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횡구속된 고강도 콘크리트의 구성모델
Constitutive Model of Laterally Confined High Strength Concrete 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.22 no.4, 2010년, pp.481 - 488  

윤성환 (한양대학교 건설환경공학과) ,  강윤식 (한양대학교 건설환경공학과) ,  박대효 (한양대학교 건설환경공학과)

초록
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횡구속된 고강도 콘크리트의 역학적 거동을 예측하기 위해 보통강도 콘크리트의 구성모델을 적용할 경우 연성 거동이 과대평가된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 콘크리트 강도가 증가함에 따라 구속효과에 미치는 영향을 고찰하여 고강도 콘크리트에 적용 가능한 정확한 응력-변형률 관계가 요구된다. 따라서 이 연구에서는 횡구속된 고강도 콘크리트의 강도와 연성 거동에 양향을 미치는 변수들의 회귀분석을 통한 변수별 회귀식을 바탕으로 새로운 횡구속된 고강도 콘크리트의 구성모델이 제안된다. 횡구속된 고강도 콘크리트의 강도 및 초기강성을 나타내는 응력-변형률 곡선의 상승부는 제안된 구성모델과 잘 일치하였고 연성 거동을 나타내는 하강부 곡선은 원형 단면을 가지는 낮은 횡구속 철근의 항복강도 및 철근비일 때 과대평가되었다. 콘크리트 강도를 주요 변수로 하는 제안된 구성모델은 문헌분석을 통한 25개의 횡구속된 고강도 콘크리트 기둥의 실험적 연구와 비교 분석한 결과 콘크리트 압축강도 60~124 MPa 범위에서의 응력-변형률 곡선과 잘 일치되었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Since existing constitutive models developed for confined normal strength concrete overestimate ductility when they are applied to confined high strength concrete, these models cannot be directly applied to confined high strength concrete. In an effort to solve this problem, an accurate stress-strai...

주제어

#고강도 콘크리트   #구성모델   #응력-변형률 관계   #등가구속응력  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 이 연구에서는 횡구속된 HSC 기둥의 강도와 연성 거동을 정확히 예측하기 위한 새로운 구성모델을 제안하고자 하며, 제안된 구성모델의 응력-변형률 관계와 기존의 실험적 연구 결과를 비교분석하여 타당성을 검토한다.

가설 설정

  • 나선철근에 의해 횡구속된 원형 단면에서의 횡구속 응력은 HSC에 연속적이고 균일하게 발생된다. 따라서 Fig. 1과 같이 나선철근을 일정한 두께로 콘크리트 표면에 균일하게 분포시켜서 얇은 튜브 해석법에 근거하여 횡구속응력을 구할 수 있고 횡구속된 HSC가 압축력을 받을 경우에 최대응력 이전에 나선철근은 항복된다고 가정한다.
  • 띠철근에 의해 횡구속된 정사각형 및 직사각형 단면에서의 횡구속 응력은 Fig. 2에서와 같이 띠철근의 모서리부분에서 가장 큰 횡구속 응력이 발생된다고 가정한다. 각각의 주철근에 수직인 횡방향 철근의 횡구속력은 Asfyt이고 정사각형 단면일 때 횡구속 응력은 다음과 같이 얻는다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
HSC은 어떠한 특성을 가지는가? HSC는 조기강도 증가, 골재와 시멘트페이스트 간 매트릭스가 밀실구조로 변화됨에 따른 수밀·기밀성으로인한 내구성 향상, 그리고 건조수축 및 블리딩의 감소 등역학적 특성이 개선됨에 따라 보통강도 콘크리트(normal strength concrete, 이하 NSC)에 비해 높은 압축강도가 발현되지만, 압축강도에 대한 인장강도 비는 고강도화 될수록 작아지며 취성적인 파괴특성을 나타내기 때문에 역학적 거동이 예측 가능한 구성모델식이 요구된다.3,4)
HSC란? 최근 건설기술의 현저한 발달에 따라 장대 교량, 초고층 빌딩과 같이 구조시설물의 대형화, 초고층화와 지하공간의 활용도 증대, 원자력 발전소과 같은 극한 안전요구의 증대로 고강도콘크리트(high strength concrete, 이하HSC) 개발에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. HSC라 함은 ACI Committee 363에서는 압축강도 41 MPa 이상의 콘크리트를, FIP/CEB 고강도 콘크리트 위원회의 기술보고서에서는 압축강도 60 MPa에서 130 MPa까지의 콘크리트를 HSC라 정의하고 있다.1,2)
HSC의 역학적 거동이 예측 가능한 구성모델식에 대한 연구 현황은? Wang et al.5)은 동일한 횡구속 철근량과 축력을 받는HSC 기둥의 연성이 NSC 기둥과 비교하여 작게 나타나며, 같은 축력하에서 연성은 횡구속 철근비가 클수록 증가함을 보였다. Yong et al.6)과 Cusson and Paultre7,8)는기존의 횡구속된 NSC 구성모델을 HSC 기둥에 적용할경우 연성 거동이 과대평가됨을 보였다. 특히 Cusson and Paultre7,8)는 횡구속 철근의 항복강도 및 간격, 배근상세,종방향 철근의 체적비를 고려한 횡구속된 HSC 기둥에대한 실험적 연구를 수행한 결과, 높은 항복강도의 횡구속 철근과 종방향 철근량을 증가시키면 강도 증진의 효과에 비해 연성 증진의 효과가 커짐을 보였고 이는 동일한 철근 배근을 한 경우 NSC 기둥의 연성이 HSC 기둥보다 크다는 것을 알 수 있다. 한범석 등9)은 횡구속된HSC 기둥의 강도와 연성 증진에 대해 각 변수별 상관성을 분석한 결과, 횡구속 철근의 간격과 체적비, 그리고배근상세 등은 상호 연관성을 가지고 있음을 보였고, 이는 독립적인 개개 변수의 정량적 평가보다는 종합적인평가가 필요함을 알 수 있다.
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참고문헌 (14)

  1. ACI Committee 363, “State-of-the Art Report on High Strength Concrete,” ACI Journal, Vol. 82, No. 4, 1984, pp. 364-411. 

  2. FIP/CEB, “High Strength Concrete, State of the Art Report,” Bulletin d'Information, No. 197, 1990, 61 pp. 

  3. 장일영, 박훈규, 윤영수, “국내의 실험자료를 이용한 고강도 및 초고강도 콘크리트의 탄성계수식 제안,” 콘크리트학회 논문집, 8권, 6호, 1996, pp. 213-222. 

  4. 신성우, 한범석, “고강도 철근콘크리트 띠철근 기둥의 구속효과,” 콘크리트학회 논문집, 14권, 4호, 2002, pp. 578-588. 

    원문보기 상세보기 crossref

  5. Wang, Q., Zhao, G., and Lin, L., “Effect of Axial Load Ratio and Stirrups Volume Ratio on Ductility of High-Strength Concrete Columns,” High-Performance Concrete Proceeding ACI International Conference Singapoer, SP-149, 1994, pp. 433-448. 

  6. Yong, Y. K., Nour, M. G., and Nawy, E. G., “Behavior of Laterally Confined High-Strength Concrete under Axial Loads,” ASCE Journal of Structural Engineering, Vol. 114, No. 2, 1988, pp. 332-351. 

    상세보기 crossref

  7. Cusson, D. and Paultre, P., “High-Strength Concrete Columns Confined by Rectangular Ties,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 120, No. 3, 1994, pp. 783-804. 

    상세보기 crossref

  8. Cusson, D. and Paultre, P., “Stress-Strain Model for Confined High-Strength Concrete,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 121, No. 3, 1995, pp. 468-477. 

    상세보기 crossref

  9. 한범석, 김종근, 신성우, “철근콘크리트 기둥에서 띠철근으로 구속된 고강도콘크리트의 구속효과 평가,” 대한건축학회 논문집, 24권, 3호, 2008, pp. 3-10. 

  10. Razvi, S. and Saatcigglu, M., “Confinement Model for High-Strength Concrete,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 125, No. 3, 1999, pp. 281-288. 

    상세보기 crossref

  11. Razvi, S. and Saatcigglu, M., “Strength and Deformability of Confined High Strength Concrete Columns,” ACI Structural Journal, Vol. 91, No. 6, 1994, pp. 678-687. 

  12. Richart, F. E., Brandzaeg, A., and Brown, R. L., “A Study of the Failure of Concrete Under Combined Compressive Stresses,” University of Illinois, Engineering Experimental Station, Bulletin No. 185, 1928, 104 pp. 

  13. Nagashima, T., Sugano, S., Kimura, H., Ichikawa, A., “Monotonic Axial Compression Test on Ultra-High-Strength Concrete Tied Columns,” Proceedings of 10th World Conference on Earthquake Engineering, Madrid, 1992, pp. 2599-2602. 

  14. Li, B. and Park, R., “Confining Reinforcement for High-Strength Concrete Columns,” ACI Structural Journal, Vol. 101, No. 3, 2004, pp. 314-324. 

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