콘크리트 충전강관(CFT)은 강관의 내부에 콘크리트로 채워진 기둥이다. CFT는 강재와 콘크리트로 구성되며, 강재는 콘크리트를 내부에서 구속시켰고, 내부 콘크리트는 기둥의 압축하중을 감당한다. 본 실험에서 73~100MPa급 고강도 콘크리트에 관해 유동성실험, 압축강도실험, 압송압력실험을 실시하였으며, CFT용 고강도 콘크리트의 물리적 성질을 알아보기 위해 슬럼프, 슬럼프 플로우, 공기량, U-box시험, O-Lot시험, L-flow시험이 진행되었다. 이러한 연구의 결과를 바탕으로 Mock-up테스트에서 콘크리트 충전성 시험, 수화열 측정 시험, 응력계측 시험을 수행하였다. 현장적용은 상암동 및 서강대 현장의 두 곳에 각각 ${\Box}-566{\times}566{\times}10$, ${\Box}-400{\times}400{\times}25$의 대상기둥을 선정하여 현장계측을 진행하였다. CFT기둥의 장기거동 예측에 관하여 설계하중에 대해 콘크리트의 탄성변형과 건조수축, 크리프 수축을 고려한 ACI 209 재료모델을 사용한 결과는 계측결과와 거의 일치하였다.
콘크리트 충전강관(CFT)은 강관의 내부에 콘크리트로 채워진 기둥이다. CFT는 강재와 콘크리트로 구성되며, 강재는 콘크리트를 내부에서 구속시켰고, 내부 콘크리트는 기둥의 압축하중을 감당한다. 본 실험에서 73~100MPa급 고강도 콘크리트에 관해 유동성실험, 압축강도실험, 압송압력실험을 실시하였으며, CFT용 고강도 콘크리트의 물리적 성질을 알아보기 위해 슬럼프, 슬럼프 플로우, 공기량, U-box시험, O-Lot시험, L-flow시험이 진행되었다. 이러한 연구의 결과를 바탕으로 Mock-up테스트에서 콘크리트 충전성 시험, 수화열 측정 시험, 응력계측 시험을 수행하였다. 현장적용은 상암동 및 서강대 현장의 두 곳에 각각 ${\Box}-566{\times}566{\times}10$, ${\Box}-400{\times}400{\times}25$의 대상기둥을 선정하여 현장계측을 진행하였다. CFT기둥의 장기거동 예측에 관하여 설계하중에 대해 콘크리트의 탄성변형과 건조수축, 크리프 수축을 고려한 ACI 209 재료모델을 사용한 결과는 계측결과와 거의 일치하였다.
CFT (Concrete-Filled Tube) is a type of steel column comprised of steel tube and concrete. Steel tube holds concrete and the concrete inside tube takes charge of compressive load. This study presents structural performance of the CFT column which has 73~100 MPa high strength concrete inside. Fluidit...
CFT (Concrete-Filled Tube) is a type of steel column comprised of steel tube and concrete. Steel tube holds concrete and the concrete inside tube takes charge of compressive load. This study presents structural performance of the CFT column which has 73~100 MPa high strength concrete inside. Fluidity, mechanical compression, pump pressure test in flexible pipe were conducted for understanding properties of the high strength concrete. Material properties were achieved by various experimental tests, such as slump, slump flow, air content, U-box, O-Lot, L-flow. In addition, mock-up tests were conducted to monitor concrete filling, hydration heat, compressive strength. From construction sites in Sang-am dong and University of Seo-kang, long-term behaviors could be effectively predicted in terms of ACI 209 material model considering elastic deformation, shrinkage and creep.
CFT (Concrete-Filled Tube) is a type of steel column comprised of steel tube and concrete. Steel tube holds concrete and the concrete inside tube takes charge of compressive load. This study presents structural performance of the CFT column which has 73~100 MPa high strength concrete inside. Fluidity, mechanical compression, pump pressure test in flexible pipe were conducted for understanding properties of the high strength concrete. Material properties were achieved by various experimental tests, such as slump, slump flow, air content, U-box, O-Lot, L-flow. In addition, mock-up tests were conducted to monitor concrete filling, hydration heat, compressive strength. From construction sites in Sang-am dong and University of Seo-kang, long-term behaviors could be effectively predicted in terms of ACI 209 material model considering elastic deformation, shrinkage and creep.
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문제 정의
본 연구는 고강도 CFT기둥용 100 MPa급 콘크리트의 물리적 특성과 현장적용성 평가를 진행하였으며, 고강도 CFT기둥의 장기거동을 평가하였다.
본 연구에서는 CFT용 100 MPa급 콘크리트의 배합설계, 실물실험을 통한 현장적용성 평가, 즉, 현장적용시 콘크리트 시공 모니터링으로 콘크리트의 품질관리 및 CFT 기둥의 장기거동의 계측 및 예측에 대해서 검토하였다.
강관내 콘크리트 타설방법으로는 1, 2절은 버켓을 이용한 상부타설공법을 3, 4절은 펌프압송을 이용한 하부압입공법을 각각 적용하였다. 본 연구에서는 하부압입공법에 대한 콘크리트의 현장적용성 평가에 대해서 기술하고자 한다. 최고 압입높이가 25 m이며, 기둥-보접합은 외다이아프램형식이나 용접 박스강관의 용접변형을 잡아주기 위한 직경 350 mm 원형홀을 가진 내다이아프램이 1.
가설 설정
CFT기둥에 장기 축력이 작용하였을 경우, 장기거동을 예측프로세스는 Fig. 9에서 보는 바와 같이 가정하였다. CFT기둥에서 콘크리트의 크리프 및 건조수축 변형을 고려하여 Fig.
여기서, Case 1은 CFT기둥의 중앙부에 콘크리트는 강관의 영향으로 콘크리트의 건조수축이 작은 경우에 대해서 가정하였다. Case 2는 CFT기둥의 상단부에 콘크리트는 대기노출조건으로 공시체 실험조건과 유사하기에 공시체 장기하중 실험결과를 바탕으로 콘크리트 특성을 가정하였다.
2절에 기술한 방법으로 산정한 계산값은 계측결과와 유사한 경향을 보이고 있음을 알 수 있다. 여기서, Case 1은 CFT기둥의 중앙부에 콘크리트는 강관의 영향으로 콘크리트의 건조수축이 작은 경우에 대해서 가정하였다. Case 2는 CFT기둥의 상단부에 콘크리트는 대기노출조건으로 공시체 실험조건과 유사하기에 공시체 장기하중 실험결과를 바탕으로 콘크리트 특성을 가정하였다.
제안 방법
9에서 보는 바와 같이 가정하였다. CFT기둥에서 콘크리트의 크리프 및 건조수축 변형을 고려하여 Fig. 10에서 보는 바와 같이 강관과 콘크리트간의 변형률은 같다는 조건과 일정하중에 대한 힘의 평형조건을 이용하여 장기거동을 예측한다.
CFT기둥으로써 각형강관의 단면치수는 400 x 400 x 25 mm이며, 기둥길이는 약 47 m이다. 강관내 콘크리트 타설방법으로는 1, 2절은 버켓을 이용한 상부타설공법을 3, 4절은 펌프압송을 이용한 하부압입공법을 각각 적용하였다. 본 연구에서는 하부압입공법에 대한 콘크리트의 현장적용성 평가에 대해서 기술하고자 한다.
슬럼프 플로우, 공기량 등 기본 콘크리트의 굳지 않은 성질을 레미콘 생산 시점과 현장도착시점에 각각 실시하였다. 또한 CFT 강관내의 충전성 및 시공성을 확인하기 위하여 U-Box시험, L-Flow시험, O-Lot시험을 생산직후와 현장 도착시점에 나눠 실시하여 그 성능을 비교하였다.
2에서 보는 바와 같이 전압값을 측정하는 충전감지 센서를 6곳(중앙, 내측 다이아프램 상하부, 측면)에 부착하였다. 수화열 측정을 위해서 온도센서를 강관내부 중앙부와 측면부, 상단부에 설치하여 3차원적 계측을 행하였다. 콘크리트 압축강도 발현은 28일 경과시점에 코어채취하여 압축강도시험을 하였다.
슬럼프 플로우, 공기량 등 기본 콘크리트의 굳지 않은 성질을 레미콘 생산 시점과 현장도착시점에 각각 실시하였다. 또한 CFT 강관내의 충전성 및 시공성을 확인하기 위하여 U-Box시험, L-Flow시험, O-Lot시험을 생산직후와 현장 도착시점에 나눠 실시하여 그 성능을 비교하였다.
실내시험평가 항목 및 요구성능으로 Table 4에서 보는 바와 같이 설계기준강도 100 MPa 고강도 콘크리트를 사용하여 슬럼프 플로우, 공기량 및 콘크리트의 충전성을 확인하기 위한 L-flow시험, U-box시험, O-Lot시험을 실시하였다.11)
100 MPa 콘크리트의 경우 콘크리트의 점성이 일반 콘크리트에 비해 매우 높기 때문에 압력이 낮은 펌프장비의 경우 압력이 부족해 타설이 불가능한 경우가 발생할 우려가 있다. 이에 150 bar까지 압력이 가능한 고압몰리를 이용하여 타설을 실시하였다. 또한, CFT기둥의 하부압입구까지 최대 약 44 m 수평으로 바닥 압송관을 설치하였다.
수화열 측정을 위해서 온도센서를 강관내부 중앙부와 측면부, 상단부에 설치하여 3차원적 계측을 행하였다. 콘크리트 압축강도 발현은 28일 경과시점에 코어채취하여 압축강도시험을 하였다.
현장적용 성능평가 항목으로 콘크리트의 충전성, 수화열, 콘크리트 압축강도발현, 침하량 등으로 하였다. 강관내부 콘크리트 충전성을 확인하기 위해 설치한 다이아프램은 두께 13 mm강판으로 실험체 중앙에서 1 m 간격으로 설치하였다.
대상 데이터
CFT기둥에 대한 콘크리트의 현장적용성 평가를 위해 Fig. 1에서 보는 바와 같이 1000 x 1000 x 2000 mm 박스형 단면치수와 강관내부 다이아프램 형상을 갖는 메가CFT 실험체를 제작하였다. 실물시험에 사용한 콘크리트는 Batch Plant(이하 B/P)에서 배합하여, 레미콘차 운반 및 호퍼를 이용하여 상부타설하였다.
를 현장적용하였다. CFT기둥으로써 각형강관의 단면치수는 400 x 400 x 25 mm이며, 기둥길이는 약 47 m이다. 강관내 콘크리트 타설방법으로는 1, 2절은 버켓을 이용한 상부타설공법을 3, 4절은 펌프압송을 이용한 하부압입공법을 각각 적용하였다.
센서양측에 고정지그가 있어 CFT기둥 내부에 콘크리트가 타설된 후 양생이 완료되었을 때, 콘크리트와 일체가 되어 콘크리트의 변형률을 내부 현의 진동수 변화로 측정하는 진동현식(모델 VE-4200) 센서를 이용하였다. Fig.7에서 보는 바와 같이 중앙부와 측면부 기둥 2개소에 센서를 설치/계측하였다.
현장적용 성능평가 항목으로 콘크리트의 충전성, 수화열, 콘크리트 압축강도발현, 침하량 등으로 하였다. 강관내부 콘크리트 충전성을 확인하기 위해 설치한 다이아프램은 두께 13 mm강판으로 실험체 중앙에서 1 m 간격으로 설치하였다. 다이아프램 개구부 중앙에는 직경 450 mm인 원형 개구부가 위치하고 모서리에는 20~50 mm 홀을 4개 두었다.
고강도 콘크리트의 장기거동을 파악하기 위하여 Φ-150 x 300 원통형 공시체로 ASTM C512/C512M-10에 따른 시험을 행하였다.
또한, 센서를 하부압입 타설이 시작되는 지상3층에 설치하였으며, CFT기둥 강관내부에 설치되는 진동현식 센서는 강관내부 콘크리트 1개소와 강관 2개소로 총 3개소에 센서를 설치하였다(Fig. 8 참조).
본 실험에 사용된 시멘트는 국내 H사의 분말도 약 7000 cm2/g,재령 28일 압축강도 60 MPa이상의 프리믹스드 시멘트를 사용하였다. 사용된 잔골재는 인천산 세척사이며, 굵은 골재는 최대치수 13 mm이하로 입도조정하여 사용하였다.
/g,재령 28일 압축강도 60 MPa이상의 프리믹스드 시멘트를 사용하였다. 사용된 잔골재는 인천산 세척사이며, 굵은 골재는 최대치수 13 mm이하로 입도조정하여 사용하였다. 사용된 시멘트와 골재의 물리적 성질을 Table 1과 Table 2에 각각 나타내었으며, 콘크리트 배합은 Table 3에 표기하였다.
1에서 보는 바와 같이 1000 x 1000 x 2000 mm 박스형 단면치수와 강관내부 다이아프램 형상을 갖는 메가CFT 실험체를 제작하였다. 실물시험에 사용한 콘크리트는 Batch Plant(이하 B/P)에서 배합하여, 레미콘차 운반 및 호퍼를 이용하여 상부타설하였다.
지하 2층, 지상 9층 서강대 인공광합성 연구센터에 16개 CFT기둥에 100 MPa 콘크리트 150 m3를 현장적용하였다. CFT기둥으로써 각형강관의 단면치수는 400 x 400 x 25 mm이며, 기둥길이는 약 47 m이다.
이론/모형
건조수축 변형률 예측으로 ACI 209에서 제시한 건조수축 모델을 적용하였으며, 최종적인 건조수축 변형률(#) 은 실험결과를 바탕으로 한다.
센서양측에 고정지그가 있어 CFT기둥 내부에 콘크리트가 타설된 후 양생이 완료되었을 때, 콘크리트와 일체가 되어 콘크리트의 변형률을 내부 현의 진동수 변화로 측정하는 진동현식(모델 VE-4200) 센서를 이용하였다. Fig.
크리프 변형률 예측으로 ACI 209에서 제시한 크리프 모델을 적용하였으며, 크리프 계수(Φ*)는 실험결과를 바탕으로 한다.
성능/효과
1) CFT용 100 MPa콘크리트에 대한 굳지 않는 콘크리트의 현장적용성 평가를 한 결과, 요구성능을 만족하였으며, 콘크리트 압입 타설 후 강관내 콘크리트는 약간 유동성이 떨어지는 경향을 보였다. 한편, 콘크리트의 28일 압축강도에 대해서는 설계강도 100 MPa를 초과하였다.
2) 서강대 인공광합성센터 현장을 대상으로 CFT기둥의 장기거동을 계측한 결과, ACI 재료모델을 바탕으로 예측한 경향과 유사하게 나왔다. 또한, ACI에서 제시한 크리프계수의 50~60%정도 낮은 1.
12에 나타내었다. 건조수축과 크리프 변형률은 111일까지 점차적으로 증가하는 경향을 보였다. Fig.
굳지 않은 콘크리트 시험결과, Table 5에 나타난 바와 같이 슬럼프 플로우는 목표했던(700±100) mm 범위를 모두 만족하는 것으로 나타났고, 공기량도 3.5±1.5% 범위를 충족하였다.
2) 서강대 인공광합성센터 현장을 대상으로 CFT기둥의 장기거동을 계측한 결과, ACI 재료모델을 바탕으로 예측한 경향과 유사하게 나왔다. 또한, ACI에서 제시한 크리프계수의 50~60%정도 낮은 1.25~1.28값으로 예측 가능함을 알 수 있었다.
3 참조). 또한, 콘크리트 타설 직후부터 알칼리 반응에 따라 전압 값이 증가하다가, 약 10시간이 경과한 시간 이후에는 콘크리트내 알칼리 이온이 감소하여 200시간 이후에는 전압 값이 0이 되었다.
수축량을 측정한 결과로써 콘크리트 타설후 400시간시점에 120 μm로 나타났다.
6과 같다. 압송부와 토출부의 관내압력은 각각 0.5~1.5 MPa로 나타났으며 최대 약 60%의 관내 압력손실이 발생하는 것으로 나타났다.
13에 나타내었다. 콘크리트 변형률 센서가 놓인 위치까지 콘크리트 타설을 함에 따라 상부 콘크리트의 건조수축으로 콘크리트의 변형률이 증가하다가 강도발현에 따라 증가 정도는 작았다. 강관 변형률에 대해서는 상부층 지지하중 증가에 따라서 강관의 변형률이 증가하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
콘크리트 충전강관은 무엇인가?
콘크리트 충전강관(CFT)은 강관의 내부에 콘크리트로 채워진 기둥이다. CFT는 강재와 콘크리트로 구성되며, 강재는 콘크리트를 내부에서 구속시켰고, 내부 콘크리트는 기둥의 압축하중을 감당한다.
초고강도 콘크리트에 대해 CFT시공기술이 필수적인 이유는?
건축물의 고층화 및 장경간화로 CFT구조도 재료의 개발로 인한 고강도화가 진행중이다. 따라서 초고강도 콘크리트에 대해 CFT시공기술이 필수적이며, 이를 확립하기 위해서는 콘크리트의 시공성능과 충전성의 확보 및 CFT 기둥의 장기거동 예측 및 검증이 중요과제가 된다.
CFT는 무엇과 무엇으로 구성되며, 각각의 특성은?
콘크리트 충전강관(CFT)은 강관의 내부에 콘크리트로 채워진 기둥이다. CFT는 강재와 콘크리트로 구성되며, 강재는 콘크리트를 내부에서 구속시켰고, 내부 콘크리트는 기둥의 압축하중을 감당한다. 본 실험에서 73~100MPa급 고강도 콘크리트에 관해 유동성실험, 압축강도실험, 압송압력실험을 실시하였으며, CFT용 고강도 콘크리트의 물리적 성질을 알아보기 위해 슬럼프, 슬럼프 플로우, 공기량, U-box시험, O-Lot시험, L-flow시험이 진행되었다.
참고문헌 (11)
Yong-Hak, K., Keun-Ho, J., Jin-Ho, K., Sang-Jin, J. and Moon-Sik, C., "An Experimental Study on High Flow and High Strength Concrete for Concrete Filled Steel Tube", Journal of the Architectural Institute of Korea. Structure and Construction, Vol. 19, No. 6, pp. 125-132, 2003.
Keun-Ho, J., Nam-Ki, L. and Young-Doe, L., "A Study on High Strength Concrete of Concrete Filled Steel Tube Column", Journal of the Korea Institute of Building Construction, Vol. 4, No. 1, pp. 127-132, 2004.
Matsumoto, S., Goto, K., Kuroiwa, S. and Takese, Y., "Structural Design and Construction of a High-rise Building Using Concrete Filled Tubular Column with Fc 150N/mm2 High-Strength Concrete and 780N/mm2 Class High-Strength Steel", Journal of the Japan Concrete Institute, Vol. 50, No. 12, pp. 1102-1108, 2012.
Huo, X.S., Al-Omasishi, N., and Tadros, M.K., "Creep, Shrinkage, and Modulus of Elasticity of High-Performance Concrete", ACI materials Journal, Vol. 98, 2001, pp. 440-449.
American concrete institute (ACI), Prediction of creep, shrinkage, and temperature effects in concrete structures (ACI 209R-92), ACI Committee 209, Farmington Hills. Mich., 1997.
CEB-FIP, CEB-FIP model code 1990, design code, Thomas Telford Services Ltd., London, 1993.
Chang-Soo, K., "Eccentric Axial Load Capacity and Behavior of Composite Columns Using 800MPa Steel and 100MPa Concrete", Published Doctoral Dissertation, Seoul National University.
Kyung-Soo, C., Young-Jae, L. and Jong-Moon, C., "Measurement Result on the Creep Behavior of Concrete-Filled Steel Tube Columns in Top-Down Construction Method", Journal of the Architectural Institute of Korea. Structure and Construction, Vol. 32, No. 2, pp. 483-484, 2012.
Seok-Beom, H., Joe-Hyung, Y. and Woo-Jae, K., "Field Application and Evaluation of CFT Using 100MPa Concrete", Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 24, No. 2, pp. 757-758, 2012.
Woo-Jae, K., Seok-Beom, H., Hee-Gon, P., Jae-Sam, L., Il, S. and Sang-Jin, K., "Research on the Mock-Up for CFT Using High Strength Concrete", Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 23, No. 1, pp. 507-508, 2011.
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