軸力과 反復橫力을 받는 超高强度 鐵筋콘크리트 띠鐵筋 기둥의 橫補强筋 拘束效果

Abstract

要 旨 오늘날 건축 구조물의 초고층화와 대형화 특수화가 됨에 따라 실내 공간 확보와 상부의 하중으로 부터의 높은 하중을 지지 해야 하는 경우가 많이 생기고 있다. 이러한 요구들을 충족하기 위해서는 초고강도 콘크리트의 사용이 불가피한 실정이다. 그리하여 초고강도 콘크리트는 부재의 단면축소, 기둥의 강성과 강도 증진 이라는 장점이 있어서 초고층 건축물의 하부 층에 많이 사용되고 있다. 하지만 고축력하에서 지진하중과 같은 예상치 못한 횡하중이 작용시 임계단면에서의 파괴는 피할 수 없게 된다. 따라서 임계단면에서의 갑작스런 파괴를 방지하고 기둥의 연성을 확보하는 것은 인명을 구조하는 측면에서 매우 중요하다. 이에 기둥의 연성적인 거동을 위한 가장 효율적인 방법으로 적절한 횡보강근의 형상과 횡보강근량으로 코아 콘크리트의 적절한 구속과 주근의 좌굴을 방지하는 것이므로 이를 위해서 횡보강근의 상세는 매우 중요하다. 위험단면에서의 코아 콘크리트를 구속하는 횡보강근이 적절하게 설계가 이루어져야 한다. 이와 더불어 기존의 많은 연구에서도 철근 콘크리트 골조에서 기둥의 연성을 확보하기 위한 합리적인 방안으로 횡보강근(Transverse reinforcement)에 의한 코아 콘크리트를 적절히 구속하여 기둥 단부의 전단파괴 및 축력과 휨모멘트에 의한 압축 측 철근의 좌굴을 방지하여 휨 내력 및 변형 능력을 향상시키기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 하지만, 이러한 기준들은 대부분 보통강도의 콘크리트를 대상으로 저축력을 받는 경우에서의 실험적 연구를 통하여 규정한 것으로 고축력 및 콘크리트 강도가 100 MPa 이상의 초고강도 콘크리트에서도 소정의 변위 연성 확보를 위해서 기준식을 그대로 적용할 수 있는지는 의심의 여지가 있다. 또한 large scale (최소단면 200mm이상)의 고강도 콘크리트의 띠철근의 기둥의 성능에 대해 발표된 자료가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 고층 구조물의 저층부 기둥을 대상으로 하여 일정축력과 반복 횡력을 받는 초고강도 콘크리트 기둥의 일정한 연성과 안정성을 확보하기 위해서 횡보강근 형태, 횡보강근 체적비, 축력비를 주요변수별 코아 콘크리트의 구속에 따른 차이를 평가하는데 목적이 있다. 본 연구에서는 축력과 반복 횡력을 받는 초고강도 콘크리트 기둥에 대한 영향에 필요한 인자들인 횡보강근의 체적비, 횡보강근의 형태, 축력비를 변수로 하여 실험체를 제작 하였다. 기둥의 부재의 연성적 거동인 변위 연성과 코아 콘크리트를 구속하고 있는 횡보강근의 변형률의 연성을 비교 분석 하였고, 코아 콘크리트의 구속에 따른 횡보강근 체적비, 횡보강근의 형태 축력비의 각 변수간의 상호 관계를 평가 하였다

이상과 같은 주요 변수에 따라 실험 결과를 서술한 본 연구는 총 5장으로 구성 하였다.

제 1 장 : 연구의 배경과 연구 목적 연구 방법 제 2 장 : 기존 연구의 ACI 횡보강근 산정식과 기둥실험에 대한 강도와 연성 제 3 장 : 실험체의 제작과 실험 방법 및 실험 결과 제 4 장 : 변수별 연성 및 하중증가 평가와 횡구속에 따른 변수별 평가 제 5 장 : 축력과 반복 횡력을 받는 실험을 통해 구속에 따른 변수별 영향에 대 해 결론 도출

1) 횡보강근 체적비가 증가하면 할수록 연성적 거동이 증가하는 반면 축력비가 증가하면 연성적 거동이 감소하는 것을 알 수 있었다. 횡보강근 형태도 연성적 거동을 하는데 효과가 있는 것을 나타났다. 축력비, 횡보강근 체적비, 횡보강근 형태가 적절히 고려되어야 연성적 거동이 보다 효과적 것으로 판단된다.

2) 변형률 연성과 변위연성의 관계에서는 축력비와 횡보강근의 체적비가 증가 할수록 변형률 연성과 변위 연성이 증가 하는 것을 알 수 있었으나, 횡보강근 형태에 따라서는 변위 연성과 변형률 연성이 서로 다르게 나타났다.

3) 하중증가계수는 축력비가 증가할수록 증가하는 것 볼 수 있었다. 횡보강근 체적비가 증가할수록 횡보강근의 형태가 복잡할수록 하중증가계수가 증가 하였다. 하중증가는 축력의 영향이 가장 크게 작용하면서 체적비와 횡보강근 형태에 하중이 증가 하는 것을 알 수 있었다.

4) 기존의 횡보강근의 구속지수의 비교에서는 saaticiogl - razvi 와 sheikh - uzumer의 구속지수가 han - shin 구속지수 식에 비해 과소평가하는 것으로 나타났다.

5) 구속지수에 따른 연성변형률의 관계에서 횡보강근 체적비가 증가할수록 변형률 연성이 증가하는 반면 축력비가 증가할수록 변형률 연성비가 감소하는 것으로 나타났다. 횡보강근 형태도 복잡할수록 영향이 있는 더 큰 것으로 나타났다. 구속효과와 변수에 따라 변형률 연성비가 변화 하는 것을 알 수 있었다.

6) 구속지수에 따른 하중증가계수의 관계에서 횡보강근 체적비가 증가할수록 구속지수에 하중증가계수가 증가하였으나, 변형률 연성비는 반대로 축력비가 증가하였으며, 횡보강근 형태가 복잡할수록 영향이 더 큰 것으로 나타났다. 구속 효과와 변수에 따라 하중증가계수가 변화하는 것을 알 수 있었다.

7) 횡보강근의 구속효과에 따른 연성적 거동과 하중을 증가시키기 위해서는 횡보강근 체적비, 횡보강근 형태, 축력비가 적절히 고려해야 구속지수도 증가하면서 연성적인 거동이 일어난다고 판단된다.