화재시 초고강도 콘크리트 기둥의 구조 성능 확보를 위한 실험적 연구

이주하 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

최근 초장대 교량, 초고층 빌딩 등 토목 및 건축 분야에서 초고강도 콘크리트에 대한 수요가 날로 증가추세에 있다. 특히 초고층 건축물 건립에 따른 고강도 콘크리트 사용이 증가함에 따라 화재시 폭렬현상 등 내화성능 저하에 대한 대책마련의 일환으로 설계기준강도 50MPa 이상의 고강도 콘크리트에 대하여 내화성능관리기준을 법령으로 제정하여 시행하고 있다. 이에 따라 고강도 콘크리트의 내화성능 확보를 위한 연구가 다수 진행되었지만, 100 MPa 이상의 초고강도 콘크리트에 관한 연구는 거의 전무한 실정이다. 초고강도 콘크리트의 경우 내부 조직이 고강도 콘크리트에 비해 훨씬 더 치밀하여 고강도 콘크리트에 적용되는 일반적인 내화 방안으로는 화재시 내부 수증기의 배출이 어렵다. 뿐만 아니라, 화재시 또는 화재후의 구조적 성능에도 일반적인 고강도 콘크리트와는 다른 양상을 나타낼 수 있어 이에 관한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 화재 상황 하에서 초고강도 콘크리트 기둥이 소정의 하중을 지지할 수 있는 구조 성능의 확보 방안을 모색하고자 하였다.

고강도콘크리트충전 각형강관장주의 내력에 관한 실험적 연구

서성연,정진안 한국강구조학회 2002 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.14 No.4

this paper, 18 square CFT columns filled with high-strength concrete were tested under concentric oreccentric axial loading. Two parameters of the experimental program included the buckling length-section depth ratio (Lk/D) and the eccentricity of the applied compressive load (e). In addition, mechanical properties such as the compressive concrete strength and compressive and tensile steel strength were measured and incorporated into the models for the stress-strain relationships of concrete and steel. This model was used in an elasto-plastic analysis in order to predict the behavior of the slender CFT columns. Observations of the failure mode during the tests under axial loading were also presented. The strengths obtained from the analysis, Recomendations for Design, and Constructions of CFT structures were presented, as verified by the experimental results. 본 논문에서는 고강도콘크리트충전 각형강관장주에 대한 실험결과와 탄소성해석결과를 비교분석했다 . 실험체는 모두 고강도콘크리트 충전 각형강관장주로 18개를 제작하였으며, 편심비에 따라 중심 및 편심가력하였다 . 본 연구의 주요 파라메타는 단면폭에 대한 유효좌굴길이의 비(LK/D)=4, 8, 12, 18, 24, 30와 가력편심비(e)=0, k, 3k이다. 본 논문에서 고강도콘크리트 충전 각형강관장주의 내력에 관한 해석 및 실험을 통하여 다음과 같은 결과를 얻었다 . LK/D=12 이하의 고강도콘크리트충전 각형강관단주는 콘크리트 감소계수 cΥu=0.85를 고려한 전소성내력에 도달했으나, LK/D=18 이상의 장주실험체는 콘크리트 감소계수를 고려한 전소성내력에 도달하지 않았다 . 고강도콘크리트충전 각형강관장주의 탄소성거동은 제안된 해석치의 종국내력 NASSUMED과 비교적 양호한 접근을 보여 주었다 . 콘크리트 압축강도의 감소계수 cΥu=0.85를 고려하지 않은 CFT설계기준과 고강도 콘크리트를 충전한 각형강관기둥의 실험결과치는 비교적 잘 일치함을 알 수 있다.

고강도 재료가 사용된 철근콘크리트 부재의 전단파괴모드

이정윤,김경원 한국공간구조학회 2006 한국공간구조학회지 Vol.6 No.2

고강도 재료(고강도 콘크리트, 고강도 철근)가 사용된 철근콘크리트 부재의 전단파괴모드는 보통강도 재료를 사용한 부재의 전단파괴모드와 상이한 결과를 나타낼 수 있다. 고강도 재료가 사용될 경우에 구조설계기준식에서 요구하는 전단보강철근이 먼저 항복한 후에 콘크리트가 압축파괴하는 것과는 다르게, 철근이 항복하기 이전에 콘크리트가 압축파괴할 수 있다. 이 논문에서는 고강도 재료가 사용된 철근콘크리트 부재의 최대철근비를 균형파괴시의 재료의 응력 및 변형률 상태를 이용하여 계산하였다. 제안식에서 최대철근비는 콘크리트의 압축강도와 전단보강철근의 상호관계에 의하여 변화하였다. 제안식은 97개의 철근콘크리트 부재에 대한 실험결과와 비교되었다. 실험결과 및 계산결과는 철근콘크리트 부재의 파괴모드가 전단보강철근의 양과 콘크리트의 압축강도와 밀접한 관계가 있음을 나타내었다. The shear failure modes of reinforced concrete members using high-strength materials (high-strength concrete and high-strength steel) are different to those of reinforced concrete members using normal-strength materials. The reinforced concrete members using high-strength materials are inclined to fail due to concrete crushing before the shear reinforcing bar reaches its yield strength. This paper presents an evaluation equation to calculate the maximum shear reinforcement ratio based on the material stresses and strains when the reinforced concrete members fail in shear. The maximum shear reinforcement ratio calculated by the proposed equation increases as the compressive strength of concrete increases. Test results of 97 reinforced concrete members reported in the technical literatures are used to check the validity of the proposed equation. The comparison between the test results and the ratio calculated using the proposed equation indicated that the shear failure modes depended on the interaction between the amount of shear reinforcement and the compressive strength of concrete.

고강도 콘크리트의 수화열 특성 및 발열 저감대책에 관한 연구

정재동,조현대,박승완 한국건축시공학회 2012 한국건축시공학회지 Vol.12 No.2

Recently, the interest and demand for large-scale buildings and skyscrapers have been on the rise, and the performance of concrete is an area of high priority. Securing 'mass concrete and high strength concrete' is very important as a key construction technology. For high strength concrete, the high heat of hydration takes place inside the concrete because of the vitality of hydration in cement due to the large amount of powder, and leads to problems such as an increase of thermal stress due to the temperature difference with the outside, which results in cracks and slump loss. For this reason,measures to solve these problems are needed. This study aims to reduce the hydration heat of high strength concrete to control the hydration heat of mass concrete and high strength concrete, by replacing the type of admixture, The purpose of this study is to control the hydration heat of high strength concrete and mass concrete. Our idea for this purpose is to apply not only the types and contents of admixture but also incorporation mixing water to ice-flake. As a result of the test, the use of blast furnace slag and fly ash as admixture, and the use of ice-flake as mixing water can improve the liquidity of concrete and reduce slump loss. Significantly dropping the maximum temperature will contribute greatly to reducing cracks due to hydration heat in mass concrete and high strength concrete, and improve quality. 최근 국내에서는 대형 및 초고층화 건축물에 대한 관심과수요가 증가하고 있는 추세와 함께 콘크리트의 성능이 중요시 되고 있다. 이를 뒷받침하는 기술로 매스콘크리트 및 고강도 콘크리트 시공기술의 확보는 대단히 중요하다. 고강도콘크리트의 경우 다량의 분체량에 따른 시멘트의 수화반응(hydration) 활성으로 콘크리트 내부에 높은 온도의 수화열이 발생하고 외부와 온도차로 인한 열응력의 증가 및 그로인한 균열, 슬럼프 로스현상 등의 문제점들이 많이 발생하고 있어 대책이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 매스콘크리트 및 고강도 콘크리트의 수화열을 제어하기 위하여 혼화재의 종류와 혼입량의 변화, 배합수를 Ice-flake로 100% 대체함으로써 고강도 콘크리트의 수화열을 저감하고자 하였으며, 실험결과 콘크리트의 수화열 저감 방안으로 혼화재는 고로슬래그와 플라이 애쉬를사용하고 배합수로 Ice-flake를 사용함으로써 콘크리트의유동성개선 및 슬럼프로스 저감효과를 볼 수 있으며, 콘크리트 최고 온도를 크게 떨어트려 매스 콘크리트 및 고강도콘크리트의 수화열에 의한 균열저감 및 품질향상에 크게 기여할 것으로 판단된다.

고강도 콘크리트의 등가응력 매개변수 추정에 관한 연구

이도형(Lee Do Hyung),전정문(Jeon Jeongmoon),정민철(Jeong Minchul),공정식(Kong Jungsik) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 A Vol.31 No.3A

최근 들어 고강도 콘크리트의 사용이 꾸준히 증가하고 있지만 현행 국내 콘크리트구조설계기준은 보통강도 콘크리트에 기초한 등가직사각형 응력매개변수를 사용하고 있어 응력분포가 일반 강도 콘크리트와 상이한 고강도 콘크리트의 설계 시 문제점을 야기할 수 있다. 따라서 이러한 문제점을 극복하기 위해서는 고강도 콘크리트에 대한 새로운 등가응력 매개변수 값이 제시되어져야 할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 새로운 등가응력 매개변수를 제안하기 위해 기존 연구자들의 실험데이터를 토대로 선형 및 다중회귀분석을 수행하여 40~80 ㎫ 까지의 고강도 콘크리트에 대한 등가응력 매개변수를 이론적으로 추정하고 제안된 등가응력모델을 휨과 압축 부재설계에 적용시켜 기존의 국내 콘크리트구조설계기준과 비교검토 하였다. 제안된 등가응력모델로 구조설계를 수행한 결과, 콘크리트 강도 40~70 ㎫ 까지는 기존 모델에 비해 콘크리트 단면 감소 효과가 있었으며 또한 압축부재의 경우, 제안된 모델이 기존 모델 보다 콘크리트의 압축력을 더 보수적으로 평가하는 것으로 나타났다. Recently, a high strength concrete of more than 40 ㎫ has been increasingly used in practice. However, use of the high strength concrete may influence on design parameters, particularly stress distribution. This is very true since the current everyday practice employs equivalent rectangular stress distribution that is derived from normal strength concrete. Subsequently, the stress distribution seems to be reevaluated and then a new distribution with new parameters needs to be suggested for the high strength concrete. For this purpose, linear and multiple regression analyses have been carried out in term of using experimental data for the high strength concrete of 40 to 80 ㎫ available in literatures. Accordingly, new parameters associated with the stress distribution have been proposed and employed for the design of flexural and compressive members. Comparative design examples indicate that designs with new parameters reduce section dimensions compared to those with the current code parameters for concrete strengths of 40 to 70 ㎫. In particular, for compressive members, design with new parameters exhibit conservative compressive force compared to those with the current code parameters.

고강도콘크리트충전 각형강관장주의 내력에 관한 실험적 연구

서성연,정진안,Seo, Seong Yeon,Chung, Jin An 한국강구조학회 2002 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.10 No.4

본 논문에서는 고강도콘크리트충전 각형강관장주에 대한 실험결과와 탄소성해석결과를 비교분석했다. 실험체는 모두 고강도콘크리트 충전 각형강관장주로 18개를 제작하였으며, 편심비에 따라 중심 및 편심가력하였다. 본 연구의 주요 파라메타는 단면폭에 대한 유효좌굴 길이의 비($L_K$/D)= 4, 8, 12, 24, 30와 가력편심비(e)=0, k, 3k이다. 본 논문에서 고강도콘크리트 충전 각형강관장주의 내력에 관한 해석 및 실험을 통하여 다음과 같은 결과를 얻었다. $L_K$/D=12 이하의 고강도콘크리트충전 각형강관단주는 콘크리트 감소계수 $c{\gamma}u=0.85$를 고려한 전소성내역에 도달했으나, $L_K$/D=18 이상의 장주실험체는 콘크리트 감소계수를 고려한 전소성내력에 도달하지 않았다. 실험에 의한 고강도콘크리트충전 각형강관장주의 탄소성거동은 제안된 해석치의 종국내력$N_{ASSUMED}$과 비교적 양호한 접근을 보여주었다. 콘크리트 압축강도의 감소계수 $c{\gamma}u=0.85$를 고려하지 않은 CFT설계기준과 고강도 콘크리트를 충전한 각형강관기둥의 실험결과치는 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다. In this paper, 18 square CFT columns filled with high-strength concrete were tested under concentric or eccentric axial loading. Two parameters of the experimental program included the buckling length-section depth ratio ($L_K$/D) and the eccentricity of the appled compressive load (e). In additon, mechanical properties such as the compressive concrete strength and compressive and tensile steel strength were measured and incorporated into the material models for the stress-strain relationships of concrete and steel. This model was used in an elasto-plastic analysis in order to predict the behavior of the slender CFT columns. Observtions of the failure mode during the tests under axial loadig were also presented. The strengths obtained from the analysis. Recommendations for Design, and Constructions of CFT structures were presented, as verified by the experimental results.

강섬유로 보강된 초고강도 콘크리트의 뽑힘 실험에 의한 부착 거동에 대한 연구

최창식,배백일,김경주,최현기 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

최근의 콘크리트 공학의 발전은 콘크리트의 압축강도 상승과 밀접하게 관계되어 있으며 연구자들은 이를 초고강도 콘크리트로 지칭하고 있다. 초고강도 콘크리트로 제작된 부재는 일반적으로 얇고 긴 형태를 가지게 되며 프리캐스트 콘크리트의 형태로 시공된다. 따라서 이러한 부재들은 적합한 부착 강도 및 앵커에 의해 서로를 연결시켜 줄 필요가 있다. 현재까지 초고강도 콘크리트의 제 성능에 대한 많은 연구가 진행되었으나, 부착특성에 대한 연구는 활발하게 진행되지 않았다. 따라서 이 연구에서는 얇은 초고강도 콘크리트 부재에서 나타날 수 있는 쪼개짐 파괴를 막기 위해 섬유로 보강되었으며 반응성 분체 콘크리트로 제작된 초고강도 콘크리트의 부착강도를 파악하기 위한 실험을 단순 뽑힘 실험 방법을 통해 수행하였다. 실험에 사용된 콘크리트의 압축강도는 100~200MPa로 설정하였다. 콘크리트의 압축강도 뿐만 아니라 섬유의 보강효과, 피복 두께의 효과를 파악하기 위한 실험을 구성하였다. 대부분의 실험체가 철근의 길이 방향과 같은 방향으로 발생한 균열에 의해 파괴되었다. 그러나 실험 결과 쪼개짐에 파괴시의 부착강도가 보통 또는 고강도 콘크리트에 비해 큰 부착강도를 보유하고 있음을 확인할 수 있었다. 부착강도는 피복 두께에 크게 영향을 받는 것으로 나타났으며 피복두께의 증가에 대한 부착강도의 상승폭은 콘크리트의 강도 증가와 함께 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 강섬유는 부착강도를 크게 증진시키는 역할을 하고 있었으나 이 또한 콘크리트의 압축강도 증가와 함께 부착강도 증진율이 낮아지는 현상을 나타내었다.

겹침이음된 초고강도콘크리트 보의 휨강도에 횡방향보강 요소가 미치는 영향

배백일,최현기 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.26 No.5

In this study, lap spliced ultra-high strength reinforced concrete beams were tested and the code criteria for calculating the lap splice length which was affected by the transverse reinforcement and concrete covering performance were reviewed. The main variables for test were set as fiber volume fraction and transverse reinforcing bar arrangement to improve the confining performance of the concrete cover. The change of the confining performance of concrete cover according to the increase in the fiber mixing amount at 1% and 2% volume ratio was examined, and D10 stirrups with a spacing of 100 mm were placed in the lap spliced region. As a result of the test, the specimens confined by the stirrups showed a sudden drop of load bearing capacity with horizontal cracking at the position of tensile longitudinal reinforcement. However, horizontal cracks were not appeared at the location of longitudinal reinforcement for the specimens with steel fiber. And these specimens showed gradual decrease of load bearing capacity after experiencing peak load. In particular, it was found that the strain at the position of the tensile longitudinal reinforcements of the specimens to which the mixing ratio of 2% was applied exceeds the yield strain. As a result of measuring the strain on the concrete surface, it was found that the fiber was more effective in preventing damage to the concrete surface than the stirrups for short lap spliced region. 본 연구에서는 초고강도 콘크리트에 적용된 겹침 이음의 안전성을 평가하기 위해 초고강도콘크리트 보의 휨성능을 평가하였다. 설계기준에서 정하고 있는 정착 길이 및 겹침이음 길이 산정식에서 겹침이음 길이에 영향을 미치는 횡보강근과 콘크리트 피복 성능의 검토가 수행되었다. 주요 변수는 콘크리트 피복의 구속 성능 증진을 위한 섬유의 혼입과 횡방향철근 배치로 설정하였다. 강섬유가 혼입되었으며 1% 및 2% 부피비로 섬유의 혼입량 증가에 따른 콘크리트 피복 성능의 변화를 검토하였으며, 이음 구간 내에 간격 100mm의 D10 스터럽이 배치되도록 하였다. 실험 결과, 스터럽으로 구속된 실험체는 주인장철근 방향으로의 수평균열 진전과 함께 급격한 하중저하 현상이 나타났으며, 강섬유로 보강된 실험체의 경우 주인장철근 방향의 균열 확대가 억제되고 급작스러운 하중지지능력의 상실을 경험하지 않는 것으로 나타났다. 특히, 2% 의 혼입률이 적용된 실험체의 주인장철근 위치의 변형률은 항복 변형률을 초과하는 것으로 나타났다. 콘크리트 표면에 대한 변형률 측정 결과 철근보다는 섬유가 더 콘크리트 표면의 손상을 방지하는 데에 효과적인 것으로 나타났다.

고강도 철근콘크리트 교각의 비탄성거동에 관한 해석적 연구

신현목,이헌민,성대정,김태훈 한국지진공학회 2006 한국지진공학회논문집 Vol.10 No.2

이 연구의 목적은 고강도 철근콘크리트 교각의 비탄성 거동을 파악하는데 있다. 사용된 프로그램은 철근콘크리트 구조물의 해석을 위한 PCAHEST이다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 속에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 이에 대한 콘크리트의 균열모델로서는 분산 균열모델을 사용하였다. 횡방향 구속철근으로 구속된 고강도 콘크리트의 강도 증가 효과를 고려하였다. 이 연구에서는 고강도 철근콘크리트 교각의 비탄성 거동의 파악을 위해 제안한 해석기법을 신뢰성 있는 연구자의 실험결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다. The purpose of this study is to investigate the inelastic behavior of reinforced high-strength concrete bridge columns. A computer program, named RCAHEST (Reinforced Concrete Analysis in Higher Evaluation System Technology), for the analysis of reinforced concrete structures was used. Material nonlinearity is taken into account by comprising tensile, compressive and shear models of cracked concrete and a model ol reinforcing steel. The smeared rack approach is incorporated. The increase of concrete strength due to the lateral confining reinforcement has been also taken into account to model the confined high-strength concrete. The proposed numerical method for the inelastic behavior of reinforced high-strength concrete bridge columns is verified by comparison with reliable experimental results.

알칼리 회복제 침지 및 재양생이 고온수열 고강도 콘크리트의 역학 및 미시적 특성에 미치는 영향

김준호,한민철 대한건축학회지회연합회 2017 대한건축학회연합논문집 Vol.19 No.1

고온수열에 의해 열화된 고강도 콘크리트는 미세균열, 중성화 등으로 강도 및 내구성 열화가 발생될 수밖에 없고, 향후 이로 인한 보강철근의 부식 및 수명저하 등이 예상된다. 하지만, 이러한 고온수열로 열화된 고강도 콘크리트의 강도 및 내구성회복과 연관한 연구는 매우 드문 실정이다. 특히, 기존 중성화된 콘크리트의 알칼리회복제(Alkali Recovery Agent, 이하 ARA)를 사용하여 콘크리트의 알칼리성을 재부여하고 철근부식을 방지하는 기술들이 실용화되고 있는 상황이다. 따라서 이러한 ARA를 고온수열로 중성화된 고강도 콘크리트에 활용시 제반 물리적, 역학적 특성의 변화가 기대되나, 아직까지 이와 연관된 연구가 미흡한 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 고온수열을 받은 고강도 콘크리트의 성능 회복을 위하여 ARA 종류 및 화재후 재양생 방법을 변화시켜 이들이 수열온도 단계별 고강도 콘크리트의 압축강도, 탄성특성 그리고 미세구조에 미치는 영향을 고찰하고자 한다. This paper is to investigate experimentally the effect of alkali recovery agents and post fire curing methods on mechanical properties and micro-structures of the high strength concrete subjected to elevated temperature. High strength concrete with 60 MPa was fabricated and exposed to 300, 600 and 900℃ after 28 days. Three different types of alkali recovery agents(ARA) including solium silicate and lithium silicate were applied, and water and air curing were also adopted for post fire curing after 28 days since fire test. Compressive strength, strain-stress relationship, SEM, Porosity by MIP and XRD were measured before and after fire test. Test results indicate that applying of ARA and post curing resulted in the increase of residual strength and modulus of elasticity under 300℃ compared with those without ARA and post curing after heated, while compressive strength and modulus of elasticity of ARA applied concrete at above 600℃ was lower those before fire test. Concrete applying modified sodium silicate based ARA(NS-Top) shows most favorable performance in strength recovery. According to SEM and porosity observation, applying ARA helps the concrete regain an alkalinity and thus, small pores below 0.1 ㎛ were increased remarkably while large pores were decreased compared to the concrete with no ARA.