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한국강구조학회> 한국강구조학회 논문집> 하중비에 따른 화재시 매입형 합성기둥의 내화성능에 관한 실험적 연구

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하중비에 따른 화재시 매입형 합성기둥의 내화성능에 관한 실험적 연구

Experimental Study on the Fire Resistance of Steel-Reinforced Concrete Column in Fire According to Load Ratio

김예솜 ( Kim Ye Som ) , 최병정 ( Choi Byong-jeong )
  • : 한국강구조학회
  • : 한국강구조학회 논문집 31권6호
  • : 연속간행물
  • : 2019년 12월
  • : 459-470(12pages)

DOI


목차

1. 서 론
2. 국내·외 연구동향
3. 재하가열실험
4. 실험결과
5. 단면, 하중비 따른 내화시간
6. 결 론
감사의 글
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본 연구에서는 내화 성능에 대한 하중비의 영향을 알아보기 위해 SRC 기둥의 하중비에 따른 재하가열실험을 수행하였다. 그리고 Eurocode 4와 AISC 360-16에 따른 화재시 합성기둥의 공칭 압축 강도를 산정하고, 실험 결과와 비교하였다. 또한, 합성기둥(RC 기둥, CFT 기둥, SRC 기둥)의 각 단면 치수별 하중비에 따른 내화시간을 추세선으로 나타내었다. 그 결과, 400 mm × 400 mm 단면의 내화시간이 200 mm × 200 mm 및 300 mm × 300 mm 단면보다 동일한 하중비에서 더 길다는 것이 확인하였다. 또한, 400 mm × 400 mm 단면의 내화시간 감소율은 200 mm × 200 mm 및 300 mm × 300 mm 단면보다 크게 나타났다. 그리고 기준 (Eurocode, AISC)과 실험값을 비교한 결과, 0.4-0.6 하중비에서 실험값과 매우 유사한 결과가 나타났다. 그러나 0.7의 하중비에서 기준(Eurocode, AISC)에 의한 내화시간은 실험값에 비해 더 높게 평가하는 것을 확인하였다.
The paper covers heating test results under vertical loadings with load ratios of SRC column specimens to find out the effect of load ratio against the fire resistance performance. The nominal compressive strength of composite columns at the elevated temperatures was calculated by both Eurocode 4 and AISC 360-16 to compare experiment to analytical values. In addition, by analyzing the previous experimental studies, the suspended fire duration with the variation of the load ratio was expressed in the form of regression curve for three types of cross-sectional dimensions of composite columns (RC column, CFT column, SRC column). Conclusively, it was confirmed that the fire time of 400 mm × 400 mm specimen was longer than those of both 200 mm × 200 mm and 300 mm × 300 mm specimens at the same load ratio. Also, the reduction rate of fire duration for the 400 mm × 400 mm specimen was larger than those of both 200 mm × 200 mm and 300 mm × 300 mm specimens. Comparing the standard s (Eurocode 4, AISC 360-16) with the experimental values, the calculation of fire suspending duration using the standards( Eurocode, AISC) reached very similar to the experimental value at 0.4 - 0.6 load ratios. But at load ratio of 0.7, the calculation of standards(Eurocode, AISC) estimated the higher fire duration than the one of experimental value.

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1고강도 강재를 사용한 앵글매입형 합성기둥의 축방향 압축거동

저자 : 엄태성 ( Eom Tae Sung ) , 김진원 ( Kim Jin Won ) , 양종민 ( Yang Jong Min )

발행기관 : 한국강구조학회 간행물 : 한국강구조학회 논문집 31권 6호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 381-392 (12 pages)

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이 연구에서는 고강도 절곡앵글을 사용한 매입형 합성기둥의 압축거동을 실험을 통해 조사하였다. 항복강도 718 MPa인 냉간성형 절곡앵글을 합성기둥의 축방향 보강재로 사용하였다. 보강상세가 다른 6개의 매입형 합성기둥 실험체에 대한 압축실험을 수행하였다. 실험결과, 기둥 실험체는 앵글의 국부좌굴과 횡구속된 심부 콘크리트 압괴에 의하여 파괴되었다. 최대강도, 그 이후의 강도저하 등 기둥의 압축성능은 앵글의 단면등급과 횡보강 상세에 의하여 크게 영향을 받았다. AISC 36016에 따라 합성기둥의 이론 압축강도를 산정하고, 이를 실험강도와 비교하였다. 또한 비선형단면해석을 통해 고강도 절곡앵글과 일반강도 콘크리트의 합성효과가 매입형 합성기둥의 강도와 강성에 미치는 영향을 평가하였다.

2충격계수 평가를 위한 단순보의 이동하중 응답 해석

저자 : 최준혁 ( Choi Jun Hyeok )

발행기관 : 한국강구조학회 간행물 : 한국강구조학회 논문집 31권 6호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 393-400 (8 pages)

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본 연구에서는 구조물의 동적거동을 나타내는 충격계수의 평가를 목적으로 하중의 이동 속도, 구조물의 감쇠비를 주요 변수로 하여 구조물 변위과 변형률, 모멘트와 전단력에 대한 해석 해를 유도하였다. 구조물의 응답은 정적성분과 동적성분을 구분하여 해석적으로 구하였으며, 가정된 해석조건에 대해 동적응답해석을 수행하였다. 해석에 있어서는 구조물의 감쇠비, 하중의 이동속도에 따른 구조물의 응답의 영향과 최대응답 발생위치에 대해 분석하였다. 구조물의 응답분석결과에서는 정적응답과 의사정적응답에 대해 분석하였고 구조물의 안전성 평가에 활용되는 충격계수에 대한 분석결과를 제시하였다. 해석결과는 단순보에서 단일 집중하중의 이동하중 해석에 의한 매우 제한적인 분석결과이다. 그러나, 철도교량과 같은 제한된 측정조건 하에서 충격계수의 측정 또는 정의를 위한 접근방법으로 활용할 수 있다.

3해석적 방법에 기초한 내화강재 휨 부재의 한계온도 평가

저자 : 김승환 ( Kim Seung Hwan ) , 경갑수 ( Kyung Kab Soo ) , 박진은 ( Park Jin Eun )

발행기관 : 한국강구조학회 간행물 : 한국강구조학회 논문집 31권 6호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 401-412 (12 pages)

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구조물에 발생한 화재는 부재 내력을 저하시키고 붕괴를 야기할 가능성이 높다. 이에 대응하기 위하여 내화강재가 개발되었으며 600 ℃에서 상온 항복강도의 2/3이상을 발휘한다. 그러나 국내 내화성능기준에서는 일반 구조용강재를 기준으로 된 한계온도가 성능평가에 일률적으로 적용되고 있기 때문에 내화강재의 적용 및 상용화가 어려운 실정이다. 이 연구에서는 ABAQUS 열해석을 이용한 고온 재하 시험을 모사하였으며 하중지지력 성능기준을 통해 내화강재를 사용한 휨부재의 한계온도를 보다 안전하고 합리적으로 평가하였다.

4Push-out 실험을 통한 앵글형 전단연결재의 내력 평가

저자 : 이민기 ( Lee Min-ki ) , 신경재 ( Shin Kyung-jae ) , 이준섭 ( Lee Jun-seop ) , 채일수 ( Chae Il-soo )

발행기관 : 한국강구조학회 간행물 : 한국강구조학회 논문집 31권 6호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 413-421 (9 pages)

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최근에 재료의 경제적인 사용을 위해 합성부재의 사용이 증가함에 따라 강재와 콘크리트를 연결하는 전단연결재에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 일반적으로는 스터드 앵커가 사용되며, 다양한 형태의 전단연결재에 대한 연구가 진행 중이다. 본 연구에서는 앵글형 전단연결재의 높이와 두께를 변수로 실험을 진행하였다. 전단연결재의 높이가 실험결과에 영향을 미칠 것으로 예상되며, 현재 설계식에서 고려되지 않는 앵글의 높이에 대한 고려의 필요성을 판단하였다. 실험에 사용된 앵글형 전단연결재는 두께에 많은 영향을 받으며 높이에 대해서도 어느정도 영향을 받는 것으로 판단하였다.

5U-튜브 플랜지 H-Beam에 적용된 Z-Bar 전단연결재의 Push-out 실험

저자 : 최인락 ( Choi In Rak ) , 김영훈 ( Kim Young Hoon ) , 정석재 ( Jung Suk Jae ) , 이재환 ( Lee Jae Hwan )

발행기관 : 한국강구조학회 간행물 : 한국강구조학회 논문집 31권 6호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 423-434 (12 pages)

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이 연구에서는 UH합성보에 적용하기 위하여 개발된 Z-bar 앵커의 전단성능을 평가하기 위하여 push-out 실험을 진행하였다. Push-out 실험체는 총 9개로, 주요 실험변수는 강재앵커의 종류(Z-bar 앵커, 스터드앵커)와 사용된 Z-bar 앵커의 길이, 상부 U튜브의 절곡방향, U튜브의 깊이이다. 실험결과의 상대적 비교를 위하여 동일 단면에 스터드앵커를 적용한 실험을 추가하였다. 실험결과 UH단면에 Z-bar 앵커를 적용한 경우 스터드앵커와 다르게 항복점 도달 이후에 충분한 항복구간 없이 최대하중에 도달하였으며 이후 급격한 하중 저하를 보였다. 건축물 강구조 설계기준(KDS 41 31 00)에 의한 전단강도 평가식을 기준으로 실험체의 전단강도를 평가하였으며, 실험결과를 토대로 UH 단면에 Z-bar 앵커를 적용한 경우 전단강도식을 수정하여 평가하였다. UH단면의 경우 Z-bar 앵커의 전단강도와 콘크리트의 수평전단강도의 합으로 실험체의 전단강도를 근사적으로 예측할 수 있었다.

61단 수평보강 곡선 플레이트거더의 보강재 휨강성에 대한 예비 연구

저자 : 만경록 ( Man Kyung Rok ) , 박용명 ( Park Yong Myung ) , 김병준 ( Kim Byung Jun ) , 씨에청청 ( Xie Chengcheng )

발행기관 : 한국강구조학회 간행물 : 한국강구조학회 논문집 31권 6호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 435-446 (12 pages)

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본 연구에서는 강재 곡선거더에서 수평보강재로 웨브 1단 보강 시 보강재 필요 휨강성을 평가하였다. 곡선거더는 곡률로 인해 휨 거동이 직선거더와는 다르므로 대부분의 교량설계기준에서는 수평보강재가 곡률중심 쪽(내측) 또는 반대쪽(외측)에 설치되는 경우를 구분하여 보강재의 필요 휨강성을 제시하고 있다. 직선거더 대비 곡선거더에서 보강재 필요 휨강성은 재료 및 기하비선형해석으로부터 평가하였다. 항복강도 355 MPa 강재거더에 대해 웨브 패널의 형상비, 곡률반경, 보강재의 위치(내측 또는 외측)를 매개변수로 고려하였으며, 곡선거더에서 보강재의 필요 휨강성은 직선거더와 동등한 수준의 휨강도가 얻어질 때로 설정하였다. 해석결과에 근거하여 AASHTO LRFD 교량 설계기준 대비 수평보강재의 휨강성에 대해 수정된 식을 잠정적으로 제안하였다.

7강재 표면처리에서 클린 레이저 시스템 적용을 위한 실험적 연구

저자 : 박진은 ( Park Jin Eun ) , 경갑수 ( Kyung Kab Soo ) , 문명기 ( Moon Myeong Gi ) , 고강훈 ( Koh Kang Hoon ) , 홍용진 ( Hong Yong Jin )

발행기관 : 한국강구조학회 간행물 : 한국강구조학회 논문집 31권 6호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 447-458 (12 pages)

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이 연구에서는 클린 레이저 시스템을 이용한 도막 및 녹 제거 실험을 위한 실험 환경을 구축하고, 일반환경 및 특수환경 중방식 도장 실험편을 제작하여 실험을 실시하였다. 레이저 출력, 펄스 폭, 레이저 스캔 폭 및 스캔 속도 등을 매개변수로 최적의 도막 및 녹제거 효율을 도출하였다. 또한, 도막두께, 표면조도, 마이크로스코프 관찰 및 부착력 테스트를 통해 클린 레이저의 적용성을 검토하였다.

8하중비에 따른 화재시 매입형 합성기둥의 내화성능에 관한 실험적 연구

저자 : 김예솜 ( Kim Ye Som ) , 최병정 ( Choi Byong-jeong )

발행기관 : 한국강구조학회 간행물 : 한국강구조학회 논문집 31권 6호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 459-470 (12 pages)

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본 연구에서는 내화 성능에 대한 하중비의 영향을 알아보기 위해 SRC 기둥의 하중비에 따른 재하가열실험을 수행하였다. 그리고 Eurocode 4와 AISC 360-16에 따른 화재시 합성기둥의 공칭 압축 강도를 산정하고, 실험 결과와 비교하였다. 또한, 합성기둥(RC 기둥, CFT 기둥, SRC 기둥)의 각 단면 치수별 하중비에 따른 내화시간을 추세선으로 나타내었다. 그 결과, 400 mm × 400 mm 단면의 내화시간이 200 mm × 200 mm 및 300 mm × 300 mm 단면보다 동일한 하중비에서 더 길다는 것이 확인하였다. 또한, 400 mm × 400 mm 단면의 내화시간 감소율은 200 mm × 200 mm 및 300 mm × 300 mm 단면보다 크게 나타났다. 그리고 기준 (Eurocode, AISC)과 실험값을 비교한 결과, 0.4-0.6 하중비에서 실험값과 매우 유사한 결과가 나타났다. 그러나 0.7의 하중비에서 기준(Eurocode, AISC)에 의한 내화시간은 실험값에 비해 더 높게 평가하는 것을 확인하였다.

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