강섬유 콘크리트 혼입율에 따른 내부앵커형 콘크리트 충전기둥 내화성능에 관한 해석적 연구 Analysis Study on Fire Performance with Internal Anchored Concrete Filled Steel Tube Columns According to Percent of Steel-Fibers원문보기
콘크리트 충전강관 기둥은 강관의 구속효과에 의해 콘크리트의 압축내력 상승과, 콘크리트에 의한 강관의 국부좌굴 보강효과에 의해 부재내력이 상승하고 뛰어난 변형성능을 발휘한다. 하지만, 기둥단면이 커질 경우 합성효과를 발휘하기 위하여 스터드 볼트나 후 시공 앵커 볼트를 사용해야 하는 시공상의 문제점이 발생된다. 이를 극복함과 동시에 합성효과를 증대시키기 위한 방안으로 내부에 리브가 설치된 용접조립 기둥이 소개되었다. 내부 리브는 콘크리트와 맞물려 있어 리브의 변형은 콘크리트의 균열을 촉진시키는 역할을 동반하게 된다. 이러한 잠재적인 문제에 대한 해결책은 강관 리브의 변형에 저항할 수 있도록 콘크리트 인성을 증가시킬 수 있는 방안이 필요하다. 언급된 두 가지의 문제점이 효과적으로 해결될 경우 용접조립 각형강관 기둥은 내화성능 확보가 가능하다고 판단된다. 본 연구에서는 해결방안으로 내부 콘크리트를 강섬유와 혼입하여 기둥 자체의 연성과 인성을 증대시키는 것에 중점을 맞추고 있다. 내화성능 평가를 위한 시험체는 총 8개 로 하중비에 따른 재하가열 실험을 실시하고 화재 전후 거동과 열 변형 능력을 주요변수별로 분석하였다. 실험결과와 선행연구 비교를 통해 열 전달과 열응력 해석 모델의 신뢰성을 확보하였으며, 강섬유 혼입율에 따른 변수해석을 수행하였다.
콘크리트 충전강관 기둥은 강관의 구속효과에 의해 콘크리트의 압축내력 상승과, 콘크리트에 의한 강관의 국부좌굴 보강효과에 의해 부재내력이 상승하고 뛰어난 변형성능을 발휘한다. 하지만, 기둥단면이 커질 경우 합성효과를 발휘하기 위하여 스터드 볼트나 후 시공 앵커 볼트를 사용해야 하는 시공상의 문제점이 발생된다. 이를 극복함과 동시에 합성효과를 증대시키기 위한 방안으로 내부에 리브가 설치된 용접조립 기둥이 소개되었다. 내부 리브는 콘크리트와 맞물려 있어 리브의 변형은 콘크리트의 균열을 촉진시키는 역할을 동반하게 된다. 이러한 잠재적인 문제에 대한 해결책은 강관 리브의 변형에 저항할 수 있도록 콘크리트 인성을 증가시킬 수 있는 방안이 필요하다. 언급된 두 가지의 문제점이 효과적으로 해결될 경우 용접조립 각형강관 기둥은 내화성능 확보가 가능하다고 판단된다. 본 연구에서는 해결방안으로 내부 콘크리트를 강섬유와 혼입하여 기둥 자체의 연성과 인성을 증대시키는 것에 중점을 맞추고 있다. 내화성능 평가를 위한 시험체는 총 8개 로 하중비에 따른 재하가열 실험을 실시하고 화재 전후 거동과 열 변형 능력을 주요변수별로 분석하였다. 실험결과와 선행연구 비교를 통해 열 전달과 열응력 해석 모델의 신뢰성을 확보하였으며, 강섬유 혼입율에 따른 변수해석을 수행하였다.
Concrete filled steel tube system has two major advantages. First, the confinement effect of steel tube improves the compressive strength of concrete. Second, the load capacity and deformation capacity of members are improved because concrete restrains local buckling of steel tube. It does, however,...
Concrete filled steel tube system has two major advantages. First, the confinement effect of steel tube improves the compressive strength of concrete. Second, the load capacity and deformation capacity of members are improved because concrete restrains local buckling of steel tube. It does, however, involve workability problem of using stud bolts or anchor bolts to provide composite effect for larger cross-sections. While the ribs inside the columns are desirable in terms of compressive behavior, they cause the deterioration in load capacity upon in-plane deformation resulting from thermal deformation. Since the ribs are directly connected with the concrete, the deformation of the ribs accelerates concrete cracking. Thus, it is required to improve the toughness of the concrete to resist the deformation of the ribs. Welding built-up tubular square columns can secure safety in terms of fire resistance if the problem are solved. This study focuses on mixing steel fiber in the concrete to improve the ductility and toughness of the columns. In order to evaluate fire resistance performance, loaded heating test was conducted with 8 specimens. The behavior and thermal deformation capacity of the specimens were analyzed for major variables including load ratio. The reliability of heat transfer and thermal stress analysis model was verified through the comparison of the results between the test and previous study.
Concrete filled steel tube system has two major advantages. First, the confinement effect of steel tube improves the compressive strength of concrete. Second, the load capacity and deformation capacity of members are improved because concrete restrains local buckling of steel tube. It does, however, involve workability problem of using stud bolts or anchor bolts to provide composite effect for larger cross-sections. While the ribs inside the columns are desirable in terms of compressive behavior, they cause the deterioration in load capacity upon in-plane deformation resulting from thermal deformation. Since the ribs are directly connected with the concrete, the deformation of the ribs accelerates concrete cracking. Thus, it is required to improve the toughness of the concrete to resist the deformation of the ribs. Welding built-up tubular square columns can secure safety in terms of fire resistance if the problem are solved. This study focuses on mixing steel fiber in the concrete to improve the ductility and toughness of the columns. In order to evaluate fire resistance performance, loaded heating test was conducted with 8 specimens. The behavior and thermal deformation capacity of the specimens were analyzed for major variables including load ratio. The reliability of heat transfer and thermal stress analysis model was verified through the comparison of the results between the test and previous study.
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문제 정의
SFRC가 충전된 합성기둥의 모델을 대상으로 선행연구 Kodur(1997)[13]와 해석결과를 비교함으로써 열전달 및 열 응력해석의 신뢰성을 검증하고자 한다. 예비 해석대상을 Table 4에 정리 하였다.
선행연구(Kodur(1997), Kim(2014))를 대상으로 예비 해석을 수행하였으며 실험결과와 해석결과를 비교했을 때 단면 내 온도 분포와 내화하중 저항 구간 등 전반적인 거동예측이 가능한 것으로 평가되었다. 따라서 검증된 해석모델을 통해 SF-ACT 기둥의 구조 및 내화성능의 정량적 평가에 사용하고자 한다.
5로 무피복 상태에서 약 50분 이상의 내화성능이 발휘되어 무피복 합성 기둥의 가능성을 보여주고 있다. 따라서 본 연구에 선행된 유사 실험자료를 통해 해석모델을 교정하고 신뢰성을 검증하고자 한다. 최종적으로 완성된 해석모델을 통해 하중비 조건에 따른 SF-ACT기둥의 열 변형, 열응력을 검토하고 강섬유 혼입율과 내화성능 관계를 정량적으로 분석하고자 한다.
해석과정은 비선형 열전달해석과 비선형 열응력해석의 연속하는 단계해석으로 구성된다. 비선형 열전달 해석은 열전도를 통한 단면 내 온도 평가 및 비선형 열응력 해석을 위한 열하중을 제공하기 위해 해석이 수행된다. 이어서 적용된 하중과 앞서 결정된 열하중 하에 의한 재료 손상 영향, 재료특성의 변화 그리고 구조부재의 하중능력 등 복합적인 구조적 반응을 결정하며, 본 연구에서는 구조 성능 평가에 사용된 범용 유한요소 해석 프로그램인 ABAQUS(Ver 6.
유한요석해석 모델을 활용하여 실험으로 분석되지 못한 변수를 통해 SF-ACT기둥의 열적 거동 특성의 영향인자를 고찰해 보고자 한다. 재하가열 실험을 통해 하중비는 내화성능에 주요 영향인자 임을 알 수 있었다.
하중비(C/C’r)에 변화에 따른 열적 거동과 내화성능을 분석하고자 한다.
가설 설정
이때 강섬유 콘크리트의 상온 시 압축강도(fck)와 인장강도는 재료시험 결과를 근거로 계산되었다(Table 3). 열전달 해석은 기둥의 4면이 화재에 동일하게 노출되어 있다는 가정 하에 부재 전체를 모델링을 한 후 열전달 해석을 수행하였다.
제안 방법
8절점 열전달 해석요소(DC3D8)를 사용하여 모델링하였다. DC3D8은 온도에 대한 자유도를 가진 8개의 절점으로 이루어진 3차원 입방체 요소로서 등질성(homogeneous)과 등방 성(isotropic)으로 정한 강재와 콘크리트의 구성요소로 적용 하였다.
8절점 열전달 해석요소(DC3D8)를 사용하여 모델링하였다. DC3D8은 온도에 대한 자유도를 가진 8개의 절점으로 이루어진 3차원 입방체 요소로서 등질성(homogeneous)과 등방 성(isotropic)으로 정한 강재와 콘크리트의 구성요소로 적용 하였다. SD4 는 3차원 입방체 요소의 표면에 정의되며 추가적인 절점(extra node)을 이용하여 가열로 내부 고온가스에서 부재까지의 대류열전달을 나타낸다.
이러한 특성은 무피복재하가열 실험을 통해 밝혀졌으며 해석상에 구현할 방법을 모색했다. 강관의 팽창에 의해 콘크리트가 파괴가능한 영역에 마찰계수 0.25를 추가 반영하여 모델을 수행하기로 했다. Wang(2008)연구에 의하면, 마찰계수를 0.
Table 6은 각 해석결과를 정리하였다. 강섬유 혼입율이 0.375%인 해석모델을 기준으로 혼입율이 0%인 해석 결과를 무차원하여 비교하였다. 하중비가 0.
이후 앞의 두 모델을 링크하여 열응력 해석을 수행하였다. 강재의 열적 특성은 Eurocode3에서 제시한 열적상수를 반영하였으며, SFRC 의 경우 0.375% 혼입한 재료시험 결과를 토대로 실시하였다.
강재의 재료에 대한 열적 특성을 나타내는 밀도, 비열 및 열전도율은 Eurocode 4[21]에서 제시한 값을 적용하였다. 강재의 항복강도(Fy)는 325MPa로 그에 해당하는 고온에 따른 강도 저감율을 참고하여 Eurocode 4에서 제시된 온도에 따른 강재의 응력-변형률 선도를 입력하였다. 강섬유 콘크리트의 경우 각국규준에서 열적, 역학적 특성을 제시되고 있지 않으므로 Kodur(1996b)[14]가 제시한 강섬유 규산염 콘크리트의 온도에 따른 기계적(응력-변형률), 열적 함수를 인용하였다.
비정상 열전달 해석과 열응력 해석을 통해 단면내 온도 분포와 하중비에 변화에 따른 내화성능을 검토 하였다. 선행연구(Kodur(1997), Kim(2014))를 대상으로 예비 해석을 수행하였으며 실험결과와 해석결과를 비교했을 때 단면 내 온도 분포와 내화하중 저항 구간 등 전반적인 거동예측이 가능한 것으로 평가되었다.
각 영향인자에 대한 고찰 결과, 고온노출 시 섬유의 혼입률이 높을수록, 형상비가 클수록 인장강도가 큰 것으로 나타났다. 실험결과의 분석을 통하여 식 (3)과 같이 SFRC의 DPT(Double Punch Test) 인장강도를 예측할 수 있는 일반식을 제안하였다. 비록 제안된 식은 형상비 60과 80의 후크형 강섬유 실험결과에만 근거하였기 때문에 제한적이지만 본 연구와 동일한 형상의 강섬유를 사용했으므로 직접적인 비교가 가능하다.
열전달 해석(heat transfer analysis)시 사용된 표준가열 곡선은 실험과 동일한 KS F 2257-1을 적용하고, 초기온도는 20℃로 하였다. 강재의 재료에 대한 열적 특성을 나타내는 밀도, 비열 및 열전도율은 Eurocode 4[21]에서 제시한 값을 적용하였다.
비선형 열전달 해석의 풀이 과정으로 Newton-Raphson-method을 적용하였다. 온도별 SFRC 재료의 열적상수(비열, 열전도율, 밀도)는 앞서 2장에서 언급한 특성 값을 적용하였다. 그 밖의 Eurocode 1-Part1-2[22]에서 제시된 값을 적용하였는데 대류 열유속(qc)은 식 (5) 그리고 복사 열 유속(qr)은 식 (6)에 나타내고 있다.
해석방법과 경계조건은 앞서 수행된 절차와 동일하게 적용하였다. 우선 단면 내 온도해석을 수행하여 각단면의 온도 분포 데이터를 정립 한 뒤 각 하중비에 따른 목표 재하량을 가력하여 좌굴해석을 수행한다. 이후 앞의 두 모델을 링크하여 열응력 해석을 수행하였다.
ACT기둥의 특성상 내부 리브는 콘크리트와 겹쳐있으므로 강관 축 팽창시 마찰력이 발생된다. 이러한 특성은 무피복재하가열 실험을 통해 밝혀졌으며 해석상에 구현할 방법을 모색했다. 강관의 팽창에 의해 콘크리트가 파괴가능한 영역에 마찰계수 0.
비선형 열전달 해석은 열전도를 통한 단면 내 온도 평가 및 비선형 열응력 해석을 위한 열하중을 제공하기 위해 해석이 수행된다. 이어서 적용된 하중과 앞서 결정된 열하중 하에 의한 재료 손상 영향, 재료특성의 변화 그리고 구조부재의 하중능력 등 복합적인 구조적 반응을 결정하며, 본 연구에서는 구조 성능 평가에 사용된 범용 유한요소 해석 프로그램인 ABAQUS(Ver 6.10)을 동일하게 사용하여 해석적 접근을 수행하였다. 선행연구에서는 콘크리트 충전형 기둥의 열 해석 절차와 방법론에 대해 다양한 시각에서 소개(Lie (1995)[18], Ding and Wang(2008)[19], Hong(2009)[20])되고 있어 해석 수행 시 고려할 요소와 경계조건을 반영하였다.
우선 단면 내 온도해석을 수행하여 각단면의 온도 분포 데이터를 정립 한 뒤 각 하중비에 따른 목표 재하량을 가력하여 좌굴해석을 수행한다. 이후 앞의 두 모델을 링크하여 열응력 해석을 수행하였다. 강재의 열적 특성은 Eurocode3에서 제시한 열적상수를 반영하였으며, SFRC 의 경우 0.
따라서 본 연구에 선행된 유사 실험자료를 통해 해석모델을 교정하고 신뢰성을 검증하고자 한다. 최종적으로 완성된 해석모델을 통해 하중비 조건에 따른 SF-ACT기둥의 열 변형, 열응력을 검토하고 강섬유 혼입율과 내화성능 관계를 정량적으로 분석하고자 한다.
강섬유 콘크리트의 경우 각국규준에서 열적, 역학적 특성을 제시되고 있지 않으므로 Kodur(1996b)[14]가 제시한 강섬유 규산염 콘크리트의 온도에 따른 기계적(응력-변형률), 열적 함수를 인용하였다. 탄산염의 경우 비열과 열팽창율 구간에 급격한 변화가 있어 보다 안전적이고 보수적인 결과를 유도하기 위해 규산염 열적특성을 인용하여 해석을 수행했다. 이때 강섬유 콘크리트의 상온 시 압축강도(fck)와 인장강도는 재료시험 결과를 근거로 계산되었다(Table 3).
대상 데이터
예비 해석대상을 Table 4에 정리 하였다. 강섬유는 약 1.7% 혼입되었으며 적용된 강섬유 길이는 50mm, 직경 0.9mm로 섬유보강지수는 96이다. 콘크리트 압축강도는 SQ1～3부재 각각 49.
의 연구에 의하면 SFRC의 열적 특성을 분석하기 위해 골재타입(Siliceous, Carbonate)과 배합을 변수로 하여 재료적 성질을 분석하였다. 사용된 강섬유는 길이(lf) 50mm, 직경(df) 0.9mm의 양단 후크형이며, 형상비(lf/df)는 57이다. 혼입율(Vf)은 1.
Chao(2012)연구자의 실험결과에 의하면 DPT실험방법은 변동계수가 12%이하로 정밀도가 우수한 것으로 보고되고 있다. 실험에 사용된 콘크리트 28일 압축강도는 31.1MPa이며 실험체의 일람은 Table 2에 정리했다.
이론/모형
강재의 항복강도(Fy)는 325MPa로 그에 해당하는 고온에 따른 강도 저감율을 참고하여 Eurocode 4에서 제시된 온도에 따른 강재의 응력-변형률 선도를 입력하였다. 강섬유 콘크리트의 경우 각국규준에서 열적, 역학적 특성을 제시되고 있지 않으므로 Kodur(1996b)[14]가 제시한 강섬유 규산염 콘크리트의 온도에 따른 기계적(응력-변형률), 열적 함수를 인용하였다. 탄산염의 경우 비열과 열팽창율 구간에 급격한 변화가 있어 보다 안전적이고 보수적인 결과를 유도하기 위해 규산염 열적특성을 인용하여 해석을 수행했다.
열전달 해석(heat transfer analysis)시 사용된 표준가열 곡선은 실험과 동일한 KS F 2257-1을 적용하고, 초기온도는 20℃로 하였다. 강재의 재료에 대한 열적 특성을 나타내는 밀도, 비열 및 열전도율은 Eurocode 4[21]에서 제시한 값을 적용하였다. 강재의 항복강도(Fy)는 325MPa로 그에 해당하는 고온에 따른 강도 저감율을 참고하여 Eurocode 4에서 제시된 온도에 따른 강재의 응력-변형률 선도를 입력하였다.
비선형 열응력 해석시, 열전달 해석 모델과 같은 요소분할을 사용하였다. 등질성 및 등방성으로 가정한 강재와 콘크리트의 구성요소로 MISO(multi linear isotropic hardening) 모델을 적용하였다. 비선형 해석의 수렴을 위해 뉴턴-랩슨법을 사용 하였으며 LSM(line search method)으로 해의 안전성 및 수렴성을 높였다.
비선형 열응력 해석시, 열전달 해석 모델과 같은 요소분할을 사용하였다. 등질성 및 등방성으로 가정한 강재와 콘크리트의 구성요소로 MISO(multi linear isotropic hardening) 모델을 적용하였다.
열복사 효과를 위해 RSM(radiositysolver method)을 사용하였다. 비선형 열전달 해석의 풀이 과정으로 Newton-Raphson-method을 적용하였다. 온도별 SFRC 재료의 열적상수(비열, 열전도율, 밀도)는 앞서 2장에서 언급한 특성 값을 적용하였다.
등질성 및 등방성으로 가정한 강재와 콘크리트의 구성요소로 MISO(multi linear isotropic hardening) 모델을 적용하였다. 비선형 해석의 수렴을 위해 뉴턴-랩슨법을 사용 하였으며 LSM(line search method)으로 해의 안전성 및 수렴성을 높였다. 비선형 열응력 해석에서는 비선형 열전달 해석결과인 단면 내 온도분포 를 시간 순으로 불러들여 열하중으로 적용한다.
열복사 효과를 위해 RSM(radiositysolver method)을 사용하였다. 비선형 열전달 해석의 풀이 과정으로 Newton-Raphson-method을 적용하였다.
성능/효과
(1) 예비해석을 통해 일반 CFT기둥의 열 전달 및 열응력상태를 분석한 결과, 전반적으로 열 분포 추세와 축 변형 기울기가 매우 유사한 경향을 갖고 있었다. 즉, 강섬유 콘크리트를 충전한 기둥부재의 내화성능 평가에 정량적 접근이 가능하다고 판단된다.
(2) 혼입율 0.375%미만의 강섬유 콘크리트의 해석모델을 구현할 때, 내화성능에 영향을 끼치는 변수는 균열 후 인장강도에 따라 크게 상이하며, 강재와의 마찰계수 변화는 내화성능에 큰 영향을 미치지 않았다. 이러한 원인은 고온상태에서는 재료의 부착강도가 상실됨에 따라 마찰조건이 없는 상태가 되기 때문이라 판단된다.
(3) 유한요소해석을 통해 SF-ACT기둥의 단면 내 온도분포를 살펴보면, 내부 리브(강관)보다 기둥 모서리부분의 온도가 오히려 상승되는 것을 확인하였다. 이는 강관표면에서 흐르는 열 유입량은 동일하지만, 리브의 경우 콘크리트 내에 충전되어 있으므로 열확산 범위가 확대되지 않은 것으로 보인다.
(4) 하중비에 따른 내화성능을 검토한 결과, SF-ACT기둥의 경우 하중비가 커질수록 콘크리트 전이구간 기울기가 매우 가파르게 형성되어, 하중비 0.6인 경우 30분 내 화성능 확보되어 나타났다. 하중비가 0.
(5) 열 응력 해석을 통해 하중비에 따른 내화성능을 분석한결과 강섬유 콘크리트 사용으로 1.2～2.0배 이상의 내 화성능 발휘가 가능한 것으로 분석되었다. 결과적으로 온도 상승에 따른 내력관계를 비교하면 내부 콘크리트에서 대부분의 하중을 분담하므로 콘크리트의 열하중을 저항하기에 강섬유 콘크리트는 내화성능 확보에 효과적으로 작용된다.
충전형 기둥의 내화성능에 영향을 미치는 주요 영향인자 중 하나는 하중비이다. SF-ACT의 재하가열 시험결과, 하중비가 약 0.5로 무피복 상태에서 약 50분 이상의 내화성능이 발휘되어 무피복 합성 기둥의 가능성을 보여주고 있다. 따라서 본 연구에 선행된 유사 실험자료를 통해 해석모델을 교정하고 신뢰성을 검증하고자 한다.
3과 같이 제시하였고 식 (1),(2)와 같이 정의했다. SFRC의 압축 강도는 일반 콘크리트에 비해 상온(20℃)시 큰 차이를 나타내고 있지 않지만 200℃와 400℃상태에서는 약 1.3배 높이 평가되는 것으로 나타났다. 요약하면, 강섬유의 존재는 최대내력을 증가시키고 콘크리트의 연성을 향상시키는 것으로 분석되었다.
각 영향인자에 대한 고찰 결과, 고온노출 시 섬유의 혼입률이 높을수록, 형상비가 클수록 인장강도가 큰 것으로 나타났다. 실험결과의 분석을 통하여 식 (3)과 같이 SFRC의 DPT(Double Punch Test) 인장강도를 예측할 수 있는 일반식을 제안하였다.
6과 같이 축 변형-시간관계를 볼 때 초기 30분 내외로 최대 강관 팽창구간을 갖고 있는 것으로 평가되었다. 강섬유 혼입량이 커질수록 콘크리트 하중전이 구간 (b)기울기가 완만하여 강재의 강도 손실 이후 콘크리트 하중 저항력이 향상되었음을 검증하였다.
3배 높이 평가되는 것으로 나타났다. 요약하면, 강섬유의 존재는 최대내력을 증가시키고 콘크리트의 연성을 향상시키는 것으로 분석되었다. 이때, T는 온도 (℃), εmax는 온도에 따른 콘크리트의 최대 변형률을 말하며, 식 (3)과 같이 온도변화에 따라 계산된다.
강재 팽창 시점 이후 전체 하중이 콘크리트로 전이되면서 강관의 좌굴 형상과 전체 열응력이 콘크리트에 집중되는 것을 확인할 수 있었다. 실험결과와의 검증을 위해 Fig.
0배 이상의 내 화성능 발휘가 가능한 것으로 분석되었다. 결과적으로 온도 상승에 따른 내력관계를 비교하면 내부 콘크리트에서 대부분의 하중을 분담하므로 콘크리트의 열하중을 저항하기에 강섬유 콘크리트는 내화성능 확보에 효과적으로 작용된다.
7에 정리하였다. 단면 내 온도 분포를 보면 전반적으로 열 분포 추세를 예측하고 있으며 다소 실험 결과에 비해 과소평가되어 평가되었다. 축 변형-시간관계의 경우 상당부분 유사성을 갖고 있다.
그럼에도 단면 내 온도 분포의 전반적인 흐름은 비교적 일치하는 것으로 평가된다. 따라서 화재 발생 시 SF-ACT기둥의 온도분포 예측은 본 해석에서 예측 가능함을 알 수 있다.
2배 내화성능이 향상되는 것으로 평가 되었다. 실험 결과에서도 강섬유 혼입유무에 따라 약 1.2배 내화성능이 향상된 결과와 일치하였다. 한편 실험에서 측정하지 못한 하중비 0.
축 변형-시간관계의 경우 상당부분 유사성을 갖고 있다. 실험에 의한 내화성능 시간은 73, 60, 110분으로 평가 되었고, 해석에 의한 내화성능 시간은 강관의 팽창구간과 하중전이 구간이 매우 일치하게 추정되어 강섬유 콘크리트를 충전한 기둥부재의 내화성능 평가에 정량적 접근이 가능하다고 판단된다.
3배 높이 평가되는 것으로 나타났다. 요약하면, 강섬유의 존재는 최대내력을 증가시키고 콘크리트의 연성을 향상시키는 것으로 분석되었다. 이때, T는 온도 (℃), εmax는 온도에 따른 콘크리트의 최대 변형률을 말하며, 식 (3)과 같이 온도변화에 따라 계산된다.
인장강도 결과를 분석한 결과, 고온노출로 인하여 급격한 인장강도의 감소를 확인하였다. 강섬유 혼입량과 형상비에 따라 다소의 차이는 있지만, 300℃에서는 30∼40%, 500℃에서는 40∼55%, 700℃에서는 60∼70%의 강도 감소가 각각 나타났다.
6에서는 2배 이상 증가되어 나타났다. 즉 하중비가 커질수록 강섬유 콘크리트의 역할이 합리적으로 작용하는 것을 알 수 있었다. 이러한 원인은 콘크리트 전이 구간의 기울기(E)가 완만해지며, 내화성능까지 도달시점 목표에 매우 큰 영향을 미치는 것으로 판단된다.
3배 증가되었다. 콘크리트 내 강섬유는 균열을 억제 하며 그로 인한 열 변형을 완화시킨 결과로 평가되었다. 또한 Fig.
한편 실험에서 측정하지 못한 하중비 0.4～0.5 사이에서는 내화성능이 약 1.6배 증폭되는 것으로 평가되었으며, 그 이상의 하중비 0.5∼0.6에서는 2배 이상 증가되어 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
ACT 기둥의 장점은 무엇인가?
국내의 경우도 무피복 CFT기둥을 사용하기 위한 연구가 지속적으로 소개되고 있다[7],[8]. 그 중 일반 CFT기둥에 비해 내부 앵커형 용접조립각형(Advanced Construction Technology, 이하 ACT)기둥은 제작과정에서 자연스럽게 생성되는 리브가 콘크리트와 함께 앵커역할을 하여 일반 CFT기둥에 비해 경제적인 단면설계가 가능하다는 장점을 갖고 있다[9]. ACT 기둥 내화성능 연구는 CFT기둥과 마찬가지로 콘크리트가 충전되어 있는 구조체이므로 순수 강관기둥에 비해 내화성능 확보가 가능했다.
콘크리트 충전강관 기둥의 문제점은 무엇인가?
콘크리트 충전강관 기둥은 강관의 구속효과에 의해 콘크리트의 압축내력 상승과, 콘크리트에 의한 강관의 국부좌굴 보강효과에 의해 부재내력이 상승하고 뛰어난 변형성능을 발휘한다. 하지만, 기둥단면이 커질 경우 합성효과를 발휘하기 위하여 스터드 볼트나 후 시공 앵커 볼트를 사용해야 하는 시공상의 문제점이 발생된다. 이를 극복함과 동시에 합성효과를 증대시키기 위한 방안으로 내부에 리브가 설치된 용접조립 기둥이 소개되었다.
콘크리트 충전강관 기둥의 특징은 무엇인가?
콘크리트 충전강관 기둥은 강관의 구속효과에 의해 콘크리트의 압축내력 상승과, 콘크리트에 의한 강관의 국부좌굴 보강효과에 의해 부재내력이 상승하고 뛰어난 변형성능을 발휘한다. 하지만, 기둥단면이 커질 경우 합성효과를 발휘하기 위하여 스터드 볼트나 후 시공 앵커 볼트를 사용해야 하는 시공상의 문제점이 발생된다. 이를 극복함과 동시에 합성효과를 증대시키기 위한 방안으로 내부에 리브가 설치된 용접조립 기둥이 소개되었다.
참고문헌 (22)
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