화재에 노출된 철근콘크리트 기둥의 간략화된 P-M 상관곡선 = Simplified P-M Interaction Curves for Reinforced Concrete Columns Exposed to Fire

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Load-bearing capacities of structural columns are strongly influenced by their slenderness ratios, and, in particular, the reinforced concrete (RC) columns exposed to fire show the slenderness effect in their behavior more apparently, compared to that at an ambient temperature, due to the part of sections damaged by fire. In other words, the secondary moment effect ( effect) caused by large displacement due to fire load can significantly decrease the capacities of columns; therefore, the increasing slenderness ratio as well as strength degradation of materials due to fire need to be considered in the evaluation of the fire resistance performances of RC column members. This study aimed at developing P-M interaction curves for RC column members exposed to fire, in which material strength degradations and effects due to fire damage are appropriately considered. The P-M interaction curve developed in this study can simulate the fire resistance performances of RC columns decreasing as the fire-exposure time increases. For the columns subjected to a non-uniform bending moment, the equivalent uniform moment factor () was also adopted in the P-M interaction model, which was verified by comparing its analysis results to those estimated by the nonlinear analysis program, SAFIR. In addition, the P-M interaction curve model was simplified for the practical purpose, which can provide an easy and fast way to estimate the fire resistance performances of RC columns under fire. The proposed simplified model was also verified by comparing to the fire test results collected from literature, from which it is considered that the simplified model can accurately estimate the load-bearing capacities or fire resisting time of RC columns exposed to fire.

국문 초록 (Abstract)

일반적으로 기둥의 강도는 부재의 세장비에 크게 좌우되며, 특히, 화재에 노출된 철근콘크리트(Reinforced concrete, 이하 RC) 기둥의 경우에 콘크리트 단면의 화재손상 때문에 상온상태의 기둥에 비하여 세장효과가 더욱 뚜렷하게 나타난다. 즉, 화재로 인한 큰 변위에 의하여 추가적으로 발생하는 2차 모멘트( 효과)는 기둥의 강도를 크게 감소시킬 수 있기 때문에 RC 기둥의 내화성능평가에는 재료의 화재 손상뿐만 아니라 화재에 의하여 증가되는 세장비가 반드시 고려되어야 한다. 이 연구에서는 화재 손상과 2차 모멘트 효과가 적절히 반영된 RC 기둥의 축력-휨모멘트(이하 P-M) 상관곡선을 도출하고자 하였다. 이 연구에서 제안한 P-M 상관모델은 RC 기둥의 화재저항성능이 화재노출시간에 따라 감소되는 것을 모사할 수 있다. 또한, 기둥 양단에 작용하는 휨모멘트의 크기(비대칭 휨모멘트)와 방향(단곡률 또는 복곡률)의 영향을 등가 휨모멘트 보정계수를 도입하여 해석에 반영하였으며, 비선형 유한요소해석 프로그램인 SAFIR를 이용하여 제안방법의 타당성을 검증하였다. 한편으로는, 제안된 화재 손상이 반영된 P-M 상관모델은 실무에서 간단하게 적용하기에는 무리가 있을 수 있으므로, 이 연구에서는 화재손상이 고려된 P-M 상관곡선을 간략화하는 방법도 제안하였다. 이 방법을 이용하면 화재노출시간과 세장비에 따라 화재손상이 반영된 P-M 상관곡선을 쉽게 도출할 수 있다. 간략화된 P-M 상관모델은 기존 연구들로부터 수집된 69개의 실험결과와 비교하여 검증되었으며, 그 결과, 화재에 의해 손상된 RC 기둥실험체들의 강도 또는 화재성능시간을 매우 정확히 평가할 수 있는 것으로 나타났다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 2
• 제1절 연구의 배경 및 목적 2
• 제2절 기존 연구 5
• 1. Yao et al.(2008) 6
• 2. Kodur et al.(2012) 8
• 3. Caldas et al.(2010) 9
• 제2장 화재에 노출된 철근콘크리트 기둥의 P-M 상관곡선 11
• 제1절 화재에 의해 저감된 기둥의 P-M 상관곡선 13
• 1. 기둥 단면의 온도분포 13
• 2. 500 등온선법을 이용한 단면의 P-M 상관곡선 17
• 제2절 세장비를 고려한 기둥의 P-M 상관곡선 21
• 1. 2차 모멘트( 모멘트)를 반영한 기둥의 P-M 상관곡선 22
• 2. Rankine 하중 25
• 제3절 비대칭 단부모멘트를 받는 기둥의 P-M 상관곡선 28
• 1. 등가휨모멘트 보정계수 30
• 2. SAFIR를 이용한 의 적용 타당성 검증 33
• 제4절 검증 37
• 제3장 간략화된 P-M 상관곡선 제안 45
• 제1절 제안 방법 45
• 1. 2차 모멘트를 고려한 P-M 상관곡선 간략화 방법 46
• 2. 변수 분석을 통한 제안식 도출 52
• 3. 제안식을 이용한 내화성능평가 59
• 1) 화재노출시간에 부재가 저항할 수 있는 하중조합 산출 59
• 2) 화재 시 작용하는 하중에 대한 부재의 내화성능시간 평가 61
• 4. 제안식의 적용 범위 62
• 제2절 제안 방법 검증 63
• 제4장 결론 69
• 참고문헌 71
• 부 록 79
• 영문초록 83