를 최적으로 모사하는 Q/(h=1.
- 8 (a)를 비교해 보았을 때, 강재 외부 콘크리트의 수분 손실은 철근 콘크리트에 비해 시간에 따라 현저히 빠르게 나타나고 있으며, 강재 내부 콘크리트의 수분 손실은 철근 콘크리트에 비해 매우 느린 것으로 나타났다. 이러한 해석 결과로 보았을 때, SRC 기등에서 플랜지 외측부의 콘크리트는 다른 부위에 비해 수분확산이 매우 빠른 속도로 진행되므로 과다한 균열이 발생하게 되는 것을 알 수 있다. 내부 콘크리트의 경우는 수분확산이 차단되어 느리게 진행됨으로써 건조수축과 건조크리프가 같은 단면 크기와 노출 면적을 가지는 RC 기등에 비해 매우 작을 것으로 판단된다.
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