CFT 기둥의 축력비 및 압축강도 변화에 따른 화재거동 영향인자에 관한 실험적 연구 An Experimental Study on the Fire Resistance effect on load ratio and compressive strength of the CFT Column under loading in fire원문보기
The strength of steel material in a concrete filled steel tube (CFT) is reduced in fire, but the filled interior concrete structurally ensures the fire resistance due to its high thermal capacity. More, the contractibility of CFT is excellent since it can be constructed without form work. This resea...
The strength of steel material in a concrete filled steel tube (CFT) is reduced in fire, but the filled interior concrete structurally ensures the fire resistance due to its high thermal capacity. More, the contractibility of CFT is excellent since it can be constructed without form work. This research analyzed the interior concrete strength and deformation characteristics, which are the influence factors of the fire resistance of CFT, in proportion to the axial load ratio. The fire resistance performance according to changes of the axial load ratio showed great fluctuation. As $280{\times}280{\times}6$ CFT columns with the concrete strengths of 24 MPa and 40 MPa and the axial load ratios of 0.9, 0.6, and 0.2 in accordance with KS F 2257-1 and 7 were heated with loading to examine the fire resistance performance, the 24 MPa concrete exhibited the fire resistance time as 27, 113, and 180 minutes for the axial load ratios, 0.9, 0.6, and 0.2 respectively. In case of 40 MPa concrete, the fire resistance time were turned out to be 19 and 28 minutes for the axial load ratios, 0.9 and 0.6 respectively. The results of 40 MPa concrete showed the much lower fire resistance performance when comparing with those of 24 MPa concrete. The fire resistance performance was not increased significantly when the axial load ratio was reduced. Therefore, the deceased fire resistance performance of high strength concrete is assumed to be caused by the internal pressure increase upon the heat application.
The strength of steel material in a concrete filled steel tube (CFT) is reduced in fire, but the filled interior concrete structurally ensures the fire resistance due to its high thermal capacity. More, the contractibility of CFT is excellent since it can be constructed without form work. This research analyzed the interior concrete strength and deformation characteristics, which are the influence factors of the fire resistance of CFT, in proportion to the axial load ratio. The fire resistance performance according to changes of the axial load ratio showed great fluctuation. As $280{\times}280{\times}6$ CFT columns with the concrete strengths of 24 MPa and 40 MPa and the axial load ratios of 0.9, 0.6, and 0.2 in accordance with KS F 2257-1 and 7 were heated with loading to examine the fire resistance performance, the 24 MPa concrete exhibited the fire resistance time as 27, 113, and 180 minutes for the axial load ratios, 0.9, 0.6, and 0.2 respectively. In case of 40 MPa concrete, the fire resistance time were turned out to be 19 and 28 minutes for the axial load ratios, 0.9 and 0.6 respectively. The results of 40 MPa concrete showed the much lower fire resistance performance when comparing with those of 24 MPa concrete. The fire resistance performance was not increased significantly when the axial load ratio was reduced. Therefore, the deceased fire resistance performance of high strength concrete is assumed to be caused by the internal pressure increase upon the heat application.
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문제 정의
수축량이 최대변형량을 넘을 경우 가열을 종료하였다. 실험변수로 강재 내부 콘크리트의 강도조건에 따른 변수와, 재하시의 하중비에 따른 CFT의 내화성능을 도출하고자 한다. 따라서 강재내부 콘크리트 압축강도는 현장에서 많이 적용되는 24 MPa과 고강도 영역에서 40 MPa을 사용하였으며 하중비는 각각 0.
제안 방법
CFT구조의 실증적 실험을 통한 내화성능 분석을 위해 화재시 한계수축량을 측정하여 분석하고자 내부 콘크리트 압축강도와 하중비를 변수로 하여 변형량 측정을 통한 내화성능을 도출하고자 한다.
실험변수로 강재 내부 콘크리트의 강도조건에 따른 변수와, 재하시의 하중비에 따른 CFT의 내화성능을 도출하고자 한다. 따라서 강재내부 콘크리트 압축강도는 현장에서 많이 적용되는 24 MPa과 고강도 영역에서 40 MPa을 사용하였으며 하중비는 각각 0.2, 0.6, 0.9를 재하 하였다. 하중비 0.
대상 데이터
내화성능 실험을 위한 강재는 SS400, fy=235MPa을 사용하였으며 강재 내부의 콘크리트 배합 및 공시체의 압축강도 실험결과는 다음 표 1과 같다.
시험체는 콘크리트 강도 및 하중비 조건에 따라 5개를 제작하였으며, 280x280x2600의 각형관 6mm로 양 끝단은 End Plate를 제작하여 용접하였으며 상부에 콘크리트 타설 양생 후 표면을 그라인딩한 후 상부 End Plate를 용접하였다.
이론/모형
본 연구의 내화성능에 대한 기준은 KS F 2257-1의 성능 기준을 채택하였으며 건축 부재의 내화성능은 부재가 성능 기준에 적합한 시간을 측정하는 것으로 하중 지지력에 의하여 판단되 며 시험 하중에 대한 지 지 능력은 변형량 및 변형 률에 의해 결정 된다. CFT기둥과 같은 축방향 재하 부재의 경우의 수축량과 변형률은 다음 식에 따라 산정한다.
시험체 가열은 KS F 2257-1의 표준 가열곡선을 이용하여 180분 동안 가열하였으며, 기둥의 수축량이 최대변형량을 넘을 경우 가열을 종료하였다. 실험변수로 강재 내부 콘크리트의 강도조건에 따른 변수와, 재하시의 하중비에 따른 CFT의 내화성능을 도출하고자 한다.
성능/효과
KS F 2257-1의 내화 성능 기준에 따라 한계수축량(변형량)과 변형률을 산정한 결과 변형량은 26mm, 변형률은 7.&nm/miri으로 산정되었다.
내화성능은 감소하는 것으로 나타났다. 변형량을 살펴보면 24 MPa에 비 해, 40 MPa의 변형량이 큰 것으로 나타났으며, 24 MPae 점진적 축소, 40 MPae 급격한 축소에 의한 파괴 양상이 나타났다. 이는 고강도 콘크리트가 일반강도 콘크리트에 비해 화재시 내부 온도 상승으로 인해 수증기압의 증가되어 발생되는 폭렬현상과 내부 수분함유량의 감소로 인해 온도 상승 효과가 큰 원인으로 볼 수 있다.
전체적인 변형 특성을 살펴보면 초기 단계는 기등이 팽창하다가 일정시간의 변형량 감소 구간이 나타나고 급격한 변형과 함께 파괴에 도달하였다.
콘크리트 압축강도 24 MPa의 경우 하중비 0.9, 0.6, 0.2를 변수로 하여 재하 하였으며최대수축량 26mm를 초과한 각각의 내화성능시간은 27분, 113분, 180분으로 나타나 하중비가 감소함으로 내화성능의 향상효과가 있는 것으로 나타났다. 초기 강재의 열팽창으로 인한 팽창량은 하중비 0.
콘크리트 압축강도 변화에 따른 내화성능 시험결과 동일한 하중비에서는 강도가 증가할수록 내화성능은 감소하는 것으로 나타났다. 변형량을 살펴보면 24 MPa에 비 해, 40 MPa의 변형량이 큰 것으로 나타났으며, 24 MPae 점진적 축소, 40 MPae 급격한 축소에 의한 파괴 양상이 나타났다.
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