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압축을 받는 내부 구속 중공 RC 기둥의 내부 구속력
Internal Confining Stress of Internally Confined Hollow Columns under Compressive Load 원문보기

韓國鋼構造學會 論文集 = Journal of Korean Society of Steel Construction, v.25 no.3 = no.124, 2013년, pp.243 - 254  

원덕희 (한국해양과학기술원, 연안개발에너지연구부) ,  한택희 (한국해양과학기술원, 연안개발에너지연구부) ,  김승준 (Texas A&M University, Zachry Department of Civil Engineering.고려대학교, 건축사회환경공학부) ,  강영종 (고려대학교, 건축사회환경공학부)

초록
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내부구속중공 RC(Internally Confined Hollow RC, ICH RC) 기둥이란 중공 RC 기둥의 중공부에 내부튜브를 삽입하여 코어 콘크리트를 3축 구속 상태에 놓이게 하여 기둥의 강도와 연성도를 증가시킨 기둥이다. ICH RC 기둥의 구속응력에 대한 연구는 선행 연구자에 의하여 이루어 졌으나 외부 구속응력에 대한 연구만 진행된 상태이다. 본 연구에서는 중공 RC 기둥과 ICH RC 기둥의 구속응력을 유한요소 해석프로그램을 이용하여 분석하였다. 이론 구속응력과 외부 구속응력 그리고 내부 구속응력과의 관계를 도출하였으며, 이를 이용하여 기존의 내부 튜브 파괴조건식을 기반으로 수정 내부튜브 파괴 조건식을 제안하였다. 이론 구속응력과 내부 구속응력과의 관계를 회귀 분석식을 이용하여 나타내어 내부 구속응력을 쉽게 산정할 수 있다. 또한 수정 내부 튜브 파괴 조건식을 이용하여 ICH RC 기둥을 설계할 경우 동일 구속응력대비 기존의 파괴조건식보다 약 50%의 내부 튜브 두께를 감소할 수 있어 경제성을 확보하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Internally Confined Hollow RC(ICH RC) column consisted of concrete, transverse reinforcement, longitudinal reinforcement, and inner tube. It had good strength and ductility by core concrete was become triaxial confining state with transverse reinforcement and inner tube. There were two confining str...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 Han et al.(2008)[1] 이 제시한 내부튜브의 파괴조건식을 수정하여 합리적인 내부 튜브의 두께를 산정할 수 있는 수정 파괴조건식을 제안하고자 한다.
  • 본 연구는 압축을 받는 내부 구속 중공 RC 기둥의 최적 구속력 평가를 위하여 유한요소 해석을 수행하였다. 해석 결과를 바탕으로 Han et al(2008)[1]이 제시한 내부튜브 파괴 조건식을 바탕으로 수정 파괴조건식을 제시하였으며, 내부 구속응력을 도출할 수 있는 방법을 제시하였다.
  • 본 연구에서는 ICH RC 기둥의 유한요소 해석을 통하여 내부구속응력을 분석한 후 내부구속응력을 정량적으로 예측할 수 있는 방법을 제시하려고 한다. 또한 Han et al.
  • 여기에서 콘크리트와 튜브 사이의 접촉부분의 적용 옵션은 무마찰인 Frictionless으로 실험과의 비교를 통하여 이미 원덕희(2012)에 의하여 제시되어졌기 때문에 이 옵션을 그대로 적용한다[8]. 본 연구에서는 오직 콘크리트에만 하중을 주어 콘크리트의 구속응력에 대한 효과만 분석하였다. 만약 콘크리트와 튜브가 완전 합성거동을 하거나 내부튜브에 축하 중이 작용하게 될 경우에 정확한 내부 구속응력을 파악하기 힘들기 때문에 고려를 하지 않았다.
  • 본 연구에서는 유한요소 해석 프로그램인 ABAQUS[7]를 이용하여 ICH RC 기둥의 내부구속력을 분석하려고 한다. 유한요소해석방법을 적용하기 위해서는 적용하려는 방법의 검증이 이루어져야 한다.
  • 수정 항복 파괴 조건식을 제시하기 위하여 이론 구속응력과 내부 구속응력의 관계를 이용하려고 한다. ICH RC 기둥의 코어 콘크리트가 3축 구속상태에 있다면, 식 (8)과 같이 이론 구속응력과 외부 구속응력의 크기는 같고 내부 구속응력은 다를 것이다.

가설 설정

  • Han et al.(2008)[1]에 의하여 제안된 좌굴파괴와 동일한 스냅-스루(Snap-Through) 좌굴이 발생한다고 가정하고 이때의 좌굴 강도식은 식 (8)을 적용한다. 식 (14)와 같이 내부 튜브의 좌굴강도(fcr )은 외력인 내부구속응력(fil)보다 크다고 가정하며, 이때 내부 구속응력은 식 (14)의 우항과 같은 관계를 갖는다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
중실기둥이 대형화될 경우 중공기둥이 적용되는 목적은 무엇인가? 중공 기둥은 상부구조에서 발생하는 축하중이 작고 허용 횡변위가 작을 경우 그리고 도로교량과 철도교량의 고교각에서 많이 적용되고 있다. 또한 중공기둥은 중실기둥이 대형화될 경우 큰 자중에 의하여 지진력이 증가되는 것을 막는 것을 목적으로 많이 적용되고 있다. 중공 철근 콘크리트기둥 (Hollow Reinforced Concrete ; H-RC)에는 일반적으로 Fig.
내부구속중공 RC 기둥이란 무엇인가? 내부구속중공 RC(Internally Confined Hollow RC, ICH RC) 기둥이란 중공 RC 기둥의 중공부에 내부튜브를 삽입하여 코어 콘크리트를 3축 구속 상태에 놓이게 하여 기둥의 강도와 연성도를 증가시킨 기둥이다. ICH RC 기둥의 구속응력에 대한 연구는 선행 연구자에 의하여 이루어 졌으나 외부 구속응력에 대한 연구만 진행된 상태이다.
내부 구속 중공 RC 기둥의 구조는? (2008)에 의하여 제안된 내부 구속 중공 RC(Internally Confined Hollow RC ; ICH RC) 기둥이 있다[1]. 이 기둥은 내측에 횡철근과 종철근이 배근되지 않는 중공 RC기둥의 중공면에 튜브를 삽입한 구조로서 내측 부분이 완벽하게 구속되기 때문에 중공부에서 파괴되는 것을 방지할 수 있으며, 코어 콘크리트를 횡철근과 내부 튜브를 이용 하여 3축 구속 상태에 놓이게 하여 강도와 연성도를 증진시킨 구조이다[1],[2],[3]. 이밖에도 내부튜브를 삽입한 구조의 비선형 해석에 대한 연구가 있다[4]
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참고문헌 (9)

  1. Han, T.H., Lim, N.H., Han, S.Y., Park, J.S., and Kang, Y.J. (2008) Nonlinear concrete model for an internally confined hollow reinforced concrete column, Mag Concr Res., Vol. 60, No. 6 pp.429-438. 

  2. Han, T.H., Yoon, K.Y., and Kang, Y.J. (2010) Compressive strength of circular hollow reinforced concrete confined by an internal steel tube Construction and Building Materials, Vol. 24, pp.1690-1699. 

  3. 한택희, 원덕희, 이규세, 강영종(2009) 내부구속 중공 RC 기둥의 거동 특성, 한국콘크리트학회논문집, 한국콘크리트학회, 제21권, 제5호, pp.657-668. Han, T.H., Won, D.H., Yi, G.S., and Kang, Y.J. (2009) Behavior of Internally Confined Hollow RC Columns, Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 21, No. 5, pp.657-668 (in Korean). 

  4. 한택희, 원덕희, 강영종(2011) 내부 구속 중공 CFT 기둥의 비선형 해석, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제23권, 제4호, pp.439-454. Han, T.H., Won, D.H., and Kang, Y.J. (2011) Nonlinear Analysis of Internally Confined Hollow CFT Columns, Journal of Korean Society of Steel Construction, Vol. 23, No. 4, pp.439-454 (in Korean). 

  5. 황현종, 엄태성, 박홍근, 이창남, 김형섭(2012) 고강도 앵글을 적용한 선조립 합성 기둥의 압축 실험, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제24권, 제4호, pp.361-369. Hwang, H.J., Eom, T.S., Park, H.G., Lee, C.N., and Kim, H.S. (2012) Compression Test for Prefabricated Composite Columns Using High-Strength Steel Angles, Journal of Korean Society of Steel Construction, Vol. 24, No. 4, pp.361-369 (in Korean). 

  6. 한홍수, 최병정, 한권규(2011) 폭두께비에 따른 강판콘크리트구조의 압축거동, 한국강구조학회논문집, 한국강구조학회, 제23권, 제2호, pp.229-236. Han, H.S., Choi, B.J., and Han, K.G. (2011) Compression Behavior of Steel Plate-Concrete Structures with the Width-to-Thickness Ratio, Journal of Korean Society of Steel Construction, Vol 23, No.2, pp. 229-236 (in Korean) 

  7. ABAQUS 6.10.1, SIMULIA. 

  8. 원덕희, 한택희, 윤나리, 강영종(2012) 일축압축을 받는 내부 구속 중공 CFT 기둥의 최적 구속 효과 연구, 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제32권, 제4A호, pp.227-235. Won, D.H., Han, T.H., Yoon, N.R., and Kang, Y.J. (2012) A Study on Optimum Confined Effect for Internally Confined Hollow CFT Columns under Uniaxial Compression, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 32, No. 4A, pp. 227-235 (in Korean). 

  9. Antonio, F.B. and Gabriel, O.R. (1998) Analysis of Reinforced Concrete Structures using Ansys Nonlinear Concrete Model, Computational Mechanics, New trends and application, Barcelona, Spain, pp.1-7. 

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