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중공비율에 따른 중공 프리캐스트 철근콘크리트 기둥의 압축거동
Compressive Behavior of Precast Concrete Column with Hollow Corresponding to Hollow Ratio 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.26 no.4, 2014년, pp.441 - 448  

이승준 (한국교통대학교 건축공학과) ,  서수연 (한국교통대학교 건축공학과) ,  배문용 (한국교통대학교 건축공학과) ,  김강수 (서울시립대학교 건축학부)

초록
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최근 일련의 연구로부터, 중공이 있는 프리캐스트 콘크리트(hollewed precast concrete, HPC) 기둥를 사용할 경우, 일반적인 PC기둥에 비하여 접합부 콘크리트를 충실하게 채울수 있으며 이에 따라, 접합부의 고정도는 일체식 철근콘크리트(RC)와 같이 향상될 수 있음이 확인되었다. 그러나 충전콘크리트로 중공부가 채워진 후, HPC부재와 충전콘크리트의 강도가 서로 다르고 이 두 부재 사이에는 접촉면이 있음에 따라 합성구조와 같은 거동을 보이게 되며 이는 합성된 기둥의 구조적 거동과 강도에 영향을 미치게 된다. 이 논문에서는 HPC 기둥에서 중공의 크기와 중공부분 콘크리트의 채움 유무에 따른 기둥의 압축강도 시험을 실시하였다. 중공의 비율은 35, 50 그리고 59%이며 실험체의 양단을 단순지지 형태로서 지지한 뒤 중심압축력을 기둥의 상단에 작용시켰다. 또한 압축에 대한 HPC 기둥의 파괴거동을 묘사하기 위하여 유한요소 해석을 실시하였다. 실험 결과, 중공내부가 충전콘크리트로 채워진 기둥에서, PC와 충전콘크리트의 강도차이와 상관없이 중공률은 기둥의 초기강성에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 그러나 기둥의 압축강도는 중공률에 반비례하는 것으로 나타났다. 충전콘크리트가 채워지지 않은 HPC기둥의 구조성능은 중공의 직경에 밀접하게 관련이 있는 것으로 나타났으며, 특히, HPC의 두께가 지나치게 얇은 경우에는 국부적인 파괴가 전체 파괴를 지배하는 것으로 나타났다. 이러한 영향을 고려하여 HPC기둥의 압축내력을 산정할 수 있는 식을 제시하였다. 유한요소해석에서는, HPC와 충전콘크리트 사이의 접촉면을 고려할 경우, 해석 결과가 실험 결과와 좋은 대응을 보이는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

From several researches, recently, it was found that using hollowed precast concrete (HPC) column made more compact concrete casting in joint region possible than using normal solid PC (Precast concrete) column. Therefore, the rigidity of joints can be improved like those of monolithic reinforced co...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이 연구에서는 축하중을 받는 HPC 기둥에서 중공비율에 따른 압축성능을 규명하고자 하며 특히 충전콘크리트가 채워지기 전과 채워진 이후에 대하여 각각 변수에 대한 압축성능을 실험적으로 연구하고자 한다. 또한 재료적 특성과 두 재료사이 접촉면의 영향을 고려한 유한요소해석을 실시하여 복합거동을 하는 HPC 기둥의 압축거동을 적절하게 묘사할 수 있는 방법을 연구하고자 한다.
  • 이 연구에서는 HPC 기둥의 중공률에 따른 압축성능을 파악하고자, 중공률에 따른 압축실험과 유한요소해석 연구를 실시하였다. 특히 중공내부를 충전한 경우와 충전하지 않은 두 경우에 대하여 모두 연구함으로써 시공단계와 시공완료후의 구조재로서 설계를 위한 자료를 파악하고자 하였다.
  • 이 연구에서는 축하중을 받는 HPC 기둥에서 중공비율에 따른 압축성능을 규명하고자 하며 특히 충전콘크리트가 채워지기 전과 채워진 이후에 대하여 각각 변수에 대한 압축성능을 실험적으로 연구하고자 한다. 또한 재료적 특성과 두 재료사이 접촉면의 영향을 고려한 유한요소해석을 실시하여 복합거동을 하는 HPC 기둥의 압축거동을 적절하게 묘사할 수 있는 방법을 연구하고자 한다.
  • 이 연구에서는 HPC 기둥의 중공률에 따른 압축성능을 파악하고자, 중공률에 따른 압축실험과 유한요소해석 연구를 실시하였다. 특히 중공내부를 충전한 경우와 충전하지 않은 두 경우에 대하여 모두 연구함으로써 시공단계와 시공완료후의 구조재로서 설계를 위한 자료를 파악하고자 하였다. 실험과 해석적 연구를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다.

가설 설정

  • 콘크리트와 철근의 재료정의는 재료실험 결과를 근거로 하였다. 경계조건은 하부에 변위를 구속시켜 초기상태에서 변위가 발생하지 않도록 하고 편심 없이 일정한 축력이 가력되도록 힌지를 가정하였다. 하중의 가력은 변위를 점증시키는 방법으로 제어하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
HPC 기둥의 장점은 무엇인가 HPC 기둥은 원심력 다짐으로 기존의 PC 기둥에 비해 고강도화 할 수 있고 또한 거푸집형태로 제작하여 현장에 반입한 뒤 설치하기 때문에, 시공시 작업하중을 줄일 수있으며 이에 따라 시공성을 개선할 수 있는 장점이 있다. 그렇지만, 중공부에 콘크리트를 후 타설하기 때문에, 기둥을 구성하는 재료가 단일 재료가 아니며 특히 두 재료 사이에 접촉면이 존재하는 합성구조가 된다.
PC공법의 특징은 무엇인가 국내의 건설시장은 노동에 대한 인식이 변화하면서 건설현장 기피현상으로 젊은 기능공의 감소에 따른 노동 인력 수급의 어려움과 현장조건에 따른 품질 저하문제를 개선하기 위한 노력이 필요한 것으로 인식되고 있다. 이에 대한 방안으로써, PC(precast concrete)공법은 콘크리트의 품질관리가 가능하고 현장 타설 콘크리트 공법에 비해 노동력 감소와 공기를 단축시킬 수 있는 특징을 갖고 있다. 최근에는, PC 공법의 경우 부재간 단절에 의한 응력 불연속 구간이 접합부에 형성되어 일체 타설된 RC (reinforced concrete) 구조와 같은 성능을 발휘하기가 쉽지 않기 때문에 PC와 현장 타설 콘크리트를 합성하여 사용하는 복합화 공법의 적용이 증가하고 있는 것으로 보고1)되고 있다.
본 연구에서 중공부분이 채워진 HPC 합성기둥은 어떠한 순으로 파괴가 진행되었는가 중공부분이 채워진 HPC 합성기둥의 경우, 공통적으로 초기에 상 · 하부 FRP sheet와의 경계면에서 균열이 발생되기 시작하였으며, 수직균열이 발생한 후 점차 중앙부로 이어지는 균열이 발생하였다. 이때 일부 피복콘크리트가 박리되고, 최대하중 전 · 후로 횡보강근이 항복한 뒤주근이 항복하는 순으로 파괴가 진행되었다.
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참고문헌 (8)

  1. Lee, J. M. and Choi. I. S., "Present and Future of Precast Concrete Structure," Architectural Institute of Korea, April, 2007, pp. 76-83. 

  2. Kim, T. H., "Development of High Strength and Spun Concrete Column," Daelim Technology Review, 2012, pp. 132-136. 

  3. Seo, S. Y., Yoon, S. J., and Lee, W. J., "Evaluation of Structural Performance of the Hollow PC Column Joint Subjected to Cyclic Lateral Load," Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 20, No. 3, 2008, pp. 335-343. 

  4. Korea "Concrete Design Code and Commentary," Kimoondang Publishing Company, Seoul, Korea, 2012. pp. 123-140. 

  5. ACI, "Building Code Requirements for Reinforced Concrete (ACI 318M-11)," ACI Committee, American Concrete Institute, 2011, pp. 137-139. 

  6. Midas IT, "MIDAS FEA Ver. 3.4.0 Manual," Manual of Midas IT, 2012, pp. 225-290. 

  7. Vecchio, F. J. and Collins, M. P., "The Modified Compression Field Theory for Reinforced Concrete Elements Subjected to Shear," ACI Journal, Vol. 83, No. 22 1986, pp. 219-231. (doi: http://10.14359/10416) 

  8. Selby, R. G. and Vecchio, F. J., "Three-Dimensional Constitutive Relations for Reinforced Concrete," Report No. 93-02, Department, of Civil Engineering, University of Toronto, 1993, pp. 124-147. 

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