์ํธ
(Ho Im)
1iD
๋ฐ์ฌํ
(Jae-Hyeon Park)
1iD
๋ฐฑ์ ์ฐ
(Seon-Woo Baek)
1iD
๊น์ฐฝ์
(Chang-Soo Kim)
2โ iD
-
์์ธ๊ณผํ๊ธฐ์ ๋ํ๊ต ๊ฑด์ถ๊ณผ ๋ํ์์
(Graduate Student, Department of Architecture, Seoul National University of Science
and Technology, Seoul 01811, Rep. of Korea)
-
์์ธ๊ณผํ๊ธฐ์ ๋ํ๊ต ๊ฑด์ถํ๋ถ ๊ต์
(Professor, School of Architecture (Architectural Engineering Program), Seoul National
University of Science and Technology, Seoul 01811, Rep. of Korea)
Copyright ยฉ Korea Concrete Institute(KCI)
ํค์๋
์ฒ ๊ทผ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๊ธฐ๋ฅ, ๋ดํ์ฑ๋ฅ, ์ ํ์์ํด์, ํธ์ฌํ์ค, ๋จ๋ถํ์ ๊ตฌ์๋
Key words
reinforced concrete columns, fire resistance, finite element analysis, eccentric load, end-rotation constraint
1. ์ ๋ก
๋ดํ๊ตฌ์กฐ๋ ใ๊ฑด์ถ๋ฒ ์ํ๋ นใ์ 2์กฐ์ ๋ฐ๋ผ ํ์ฌ์ ๊ฒฌ๋ ์ ์๋ ์ฑ๋ฅ์ ๊ฐ์ง ๊ตฌ์กฐ๋ก์ ใ๊ฑด์ถ๋ฌผ ํผ๋๏ฝฅ๋ฐฉํ๊ตฌ์กฐ ๋ฑ์ ๊ธฐ์ค์ ๊ดํ ๊ท์นใ์ผ๋ก ์ ํ๋ ๊ธฐ์ค์
์ ํฉํ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๋งํ๋ฉฐ, ใ๊ฑด์ถ๋ฒใ์ 50์กฐ ๋ฐ ใ๊ฑด์ถ๋ฒ ์ํ๋ นใ์ 56์กฐ์ ๋ช
์๋ ์ฉ๋ ๋ฐ ๊ท๋ชจ์ ๊ฑด์ถ๋ฌผ์ ๋ด๋ ฅ๋ฒฝ, ๊ธฐ๋ฅ, ๋ฐ๋ฅ, ๋ณด ๋ฑ์ ์ฃผ์๊ตฌ์กฐ๋ถ์
์ง๋ถ์ ๋ฐ๋์ ๋ดํ๊ตฌ์กฐ๋ก ํ์ฌ์ผ ํ๋ค. ๋ดํ๊ตฌ์กฐ์ ๋ชฉ์ ์ ํ์ฌ ์ ์ผ์ ์๊ฐ ๋์ ํด๋น ๊ตฌ์กฐ๋ถ๊ฐ ๊ทธ ๊ฐ๋์ ์ฑ๋ฅ์ ์ ์งํ ์ ์๋๋ก ํ๊ธฐ ์ํจ์ด๋ฉฐ,
์ฌ๊ธฐ์ ์ผ์ ์๊ฐ์ด๋ ์ฉ๋ ๋ฐ ๊ท๋ชจ์ ๋ฐ๋ผ ์ฌ๋๋ค์ด ์์ ํ ๊ณณ๊น์ง ๋ํผํ ์ ์๋๋ก ํ๋ 1~3์๊ฐ ์ ๋๋ฅผ ์๋ฏธํ๋ค(ใ๊ฑด์ถ๋ฌผ ํผ๋๏ฝฅ๋ฐฉํ๊ตฌ์กฐ ๋ฑ์ ๊ธฐ์ค์
๊ดํ ๊ท์นใ์ ๋ณํ 1 ์ฐธ์กฐ). ๋ดํ๊ตฌ์กฐ ์ค๊ณ ์ ๊ธฐ์กด์๋ ์ฌ์์ ๋ดํ๊ตฌ์กฐ์ค๊ณ๋ฒ ๋ฐ ๋ดํ๊ตฌ์กฐ ์ธ์ ์ ๋๊ฐ ๋ง์ด ํ์ฉ๋์์ผ๋, ์ต๊ทผ์๋ ์ฐจ๋ณ์ ์ธ ์ฑ๋ฅ๋ชฉํ,
์ฑ๋ฅ์๊ฑด, ์ฑ๋ฅํ๊ฐ๋ฅผ ์ ์ฉํ ์ ์์ด ASCE 7-22 Appendix E. Performance-based Design Procedures for
Fire Effects on Structures(ASCE 2023) ๋ฐ ASCE Manual No. 138 Structural Fire Engineering Design(LaMalva 2018) ๋ฑ์์ ์ ์ํ๊ณ ์๋ ์ฑ๋ฅ๊ธฐ๋ฐ ๋ดํ๊ตฌ์กฐ์ค๊ณ๋ฒ๋ ์ ์ฐจ ํ์ฉ์ด ๋๊ณ ์๋ค(Khoury 2000; Wang et al. 2012; Ahn 2019). ์ด๋ฌํ ์ฑ๋ฅ๊ธฐ๋ฐ ๋ดํ๊ตฌ์กฐ์ค๊ณ๋ฅผ ์ํด์๋ ํ์ฌ ์ ๋ถ์ฌ์ ๊ตฌ์กฐ๊ฑฐ๋์ ๋ํ ์ดํด๊ฐ ์ ํ๋์ด์ผ ํ๋ฉฐ(Wittasek 2022), ์ด๋ฅผ ์ํด ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๊ตฌ์กฐ๋ถ์ฌ ๋๋ ์ผ๋ถ ๊ตฌ์กฐ๋ถ์ ๋ํ ๊ณ ๊ธ์์นํด์์ด ์ฃผ๋ก ํ์ฉ๋๊ณ ์๋ค(Ahn 2019).
ํํธ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๋ ๊ฐ์ฌ์ ๋นํด ๋ฎ์ ์ด์ ๋์จ(Thermal Conductivity) ๋ฐ ๋์ ๋น์ด(Specific Heat) ๋ฑ์ผ๋ก ์ธํ์ฌ ์๋์ ์ผ๋ก
ํ์ฌ์ ๊ฐํ ๊ฒ์ผ๋ก ์๋ ค์ ธ ์์ผ๋(Kodur and Phan 2007; Kodur 2014; Buch and Sharma 2017), ์ฒ ๊ทผ์ฝํฌ๋ฆฌํธ(RC) ๋ถ์ฌ ์ญ์ ๊ณ ์จ์ ํ์ฌํ๊ฒฝ์ ๋
ธ์ถ๋๋ฉด ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๋ฐ ์ฒ ๊ทผ์ ํ์ฑ๊ณ์์ ๊ฐ๋ ๋ฑ ์ฌ๋ฃ์ ์ญํ์ ํน์ฑ์ด ์ ํ๋๋ฉฐ, ๊ธ๊ฒฉํ ๊ฐ์ด ์
๋ด๋ถ ์์ฆ๊ธฐ์์ ํญ๋ฐ๋ก ์ธํ ํญ๋ ฌํ์์ด ๋ฐ์ํ๋ ๋ฑ ๋จ๋ฉด ๊ตฌ์ฑ ๋ฐ ํ์ฌ ๋
ธ์ถํ๊ฒฝ ๋ฑ์ ๋ฐ๋ผ ๋ถ์ฌ์ ๋ดํ์ฑ๋ฅ์ด ํฌ๊ฒ ์ํฅ๋ฐ๋๋ค(Lie 1989; Kodur and Phan 2007; Raut and Kodur 2011; Shin et al. 2011; Kodur and Raut 2012; Buch and Sharma 2019; Lee and Kim 2023; Troung et al. 2024). ํนํ ๋ชจ๋ฉํธ๊ณจ์กฐ ๋ฑ์์ ์ฃผ์ํ ํก๋ ฅ์ ํญ์์๋ก ์ฌ์ฉ๋๋ ๊ธฐ๋ฅ์ ์๋์ ์ผ๋ก ๋์ ์ถ๋ ฅ์ ๋ฐ๊ณ ์์ผ๋ฉฐ ํต์ ํจ๊ณผ ์ถ๋ ฅ์ ๋์์ ๋ฐ๊ณ ์์ผ๋ฏ๋ก, ์ด์๋ ฅ(Thermal
Stress)๊ณผ ๋๋ถ์ด ๊ธฐ์์ฉํ๊ณ ์๋ ๋์ ์์ค์ ๊ธฐ๊ณ์ ์๋ ฅ(Mechanical Stress)์ผ๋ก ์ธํด ํ์ฌ ์ ๊ตฌ์กฐ์์์ด ๋ ๊ธ๊ฒฉํ ๋ฐ์ํ ์
์์ผ๋ฉฐ(์ถ๋ ฅ์ ๋ฐ๋ฅธ 2์ฐจ ํจ๊ณผ ๋ฐ ์ฒ ๊ทผ์ ์ข๊ตด ๋ฑ) ๊ทธ์ ๋ฐ๋ฅธ ํผํด๋ ๋ณด์ ๊ฐ์ ์ํ๋ถ์ฌ์ ๋นํด ํจ์ฌ ์ค๋ํ ์ ์๋ค.
์ด๋ฌํ RC ๊ธฐ๋ฅ์ ๋ดํ์ฑ๋ฅ์ ํ๊ฐํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ๋ค์ํ ์คํ ๋ฐ ํด์์ฐ๊ตฌ๊ฐ ์ํ๋์๋ค(Lie and Woollerton 1988; Dotreppe et al. 1997; Kodur and Sultan 1998; Wu et al. 2007; Ali et al. 2010; Chinthapalli and Agarwal 2020). ํ์ง๋ง ์คํ์ธํ
๋ฑ์ ์ ์ฝ์กฐ๊ฑด์ผ๋ก ์ธํ์ฌ ๋๋ถ๋ถ ์ค์ฌํ์ค์ ๋ฐ๋ ๊ฒฝ์ฐ๋ฅผ ๋์์ผ๋ก ํ๊ณ ์์ผ๋ฉฐ(Kodur and Sultan 1998; Ali et al. 2010; Chinthapalli and Agarwal 2020), ํ์ฌ ์ ์ธ์ ๋ถ์ฌ์ ์๋๋ณํ์ผ๋ก ๋ฐ์ํ ์ ์๋ ๋จ๋ถ ๊ตฌ์์กฐ๊ฑด์ ๋ณํ ๋ฑ์ ๊ณ ๋ คํ์ง ์์๋ค(Dotreppe et al. 1997; Wu et al. 2007). ์ฐธ๊ณ ๋ก ์ถ๋ฐฉํฅ ๋ณํ์ ๊ตฌ์๋๊ฐ ๋ถ์ฌ์ ๋ดํ์ฑ๋ฅ์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์ ๊ดํ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ์ผ๋ถ ์์ผ๋ฉฐ(Lie and Woollerton 1988; Tan and Nguyen 2013), ์ถ๋ฐฉํฅ ๋ณํ์ ์์ ํ ๊ตฌ์ํ๋๋ผ๋ ๋ถ์ฌ์ ๋ดํ์ฑ๋ฅ์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์ ํฌ์ง ์์ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด๊ณ ๋ ๋ฐ ์๋ค(Lie and Lin 1986). ํ์ง๋ง ๋ถ์ฌ ๋จ๋ถ์ ํ์ ๊ตฌ์๋๋ ๋ถ์ฌ์ ๋ดํ์ฑ๋ฅ์ ํฐ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น ์ ์์ผ๋ฏ๋ก(Mahmoud 2021) ์ถ๊ฐ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ํ์ํ๋ค. ํํธ ๊ธฐ์กด ์ฐ๊ตฌ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ฐํ์ผ๋ก Eurocode 2, ACI 216.1, AS 3600 ๋ฑ ํด์ธ์ ๋ดํ์ค๊ณ๊ธฐ์ค์์๋ RC ๊ธฐ๋ฅ์
๋ดํ์ฑ๋ฅ ์์ธก์(Resistance, $R$ ๋๋ Fire Resistance Period, $FRP$ ๋ฑ ๋ดํ์ฑ๋ฅ์๊ฐ์ผ๋ก ์ฃผ์ด์ง)์ ์ ๊ณตํ๊ณ ์๋ค.
ํ์ง๋ง ๋๋ถ๋ถ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์ ๊ธฐ๋ฐํ ๊ฒฝํ์์ด๊ณ ๋ถ์ฌ์น์์ ๊ด๋ จ๋ ๋ณ์๋ง์ผ๋ก ๋ดํ์ฑ๋ฅ์๊ฐ์ ์์ธกํ๊ณ ์์ด ๊ทธ ์ ์ฉ๋ฒ์๋ฅผ ๋ฒ์ด๋ ๊ฒฝ์ฐ์ ๋ํด์๋ ํฉ๋ฆฌ์ ์ธ
๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋์ถํ์ง ๋ชปํ ์ ์๋ค(Kodur and Raut 2012). ๋ํ ์ค๊ณ๊ธฐ์ค์ ๊ณ ๋ ค์ฌํญ๊ณผ ๋ฌ๋ฆฌ, RC ๋ถ์ฌ์ ๋ดํ์ฑ๋ฅ์๊ฐ์ ๋จ๋ฉด์น์, ํผ๋ณต๋๊ป, ์ธ์ฅ๋น, ์ถ๋ ฅ๋น ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ํ์ฌ๋
ธ์ถ๋ฉด, ํ์คํธ์ฌ๋ฅ , ์ฝํฌ๋ฆฌํธ
ํฌ๊ณผ์ฑ(Permeability), ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ํจ์์จ, ํ์ฌ ์๋๋ฆฌ์ค ๋ฑ์๋ ํฐ ์ํฅ์ ๋ฐ๋๋ค(Raut and Kodur 2011). ํนํ ๊ธฐ๋ฅ์ ๊ฒฝ์ฐ, ์ค์ ํ์ฌ์ํฉ์ ๋ฐ์ํ์ฌ ๋น๋์นญ์ ์ธ ํ์ฌ๋
ธ์ถ ๋ฐ ํธ์ฌํ์ค ๋ฑ๋ ๊ณ ๋ คํ ์ ์๋ ๋ฐฉ์์ด ํ์ํ๋ค.
์ด์ ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๋ค์ํ ์ค๊ณ์กฐ๊ฑด์ ๊ฐ์ง RC ๊ธฐ๋ฅ์ ๋ดํ์ฑ๋ฅ์๊ฐ์ ์์ธกํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ์ถ๋ ฅ๋น, ํธ์ฌํ์ค ๋ฐ ๋จ๋ถํ์ ๊ตฌ์๋์ ์ํฅ์ ๊ณ ๋ คํ 3์ฐจ์ ์ ํ์์ํด์
๋ชจ๋ธ๋ง ๊ธฐ๋ฒ์ ๊ฐ๋ฐํ์๋ค. ๊ฒ์ฆ์ ์ํ์ฌ ๊ฐ๋ฐ๋ ์์นํด์ ๋ชจ๋ธ๋ง ๊ธฐ๋ฒ์ Lie and Woollerton (1988)์ ์ค์ฌ/ํธ์ฌ ์ฌํ๊ฐ์ด์คํ์ฒด์ ์ ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, ๊ฐ์ด์๊ฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ์จ๋ ๋ถํฌ, ์ถ๋ฐฉํฅ ๋ณํ, ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๋ดํ์ฑ๋ฅ์๊ฐ ๋ฑ์ ๊ด์ ์์ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋ฉด๋ฐํ ๋น๊ตํ์๋ค.
2. ์ ํ์์ํด์ ๋ชจ๋ธ๋ง ๊ธฐ๋ฒ
2.1 ์ฌํ๊ฐ์ด์คํ์ฒด
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ Lie and Woollerton (1988)์ ์คํ์ฒด๋ฅผ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ์ ํ์์ํด์ ๋ชจ๋ธ๋ง ๊ธฐ๋ฒ์ ๊ฐ๋ฐํ์๋ค. Lie and Woollerton (1988)์ ์ด 41๊ฐ์ RC ๊ธฐ๋ฅ์ ๋ํด ์ค์ฌ/ํธ์ฌ ์ฌํ๊ฐ์ด์คํ์ ์ํํ์์ผ๋ฉฐ, ๋ดํ์ฑ๋ฅ์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ ๋ค์ํ ์ค๊ณ์กฐ๊ฑด(ํ์ค๋น, ๊ณจ์ฌ ์ข
๋ฅ, ๋จ๋ถํ์ ๊ตฌ์
์กฐ๊ฑด, ์ฒ ๊ทผ๋น ๋ฑ)์ ์คํ๋ณ์๋ก ๊ณ ๋ คํ์๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ด ์ค ์ค์ฌ๊ฐ๋ ฅ ์คํ์ฒด 5๊ฐ, ํธ์ฌ๊ฐ๋ ฅ ๋ฐ ๋จ๋ถํ์ ๊ตฌ์ ์กฐ๊ฑด ์คํ์ฒด 5๊ฐ ๋ฐ ์จ๋ ๊ฒ์ฆ
์คํ์ฒด 1๊ฐ๋ฅผ ๋์์ผ๋ก ๋ชจ๋ธ๋ง ๊ธฐ๋ฒ์ ๊ฐ๋ฐํ์๋ค. ๋ณธ ํด์์ฐ๊ตฌ์ ์ฌ์ฉ๋ ์คํ์ฒด์ ์์ธ ๋ฐ ์คํ๋ณ์๋ ๊ฐ๊ฐ Fig. 1 ๋ฐ Table 1๊ณผ ๊ฐ๋ค. ๊ธฐ๋ฅ์ ๋จ๋ฉด์ $B\times D=$305 mmร305 mm์ด๋ฉฐ, ์๋จ๋ถ ์๋ํ๋ ์ดํธ๋ฅผ ํฌํจํ ๊ธฐ๋ฅ์ ์ด ๊ธธ์ด๋ $L=$3,810 mm์ด๋ค.
์ฝํฌ๋ฆฌํธ๋ ๊ท์ฐ์ง ๊ณจ์ฌ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, ์์ถ๊ฐ๋๋ $f_{ck}=$34.5 MPa์๋ค. ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ํจ์์จ์ ์คํ ์ ์ฝ 5 %๋ก ์ถ์ ๋์๋ค(Lie and Woollerton 1988). ์ฃผ์ฒ ๊ทผ์ผ๋ก D25($d_{b}=$25.4 mm) ์ฒ ๊ทผ์ ๋ชจ์๋ฆฌ์ ์ด 4๊ฐ ๋ฐฐ์นํ์์ผ๋ฉฐ(์ฒ ๊ทผ๋น $\rho =$2.19 %), ์ฃผ์ฒ ๊ทผ์ ํผ๋ณต๋๊ป๋
48 mm๋ก ใKDS 14 20 50ใ์ ๋ฐ๋ฅธ RC ๊ธฐ๋ฅ์ ์๊ตฌ์์ธ(์ต์ํผ๋ณต๋๊ป 40 mm์ ํก์ฒ ๊ทผ ์ง๋ฆ์ ํฉ)์ ์ ์ฌํ ์์ค์ด์๋ค. ์ฃผ์ฒ ๊ทผ์ ํญ๋ณต๊ฐ๋
๋ฐ ์ธ์ฅ๊ฐ๋๋ ๊ฐ๊ฐ $f_{y}=$444 MPa ๋ฐ $f_{u}=$730 MPa์๋ค. ํก์ฒ ๊ทผ์ผ๋ก D10($d_{b}=$9.53 mm, $f_{y}=$427
MPa, $f_{u}=$671 MPa) ์ฒ ๊ทผ์ 280 mm ๊ฐ๊ฒฉ์ผ๋ก ๊ธฐ๋ฅ์ ์ ๊ธธ์ด์ ๊ฑธ์ณ ๋ฐฐ์นํ์๋ค. ์ค์ฌ๊ฐ๋ ฅ ์คํ์ฒด๋ ์๋จ๋ถ๋ฅผ ๊ณ ์ ๋จ์ผ๋ก ์ง์งํ์์ผ๋ฉฐ,
ํธ์ฌ๊ฐ๋ ฅ ์คํ์ฒด์ ๊ฒฝ์ฐ ๊ธฐ๋ฅ ์๋จ๋ถ์ ๋ธ๋ํท์ ๋๊ณ ํ์ ๋จ์ผ๋ก ์ง์งํ์๋ค. ์ฐธ๊ณ ๋ก, ํต์ ํธ์ฌ๊ฐ๋ ฅ์ ๊ฒฝ์ฐ ๋จ๋ถ์์ ํธ์ฌ๊ฑฐ๋ฆฌ $e_{0}$๋ฅผ ๋๊ณ ์ถ๋ ฅ์
๊ฐํ๋ ๋ฐฉ์์ด์ง๋ง, Lie and Woollerton (1988)์ ์ค์ฌํ์ค๊ณผ๋ ๋ณ๋๋ก ํธ์ฌํ์ค์ ๋จ๋ถ์ ์์ฉ์ํค๋ ๋ฐฉ์๋ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ๊ทธ ์ด์ ๋ ๋จ๋ถํ์ ๊ตฌ์๋๊ฐ ๋ถ์ฌ์ ๋ดํ์ฑ๋ฅ์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์ ์กฐ์ฌํ๊ธฐ ์ํจ์ด๋ฉฐ,
๋จ๋ถํ์ ์ ๋ํด ์์ ๊ตฌ์(Fixed), ์์ ํ์ (Pinned) ๋ฐ ๋ถ๋ถ๊ตฌ์(Partial Restraint)์ ๊ตฌํํ๊ธฐ ์ํด ์คํ ์ค ํธ์ฌํ์ค์ ํฌ๊ธฐ๋ฅผ
๋ณํ์์ผฐ๋ค(Lie and Woollerton 1988; Lie 1989). ์ฐธ๊ณ ๋ก III-7, III-8, III-9, III-10์ ํธ์ฌํ์ค ์ฌํ๋ฅผ ์ํ ๋ธ๋ํท์ด ์๋ ์คํ์ฒด๋ก์, ๊ธฐ๋ฅ์ ๋จ๋ฉด๋์ฌ์ ์ค์ฌํ์ค์ ๊ฐํ๊ณ
๋์ฌ์ผ๋ก๋ถํฐ 508 mm ๋จ์ด์ง ์์น์ ์ถ๊ฐ๋ก ํธ์ฌํ์ค์ ๊ฐํ์๋ค. III-14๋ ๋ธ๋ํท ์์ด ๋จ๋ฉด๋์ฌ์ผ๋ก๋ถํฐ 25 mm ๋จ์ด์ง ์์น์๋ง ํธ์ฌํ์ค์
๊ฐํ์๋ค.
Fig. 1 Details of test specimens used for numerical modeling (units: mm)
Table 1 Summaries of test specimens
Speci-
men
|
Test
parameter
|
Cross-
section
[mm]
|
Column
length
[mm]
|
Longi.
reinf.
ratio
[%]
|
End- condition
|
Concentric
load
$P_{c}$ [kN]
|
Eccentric
load
$P_{e}$ [kN]
|
Initial end
eccen-
tricity
($e_{0}/D$)
|
Nominal
strength
$P_{n},\: M_{n}$
[kN, kN๏ฝฅm]
|
Axial
load
ratio
($P/f_{ck}A_{g}$)
|
Failure
time
[hr:min]
|
I-1
|
Control
|
305ร305
|
3,760
|
2.19
|
Fixed-fixed
|
-
|
-
|
0
|
3479, 0
|
-
|
Not failed
|
I-2
|
Concentric
|
Fixed-fixed
|
1,333
|
-
|
0.42
|
2:50
|
I-3
|
Concentric
|
Fixed-fixed
|
800
|
-
|
0.25
|
3:38
|
I-4
|
Concentric
|
Fixed-fixed
|
711
|
-
|
0.22
|
3:40
|
I-7
|
Concentric
|
Fixed-fixed
|
1,067
|
-
|
0.33
|
3:28
|
I-8
|
Concentric
|
Fixed-fixed
|
1,778
|
-
|
0.55
|
2:26
|
III-7*
|
Eccentric
|
Partial
rotation
|
1,022
|
49/32**
|
0.076
|
2883, 67
|
0.33
|
2:50
|
III-8*
|
Eccentric
|
Rotation
constraint
|
987
|
43/8**
|
0.070
|
2923, 62
|
0.32
|
3:45
|
III-9*
|
Eccentric
|
Rotation
constraint
|
889
|
43/22**
|
0.077
|
2880, 67.5
|
0.29
|
3:30
|
III-10*
|
Eccentric
|
Pinned-pinned
|
993
|
44/44**
|
0.071
|
2923, 63
|
0.32
|
2:47
|
III-14
|
Eccentric
|
Pinned-fixed
|
-
|
1178
|
0.081
|
2840, 71
|
0.37
|
3:03
|
Notes: *Columns with brackets, **Eccentric loads at the beginning and end of test
Fig. 2๋ ์คํ์ฒด ๋จ๋ฉด์ ๋ํ P-M ์๊ด๊ณก์ ์ด๋ค. Table 1์ ์ ๋ฆฌ๋ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด, ์ถ๋ ฅ๋น($P/f_{ck}A_{g}$, ์ฌ๊ธฐ์ ์ด ์ถ๋ ฅ $P$๋ ์ค์ฌ์ถ๋ ฅ $P_{c}$์ ํธ์ฌ์ถ๋ ฅ $P_{e}$์ ํฉ)๋ ์ฝ
0.22~0.55์ ๋ฒ์์ ์์์ผ๋ฉฐ, ํธ์ฌ ์คํ์ฒด์ ๊ฒฝ์ฐ ๋จ๋ถ์ ์ด๊ธฐํธ์ฌ์จ($e_{0}/D$, ์ฌ๊ธฐ์ ํธ์ฌ๊ฑฐ๋ฆฌ $e_{0}=M_{n}/P_{n}$)์
ํ๊ท ์ ์ฝ 0.075์ด์๋ค. ์ฐธ๊ณ ๋ก ํต์์ ์ธ ๋ ์ฒ ๊ทผ ๊ธฐ๋ฅ์ ์ถ๋ ฅ๋น 0.44(๊ฐ๋๊ฐ์๊ณ์ 0.65ร์ฐ๋ฐํธ์ฌ์ ๊ณ ๋ คํ ๊ณ์ 0.8ร๋ฑ๊ฐ์๋ ฅ๋ธ๋ก ํฌ๊ธฐ๊ณ์
0.85) ์ดํ๋ก ์ค๊ณ๋๋ฏ๋ก, ์ผ๋ถ ์คํ์ฒด์ ์ถ๋ ฅ๋น๋ ๋น๊ต์ ๋์ ์์ค์ด์๋ค.
Fig. 2 P-M interaction of test specimens and loading points
2.2 ํด์ ๋ชจ๋ธ๋ง
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๋ฒ์ฉ ์ ํ์์ํด์ ํ๋ก๊ทธ๋จ์ธ Abaqus (2021)์์ ์ ๊ณตํ๋ ์์ ์ฐ๊ณ ์ด-์๋ ฅ ํด์(Fully Coupled Thermo- mechanical Analysis)์ ํ์ฉํ์๋ค. ๊ธฐ์กด์ ๋ดํํด์์ฐ๊ตฌ์์
์ฃผ๋ก ์ฌ์ฉ๋์๋ ์์ฐจ์ ์ด-์๋ ฅ ํด์(Sequentially Coupled Thermo-mechanical Analysis)์ ์ด ํด์ ๋ฐ ๊ธฐ๊ณ์
ํด์์ 2๋ฒ์ ๊ฑธ์ณ ์ํํ๋ ๋ฐฉ์์ด์ง๋ง, ์์ ์ฐ๊ณ ์ด-์๋ ฅ ํด์์ ์ด์ ๋ฌ ํด์ ๋ฐ ๊ธฐ๊ณ์ ํด์์ ๋์์ ์ํํ๋ ๋ฐฉ์์ด๋ค. ์์ ์ฐ๊ณ ์ด-์๋ ฅ ํด์์
์์ฐจ์ ์ด-์๋ ฅ ํด์์ ๋นํด ํด์๊ณผ์ ์ด ๋ ๋ณต์กํ์ง๋ง, ์ฌํ๊ฐ์ด์คํ์ ๋ ์ค์ ์ ์ผ๋ก ๋ชจ์ฌํ๋ฏ๋ก ๋์ฑ ์ ํํ ํด์๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์ป์ ์ ์๋ค.
์ด-์๋ ฅ ํด์์ ์ํด์๋ ์จ๋๋ณํ์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ตฌ์ฑ์์(์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๋ฐ ์ฒ ๊ทผ)์ ์ฌ๋ฃ๋ฌผ์ฑ ๋ชจ๋ธ๋ง์ด ์ค์ํ๋ค. ์ญํ์ ํด์์ ์ํด์๋ ๊ตฌ์ฑ์์์ ํ์ฑ๊ณ์, ํฌ์์ก๋น,
์ฌ๋ฃ ๋นํ์ฑ ๊ฑฐ๋ ๋ฑ์ด ํ์ํ๊ณ , ์ด์ ๋ฌ(Heat Transfer) ํด์์ ์ํด์๋ ๊ตฌ์ฑ์์์ ๋น์ด, ์ด์ ๋์จ, ๋ฐ๋, ์ดํฝ์ฐฝ๊ณ์ ๋ฑ์ด ํ์ํ๋ค.
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์ ๋ชฉ์ ์ด ์ค๊ณ๋ผ๋ ์ , ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๊ธฐ์กด ์คํ์ฐ๊ตฌ์์ ์ถฉ๋ถํ ์ ๋ณด๊ฐ ์ ๊ณต๋์ง ์๋๋ค๋ ์ ์ ๊ฐ์ํ์ฌ, ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ CEB-FIP ๋๋ Eurocode
2 ๋ฑ์ ๋ชจ๋ธ์ฝ๋๋ฅผ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ์ฌ๋ฃ๋ฅผ ๋ชจ๋ธ๋งํ์๋ค.
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ Abaqus์์ ์ ๊ณตํ๋ CDP(Concrete Damaged Plasticity) ๋ชจ๋ธ์ ์ฌ์ฉํ์ฌ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋น์ ํ ๊ฑฐ๋์ ๋ชจ๋ธ๋งํ์๋ค.
CDP ๋ชจ๋ธ์ ๋ณ์๋ Sรผmer and Aktaล (2015)๋ฅผ ์ฐธ๊ณ ํ๋, ์์จ ์คํ์ฒด์ ๋ํ ๋น๊ต ๋ฐ ๋ณด์ ์ ํตํด ๊ฒฐ์ ํ์๋ค(Dilation Angle์ 35ยฐ, Eccentricity๋ 0.1, $f_{b0}/f_{c0}$๋
1.16, K๋ 0.67). ์ฐธ๊ณ ๋ก, Viscosity Parameter๋ ์๋ ด๋์ ์ฆ์ง์ ์ํด 0.0005๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ์จ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์
์๋ ฅ-๋ณํ๋ฅ ๊ด๊ณ ๋ฐ ์ด์ ๋ฌผ์ฑ์น๋ Eurocode 2 Part 1-2(CEN 2004) ๋ฐ CEB-FIP (CEB 1993)๋ฅผ ๋ฐ๋๋ค. ์๋ ด๋์ ์ฆ์ง์ ์ํด ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ Tensile Damage Model์ CEB-FIP์ Fracture Energy๋ฅผ ํตํด ๋ฐ์ํ์๋ค.
์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋น์ด์ ํจ์์จ 5 %์ ํด๋นํ๋ ๊ฐ์ ์ฌ์ฉํ์ผ๋ฉฐ, ์ด์ ๋์จ์ Upper Limit๊ณผ Lower Limit์ ํ๊ท ๊ฐ์ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์
์ด์ ๋ฌผ์ฑ์ ์จ๋์ ๋ฐ๋ผ ๋ณํ์ง๋ง, ์ฌ์ ํด์ ๊ฒฐ๊ณผ, ๋ฐ๋์ ๊ฒฝ์ฐ์๋ ๊ทธ ๋ณํ๊ฐ ์ ์๋ฏธํ ์์ค์ด ์๋์ด์ ํด์๊ฒฐ๊ณผ์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์ ๋ฏธ๋ฏธํ์๋ค. ์จ๋์
๋ฐ๋ฅธ ์ดํฝ์ฐฝ๊ณ์์ ๊ฒฝ์ฐ์๋ ๊ณจ์ฌ ์ข
๋ฅ ๋ฐ ํจ์์จ์ ํฐ ์ํฅ์ ๋ฐ์ง๋ง, Eurocode 2 ๋ฐ ASCE ๋ฑ์์ ์ ๊ณตํ๋ ๋ชจ๋ธ์ด ์ถฉ๋ถํ ์ ํํ์ง ์๋ค๋
์ฐ๊ตฌ๊ฒฐ๊ณผ๊ฐ ์๋ค(Ghannam 2019). ์ด์ ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ํด์์ ์๋ ด์ฑ ๋ฑ์ ๊ฐ์ํ์ฌ ๊ฐ๋จํ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋ฐ๋(2,300 kg/m3) ๋ฐ ์ดํฝ์ฐฝ๊ณ์(10ร10-6 K-1)๋ฅผ ์จ๋์ ์๊ด์์ด ์ผ์ ํ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ฐ์ ํ์๋ค. Fig. 3์ ๋ชจ๋ธ๋ง์ ์ฌ์ฉ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์ฌ๋ฃ๋ฌผ์ฑ์ ์ ๋ฆฌํ์ฌ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ค.
Fig. 3 Concrete material properties at elevated temperature(CEN 2004)
Fig. 4 Steel material properties at elevated temperature(CEN 2005)
์ฒ ๊ทผ์ ์๋ ฅ-๋ณํ๋ฅ ๊ด๊ณ ๋ฐ ์ด์ ๋ฌผ์ฑ์น๋ Eurocode 3 Part 1-2(CEN 2005)๋ฅผ ๋ฐ๋์ผ๋ฉฐ, ๋ณํ๋ฅ ๊ฒฝํ(Strain Hardening)๋ฅผ ๋ฐ์ํ์๋ค. ์ฒ ๊ทผ์ ๋ฐ๋(7,850 kg/m3) ๋ฐ ์ดํฝ์ฐฝ๊ณ์(10ร10-6 K-1) ์ญ์ ์จ๋์ ์๊ด์์ด ์ผ์ ํ๋ค๊ณ ๊ฐ์ ํ์์ผ๋ฉฐ, ์ฌ์ฉ๋ ์ฒ ๊ทผ์ ์ฌ๋ฃ๋ฌผ์ฑ์ Fig. 4์ ์ ๋ฆฌํ์๋ค.
์ด๊ตํ ํด์์ ์ํด ๋๋ฅ(Surface Film Condition) ๋ฐ ๋ณต์ฌ(Surface Radiation)์ ๊ฐ์ด๊ฒฝ๊ณ์กฐ๊ฑด์ Interaction์
ํตํด ์ ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, ๊ฒฝ๊ณ๋ฉด ๊ฐ์ด์กฐ๊ฑด์ Eurocode 2์ ๊ถ์ฅ๊ฐ์ ์ ์ฉํ์๋ค: ๋๋ฅ์ด์ ๋ฌ๊ณ์(Film Coefficient)=25 W/m2๏ฝฅK, ๋ณต์ฌ๊ฒฝ๊ณ์กฐ๊ฑด ๋ฐฉ์ฌ์จ(Emissivity)=0.7, ์คํ
ํ-๋ณผ์ธ ๋ง ์์(Stefan- Boltzmann Constant)=5.6710ร10-8 W/m2K4(Kang and Kim 2023).
์ฝํฌ๋ฆฌํธ, ์ฃผ์ฒ ๊ทผ, ๊ฐ์ฌ(End-plates)์ ๋ํด์๋ ์ด-์๋ ฅ ํด์์ด ๊ฐ๋ฅํ ๊ฐ์์ ๋ถ Solid Mesh์ธ C3D8RT ์์๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๊ณ , ํก์ฒ ๊ทผ์
๋ํด์๋ ์ด-์๋ ฅ ํด์์ด ๊ฐ๋ฅํ Truss Mesh์ธ T3D2T ์์๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๋ค. Mesh Size๋ ํด์์ ์๊ฐ ๋ฐ ์ ํ๋๋ฅผ ๊ณ ๋ คํด ๊ฒฐ์ ํ์์ผ๋,
์ต๋ 50 mm ์ดํ๋ก ์ ํํ์๋ค.
์ฒ ๊ทผ๊ณผ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๋ ์์ ๋ถ์ฐฉ์ ๊ฐ์ ํ๊ณ ๊ณ๋ฉด์์์ ์ด์ ์ ํญ์ ๊ณ ๋ คํ์ง ์์๋ค. ์ด์ ๋ฐ๋ผ ์ฒ ๊ทผ๊ณผ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๊ธฐ๊ณ์ /์ด์ ์ํธ์์ฉ์ Embedded
Constraint๋ก ๋ชจ๋ธ๋งํ์๋ค. ์ด ๊ฒฝ์ฐ ์ฒ ๊ทผ์ ์
๋ ฅ๋๋ ์จ๋๋ ์ฒ ๊ทผ๊ณผ ๋ง๋ฟ์ ์๋ ์ฃผ๋ณ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์จ๋์ด๋ฉฐ, Solid Element๋ก ๋ชจ๋ธ๋ง๋
์ฃผ์ฒ ๊ทผ ๋ด๋ถ์ ์ด์ ๋ฌ์ ์ฒ ๊ทผ์ ์ด์ ๋ฌผ์ฑ์น์ ๋ฐ๋ฅธ๋ค. ๊ฐ์ฌ์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๋ฐ ์ฃผ์ฒ ๊ทผ๊ณผ์ ์ํธ์์ฉ์ Tie Constraint๋ก ์ ์ํ์๋ค. ์ถ๋ ฅ์ ์ง์คํ์ค
๋ฐ Rigid Body Constraint๋ก ๋จ๋ถ์ ๋ชจ๋ธ๋งํ์์ผ๋ฉฐ, ํ์ค ์์ฉ์ ์ Boundary Condition์ ํตํด ์คํ์ฒด ๋จ๋ถ ๊ตฌ์์กฐ๊ฑด์
๋ฐ์ํ์๋ค.
ํด์์ ์ด ๋ ๋จ๊ณ๋ก ์งํ๋์๋ค. ์คํ์กฐ๊ฑด๊ณผ ๋์ผํ๊ฒ, Step 1์์๋ ์ถ๋ ฅ(์ค์ฌํ์ค ๋ฐ ํธ์ฌํ์ค)์ ์ ์ง์ ์ผ๋ก ๊ฐํ ํ ์ผ์ ํ๊ฒ ์ ์ง์์ผฐ๋ค. ์ดํ
Step 2์์ ์ด ํ์ค์ ๊ฐํ์๋ค. ์คํ์ฒด์ ์ธ์ฅ๋น($KL/r$)๋ 28.1~43.3์ ๋ฒ์์ ์์ผ๋ฉฐ ํํ ์ค๊ณ๊ธฐ์ค์ธ KDS 14 20 20(KCI 2022)์ ๋ฐ๋ผ ์ธ์ฅํ ๊ธฐ๋ฅ(์ฅ์ฃผ)์ผ๋ก ๋ถ๋ฅ๋๋ฏ๋ก ํด์ ์ ๊ธฐํํ์ ๋น์ ํ์ฑ์ ๊ณ ๋ คํ์๋ค. ๊ฐ์ด๋ฒ์๋ ์๋ฌธ(Lie and Woollerton 1988)์ ์ ํํ ์ ๋ณด๊ฐ ์์ด ํด์์์๋ ๊ธฐ๋ฅ ๊ธธ์ด์ 1/8~7/8๋ก ๊ฐ์ ํ์์ผ๋ฉฐ(Fig. 5(a)), ASTM- E119์ ํ์ค์๊ฐ-๊ฐ์ด์จ๋๊ณก์ (Fig. 6)์ ๋ฐ๋ผ 240๋ถ๊ฐ 4๋ฉด์ ์จ๋๋ฅผ ์ฆ๊ฐ์์ผฐ๋ค. ์ฐธ๊ณ ๋ก, ์ค์ ์คํ์์ ๊ฐ์ด๊ณผ ํจ๊ป ํธ์ฌํ์ค์ ๊ฐ์์ํจ ์คํ์ฒด์ ๊ฒฝ์ฐ์๋ ์๋ฌธ์ ๋ด์ฉ์ ๋ฐ๋ผ ํด๋น
ํธ์ฌํ์ค์ ์ ํ์ (0.1 kN/min)์ผ๋ก ๊ฐ์์์ผฐ๋ค. ์ด ํ์ค์ ํฌํจํ ๋ชจ๋ ํ์ค์ Amplitude๋ฅผ ํตํด ํต์ ํ์๋ค.
Fig. 5 Location of thermocouples (T/C) and assumed range of fire exposure
Fig. 6 ASTM-E119 standard time-temperature curve
3. ์ด-์๋ ฅ ํด์ ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ๊ฒ์ฆ
์ด-์๋ ฅ ํด์์ ๊ฒ์ฆ์ ์ํ์ฌ, ํด์๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋น๊ตํ์๋ค. ์ฐ์ ์ด ํ์ค์ ๊ฒ์ฆ์ ์ํ์ฌ, ์จ๋ ๋ถํฌ๋ฅผ ๋น๊ตํ์๋ค. ํด์๊ฒฐ๊ณผ๋ ์คํ์ฒด ๋ด ์ด์ ๋(Thermocouples)
์์น(Fig. 5(b))์ ๋์ผํ ์์น์์ ์ถ์ถํ์๋ค. ์ฐธ๊ณ ๋ก, ์คํ์ฒด๋ค์ ๋จ๋ฉด๊ตฌ์ฑ ๋ฐ ๊ฐ์ด์กฐ๊ฑด์ด ๋์ผํ์ฌ ๋จ๋ฉด ๋ด ์จ๋ ๋ถํฌ๊ฐ ์ ์ฌํ๋ฏ๋ก, ์ฌ๊ธฐ์๋ ๋ํ๋ก ์คํ์ฒด I-1์
์จ๋ ๋ถํฌ๋ง ๋น๊ตํ๋ค.
Fig. 7์ ์ด-์๋ ฅ ํด์์ ํตํด ์ป์ ๊ฐ์ด 60๋ถ ํ ๋จ๋ฉด์ ์จ๋ ๋ถํฌ์ด๋ค. ์ ์ฒด์ ์ผ๋ก ํด์๊ฒฐ๊ณผ๋ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ ์ฌํ ์จ๋ ๋ถํฌ ๋ฐ ๋ณํ๋ฅผ ๋ณด์๋ค. ๋จ๋ฉด ๋ด
์์น๊ฐ ๊น์ด์ง์๋ก ์จ๋๊ฐ ๋ด๋ ค๊ฐ์ผ๋ฉฐ, ์คํ๊ณผ ํด์ ๋ชจ๋ ๊ธฐ๋ฅ ํ๋ฉด์์ ์ฌ๋ถ๊น์ง ์ฝ 815 ยฐC์ ์จ๋ ์ฐจ์ด๊ฐ ๋ฐ์ํ๋ค. ๋ค๋ง ํด์ ๊ฒฐ๊ณผ, ์ฌ๋ถ์์๋
์ฝ 2~5 ยฐC, ํ๋ฉด์์๋ ์ฝ 3 ยฐC ์คํ๊ฒฐ๊ณผ๋ณด๋ค ๋์ ์จ๋๋ฅผ ๋ณด์๋ค. ํํธ, 2๋ฐฉํฅ์ผ๋ก ๊ฐ์ด๋๋ ๋ชจ์๋ฆฌ๋ถ๊ฐ ๊ธฐ๋ฅ๋ฉด ์ค์๋ถ๋ณด๋ค ํ๊ท ์ ์ผ๋ก ๋ ๋์
์จ๋ ๋ถํฌ๋ฅผ ๋ณด์๋ค: ํ๋ฉด์ ์จ๋๋ ํด์์กฐ๊ฑด์ ๋ฐ๋ผ ๋์ผํ๋, ๋ชจ์๋ฆฌ์ ๋จ๋ฉด์ ๋์ฌ์ ์๋ ์ ์ ๋ฐ๋ผ ์จ๋ ๋ถํฌ๋ฅผ ๋น๊ตํ๋ฉด, ์ฌ๋ถ ๊ทผ์ฒ๋ ์ฝ 15
ยฐC, ํ๋ฉด๊ณผ ์ฌ๋ถ ์ค๊ฐ์ ์ฝ 227 ยฐC ๋ ๋์๋ค.
Fig. 7 Section temperature distribution at 60 mins
Fig. 8 Reinforcing bar temperature at elevated time
Fig. 8์ ์๊ฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ฃผ์ฒ ๊ทผ ๋ฐ ํก์ฒ ๊ทผ์ ์จ๋๋ณํ์ด๋ค. ํด์๊ฒฐ๊ณผ, ๋๋ถ๋ถ ์คํ๊ณผ ์ ์ฌํ ์์์ผ๋ก ์จ๋๊ฐ ์ ์ง์ ์ผ๋ก ์ฆ๊ฐํ๋ ์์์ ๋ณด์๋ค. ๋ค๋ง T/C2(ํก์ฒ ๊ทผ:
Fig. 5 ์ฐธ์กฐ)์ ๊ฒฝ์ฐ ๊ฐ์ด์๊ฐ ๋ด ํ๊ท ์ ์ผ๋ก ์ฝ 80 ยฐC์ ์จ๋ ์ฐจ์ด(ํด์์ด ๋ ๋๊ฒ ํ๊ฐ)๊ฐ ๋ฐ์ํ์ผ๋ฉฐ, ์ต๋ ์ฝ 115 ยฐC์ ์จ๋ ์ฐจ์ด๊ฐ ๋ฐ์ํ๋ค.
๊ทธ ์ธ์ ๊ฒฝ์ฐ์๋ ์คํ๊ณผ ํด์๊ฒฐ๊ณผ์ ์ฐจ์ด๋ ๋ฏธ๋ฏธํ๋ค. ์คํ ๋ฐ์ดํฐ์ ๋ช
์๋์ด ์๋ ์ต์ข
๊ฐ์ด์๊ฐ์ธ 180๋ถ ๊ธฐ์ค, ์ฒ ๊ทผ์ ํ๊ท ์จ๋๋ ์ฝ 682.2
ยฐC์์ผ๋ฉฐ(์คํ์์๋ ์ฝ 681.4 ยฐC), ์ฃผ์ฒ ๊ทผ์ ์ต๋์จ๋๋ ์ฝ 734.1 ยฐC์๋ค(์คํ์์๋ ์ฝ 710 ยฐC).
์ด-์๋ ฅ ํด์๋ชจ๋ธ์ ๊ตฌ์กฐ๊ฑฐ๋ ์์ธก์ ์ ํ๋๋ฅผ ํ๊ฐํ๊ธฐ ์ํ์ฌ, ์ถ๋ฐฉํฅ ๋ณํ ๋ํ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋น๊ตํ์๋ค. ์ฐ์ ์ ๋์ ์ธ ๋น๊ต๋ฅผ ์ํด, ์ต๋ ํฝ์ฐฝ๋ ๋ฐ
ํฝ์ฐฝ ์ดํ ์์ถ๊ณผ์ ์์ ์์จ ๊ธฐ๋ฅ๊ธธ์ด๋ณด๋ค ๋ ์งง์์ง๋ ์์ (Figs. 8๊ณผ 9์์ x์ถ๊ณผ์ ๊ต์ )์ Table 2์ ๋น๊ตํ์๋ค. ํ๊ท ์ ์ผ๋ก ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋ํ ํด์๊ฒฐ๊ณผ์ ๋น์จ์ ์ต๋ ํฝ์ฐฝ๋์ ๊ฒฝ์ฐ 0.64, ์์จ ๊ธฐ๋ฅ๊ธธ์ด ๋๋น ์์ถ ์์ ์ ๊ฒฝ์ฐ 0.78์ด์๋ค. ์ ๋์ ์ธ
๊ด์ ์์ ๋ณด์์ ๋, ์ ์ฒด์ ์ผ๋ก ํด์์ ๊ธฐ๋ฅ์ ํฝ์ฐฝ์ ๋ฎ๊ฒ ํ๊ฐํ๊ณ , ๊ธฐ๋ฅ์ ์์ถ ์์ ์ ์ด๋ฅด๊ฒ ํ๊ฐํ๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์๋ค.
๋์ฑ ์์ธํ ๋น๊ต๋ฅผ ์ํ์ฌ, ๊ฐ์ด์๊ฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ ์ฒด ์ถ๋ณํ ์ด๋ ฅ์ Fig. 9(์ค์ฌ๊ฐ๋ ฅ)๊ณผ Fig. 10(ํธ์ฌ๊ฐ๋ ฅ)์ ๋น๊ตํ์๋ค. ์ค์ฌ๊ฐ๋ ฅ์ ๊ฒฝ์ฐ(Fig. 9), ๋น๋ก I-2์ I-8์ด ๊ธฐ๋ฅํฝ์ฐฝ์ ๊ด์ ์์ ๋น๊ต์ ํฐ ์ฐจ์ด๋ฅผ ๋ณด์์ง๋ง, ์ ์ฒด์ ์ผ๋ก ์คํ๊ณผ ์ ์ฌํ๊ฒ ์ดํฝ์ฐฝ์ผ๋ก ์ธํ ๋ณํ ๋ฐ ์ฌ๋ฃ๋ฌผ์ฑ ๊ฐ์๋ก ์ธํ
์์ถ์ ํ์ธํ ์ ์์๋ค. I-2 ๋ฐ I-8์ ๊ฒฝ์ฐ(์ถ๋ ฅ๋น=0.42 ๋ฐ 0.55), ๋ ์ฒ ๊ทผ ๊ธฐ๋ฅ์ ํต์์ ์ธ ์ค๊ณ ์ถ๋ ฅ๋น ํ๊ณ(์ฝ 0.44)์ ์ฝ 95
% ๋ฐ 125 %๋ฅผ ๊ฐํ ์คํ์ฒด์ด๋ค. ํด์๊ณผ ์คํ์ ์ฐจ์ด๋ ๊ธฐ๋ณธ์ ์ผ๋ก ์ฌ๋ฃ ๋ชจ๋ธ๋ง์ ์ํฅ์ ํฌ๊ฒ ๋ฐ์ง๋ง, ๋์ ์ถ๋ ฅ์์ค ์ญ์ ํฐ ์ํฅ์ ๋ผ์น ๊ฒ์ผ๋ก
ํ๋จ๋๋ค. ์๋ํ๋ฉด ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ๋์์ผ๋ก ํ ์คํ์ฒด์ ๊ฒฝ์ฐ, ํธ์ฌํ์ค์ ๋ฐ์ผ๋ฉฐ ์๋์ ์ผ๋ก ์ธ์ฅํ RC ๊ธฐ๋ฅ์ด๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค. ์ด ๊ฒฝ์ฐ 2์ฐจ ํจ๊ณผ๊ฐ ๋ฐ์ํ๋๋ฐ,
์ถ๋ ฅ๋น๊ฐ ๋์ผ๋ฉด ์์ฃผ ์์ ํธ์ฌ๊ฑฐ๋ฆฌ(Eccentricity)/๋จ๋ถํ์ ๊ตฌ์๋์ ์ฐจ์ด ๋๋ ์์ฃผ ์ฌ์ํ ์ด๊ธฐ๋ถ์์ ์ฑ(Initial Imperfection)์
๊ฐ์
๋ง์ผ๋ก๋ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ๊ฐ ํฌ๊ฒ ๋ฌ๋ผ์ง ์ ์๋ค. ํด์๊ณผ ์คํ์์์ ์ฐจ์ด๋ ์ด๋ฌํ ๋์ ์ถ๋ ฅ์ ํจ๊ณผ์ ์ฃผ๋ก ๊ธฐ์ธํ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
Table 2 Comparison of test and analysis results
Loading
type
|
Specimen
|
Maximum
expansion
[mm]
|
Time at onset
of shortening
[mins]
|
Test
|
Analysis
|
Test
|
Analysis
|
Concentric
|
I-2
|
4.8
|
2.13
|
150
|
90.9
|
I-3
|
6.6
|
8.5
|
198.1
|
194.1
|
I-4
|
7.6
|
10.4
|
203.5
|
209.9
|
I-7
|
6
|
3.9
|
187.8
|
155.8
|
I-8
|
1.1
|
0.31
|
96.7
|
43.4
|
Eccentric
|
III-7
|
7.2
|
2.6
|
-
|
114.7
|
III-8
|
8.2
|
3.3
|
214.5
|
153.7
|
III-9
|
8.3
|
5.2
|
214.1
|
170.7
|
III-10
|
7.7
|
2.9
|
-
|
148.8
|
III-14
|
5.6
|
3.8
|
180.8
|
155.3
|
Fig. 9 Comparison of axial displacements (Concentrically loaded)
Fig. 10 Comparison of axial displacements (Eccentrically loaded)
ํธ์ฌ๊ฐ๋ ฅ์ ๊ฒฝ์ฐ์๋(Fig. 10) ๋ณํ๋์ ํฌ๊ธฐ ๋ฐ ๊ธฐ๋ฅ์์ถ ์์ ์ ๋ค์ ์ฐจ์ด๊ฐ ์์์ง๋ง, ๊ฐ์ด์ ๋ฐ๋ฅธ ํฝ์ฐฝ ๋ฐ ์์ถ์ ์์์ด ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ ์ฌํ์๋ค. ์ฐธ๊ณ ๋ก, Lie and Woollerton (1988)์ ๊ธฐ๋ฅ์ ํญ๋ณต์ ์ถ๋ณํ ๋ณํ์จ์ด 76 mm/min์ ์ด๊ณผํ ์์ ์ผ๋ก ์ ์ํ์๋ค. ํ์ง๋ง ์ผ๋ถ ์คํ์ฒด์ ๋ํด์๋ ์ด ์กฐ๊ฑด์ ๋ง์กฑํ์ง ์์์์๋ ์คํ์
์กฐ๊ธฐ์ข
๋ฃํ์๋ค. ์๋ฌธ์ ์ ํํ ์ด์ ๋ฅผ ์ ์ํ์ง๋ ์์์ง๋ง, ์๋์ ์ผ๋ก ๋์ ์ถ๋ ฅ๋น, ํธ์ฌํจ๊ณผ, ๋จ๋ถํ์ ๊ตฌ์๋ ๋ฑ์ ๊ณ ๋ คํ์ฌ ์์ ์์ ์ด์ ๋ก ์กฐ๊ธฐ์ข
๋ฃํ
๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ์ด์ ๋ฐ๋ผ III-7๊ณผ III-10์ ๊ฒฝ์ฐ, ์์จ ๊ธฐ๋ฅ๊ธธ์ด ๋๋น ์์ถ์ด ๋ฐ์ํ์ง ์์์์๋ ์คํ์ด ์กฐ๊ธฐ์ข
๋ฃ๋์ด, Table 2์ ์์จ๋๋น ๊ธฐ๋ฅ์์ถ ์์ ์ด ๋๋ฝ๋์ด ์๋ค.
4. ํ ์ ๋ฐ ๋ดํ์ฑ๋ฅ
4.1 ์จ๋ ๋ถํฌ
ํด์์ ๋ฐ๋ฅธ ์ฌ๋ถ์ ์จ๋ ๋ถํฌ๊ฐ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ๋ณด๋ค ๋ค์ ๋์ ๊ฒ์ ์ฃผ๋ก ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๋จ๋ฉด ๋ด ์๋ถ์ ์ํฅ ๋๋ฌธ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๋ด ์๋ถ์
์ํฅ์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋น์ด๋ก๋ง ๋ฐ์ํ์์ง๋ง, ์ค์ ์คํ์์๋ ์๋ถ๋งํํ์(Moisture Clog Phenomenon: Harmathy 1965) ๋ฑ์ผ๋ก ์ธํด ์ฌ๋ถ๋ก์ ์ด์ ๋ฌ์ ์ฐจ์ด๊ฐ ๋ฐ์ํ ์ ์๋ค: ์ธ๋ถ์์ ์ด์ด ๊ฐํด์ง๋ฉด ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๋ด๋ถ์ ์๋ถ์ด ๊ฐ์ด๋์ด ์์ฆ๊ธฐ๊ฐ ๋๊ณ , ์ด๋ฌํ ๊ณ ์จ๊ณ ์์
์์ฆ๊ธฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๋ด ๋ฏธ์ธ๊ณต๊ทน์ ํตํด ์๋์ ์ผ๋ก ์ ์จ์ ์์ธ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๋ด๋ถ๋ก ์ด๋ํ๋ ค ํ์ง๋ง, ์จ๋ ์ฐจ์ด๋ก ์ธํด ์ผ๋ถ๋ ๋ค์ ์์ถ๋๋ฉฐ, ์ด๋ ๊ฒ ์์ถ๋
์๋ถ์ ๋ค์ ๊ณต๊ทน์ ๋ง๊ณ (ํฌํ์ธต ํ์ฑ) ๋น์ด๋ ๋์ ์ด์ ๋ฌ์ ์ง์ฐ์ํจ๋ค. ๋ค๋ง, ์ ์ฒด์ ์ผ๋ก ํด์๊ฒฐ๊ณผ์ ์์์ด ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ ์ฌํ๋ค๋ ์ ์ ๊ฐ์ํ ๋
์ ์๋ ์ด-์๋ ฅ ํด์ ๋ชจ๋ธ์ ์ด ํ์ค์ ๋น๊ต์ ์ ํํ ์์ค์ผ๋ก ์์ธกํ๋ค๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์์๋ค.
4.2 ์ถ๋ฐฉํฅ ๋ณํ
Fig. 9 ๋ฐ Fig. 10์ ํตํด ๋ณํ๋์ ํฌ๊ธฐ๋ ๋ค์ ์ฐจ์ด๊ฐ ์์์ง๋ง, ๊ฐ์ด์๊ฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ํฝ์ฐฝ ๋ฐ ์์ถ์ ์์์ด ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ ์ฌํ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์์๋ค. ๊ฐ์ ํ ์ฌ๋ฃ๋ฌผ์ฑ
๋ฐ ๊ฐ์ด๋ฒ์, ์๋์ ์ผ๋ก ๋์ ์ถ๋ ฅ๋น ๋ฐ ํธ์ฌํจ๊ณผ, ๋จ๋ถํ์ ๊ตฌ์๋ ๋ฑ ๋ค์ํ ์์ธ์ด ๋ณตํฉ์ ์ผ๋ก ๋ณํ๋์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค. ๋ค๋ง ์ค์ฌ๊ฐ๋ ฅ
๋ฐ ํธ์ฌ๊ฐ๋ ฅ ๋ชจ๋, ์ถ๋ณํ์ ๊ด์ ์์ ํด์์ ์คํ๊ณผ ์ ์ฌํ ์ด๋ ฅ์ ๋ณด์ด๋ฉด์๋ ์ ๋์ ์ผ๋ก๋ ๋ณด์์ ์ธ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ณด์๋ค. ์ฌํ๊ฐ์ด์คํ์ ๊ฒฝ์ ์ , ์๊ฐ์ ๋น์ฉ๊ณผ
์ด-์๋ ฅํด์ ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ค์ฐจ์ ๋๋ฅผ ๊ณ ๋ คํ๋ฉด ์ ์๋ ์์นํด์ ๊ธฐ๋ฒ์ด ๋ค์ํ ์ค๊ณ๋ณ์ ๋ฐ ํ์ฌ ์๋๋ฆฌ์ค๋ฅผ ๊ณ ๋ คํด์ผ ํ๋ ๋ดํ์ค๊ณ์ ๋ชฉ์ ์ ๋ถํฉํ๋ค๊ณ ํ๋จ๋๋ค.
์ฐธ๊ณ ๋ก ํธ์ฌ๊ฐ๋ ฅ ๊ธฐ๋ฅ์ ๊ฒฝ์ฐ, ๋จ๋ถ ๊ตฌ์์กฐ๊ฑด์ด ๊ณ ์ ๋จ(III-8, 9)์ผ ๋๋ณด๋ค ํ์ ๋จ(III-14)์ผ ๋ ๋ ๊ธ๊ฒฉํ ์์ถ ์์์ ๋ณด์์ผ๋ฉฐ, ๋จ๋ถํ์ ๊ตฌ์๋์
์ฆ๊ฐ์ ๋ฐ๋ผ ๋ดํ์ฑ๋ฅ์ด ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์๋ค. ๋ค๋ง, ํด์์ III-10(์์ ํ์ )์ ๋นํด III-7(๋ถ๋ถ๊ตฌ์)์ ๋ดํ์ฑ๋ฅ์๊ฐ์ด ๋ ๋ฎ์ ์ด์ ๋
์๋์ ์ผ๋ก ๋จ๋ถํ์ ๊ตฌ์๋์ ๋นํด ์ด ์ถํ์ค(์ค์ฌํ์ค+ํธ์ฌํ์ค)์ ์ํฅ์ด ๋ ํฌ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค.
Fig. 11์ ์ค์ฌ๊ฐ๋ ฅํ ๊ฒฝ์ฐ(I-7) ๊ฐ์ด์๊ฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ๊ธฐ๋ฅ ๋ด ์๋ ฅ ๋ถํฌ๋ฅผ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ค. ์ถ๋ ฅ์ ์ฌํํ๊ณ ๊ฐ์ด ์ ์๋ ๋น๊ต์ ๊ธฐ๋ฅ ์ ๋จ๋ฉด์ ์๋ ฅ์ด ๊ณ ๋ฅด๊ฒ
๋ถํฌ๋ ๋ฐ๋ฉด, ๊ฐ์ด ์ด๊ธฐ์๋ ์ฌ๋ถ์ ๋นํด ํก์ฒ ๊ทผ ์ธ๋ถ์ ํผ๋ณต ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๋ถ๊ฐ ์ดํฝ์ฐฝ์ผ๋ก ์ธํด ์๋์ ์ผ๋ก ๋ ํฐ ์๋ ฅ์ ๋ฐ๋๋ค๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฌ๋ ๊ฐ์ด์๊ฐ์ด ๊ธธ์ด์ง์ ๋ฐ๋ผ ๊ณ ์จ์์์ ํผ๋ณต ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๋ฐ ์ฃผ์ฒ ๊ทผ์ ์ฌ๋ฃ๋ฌผ์ฑ ์ ํ๋ก ์ธํด, ์ต์ข
์ ์ผ๋ก๋ ์ฌ๋ถ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๊ฐ ๋๋ถ๋ถ์ ํ์ค์ ๋ถ๋ดํ๋
๊ฒ์ ํ์ธํ ์ ์๋ค.
Fig. 12๋ ์คํ์ข
๋ฃ ์์ ์์ ํธ์ฌ๊ฐ๋ ฅํ III-9 ๋ฐ III-14์ ๋นํ์ฑ ๋ณํ๋ฅ ๋ถํฌ๋ฅผ ๋ํ๋ธ ๊ฒ์ด๋ค. ํธ์ฌ๊ฐ๋ ฅํ ๊ธฐ๋ฅ ๋ํ ๊ฐ์ด์๊ฐ์ด ๊ธธ์ด์ง์ ๋ฐ๋ผ ํผ๋ณต
์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๋ฐ ์ฃผ์ฒ ๊ทผ์ ์ฌ๋ฃ๋ฌผ์ฑ ์ ํ๋ก ์ธํด ์ฌ๋ถ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๋ก ํ์ค์ด ์ ์ด๋๋ ์์์ ๋ณด์์ผ๋ฉฐ, ์ข
๊ตญ์ ์ผ๋ก๋ ์ด์๋ ฅ๊ณผ ๋๋ถ์ด 2์ฐจ ํจ๊ณผ๋ก ์ธํ ๊ธฐ๊ณ์
์๋ ฅ์ด ๋ณตํฉ์ ์ผ๋ก ์์ฉํ์ฌ ํ๊ดด์ ๋๋ฌํ์๋ค. ์ฐธ๊ณ ๋ก ํต์์ ์ธ ํจํ๊ดด์ ์์๋ณด๋ค ์์ถ์ธก ํผํด๊ฐ ์๋นํจ์ด ํ์ธ๋์๋๋ฐ(Fig. 12), ์ด๋ ์์ถ์ธก์์๋ ์ด์๋ ฅ(์ดํ์ค์ ์ํด ๊ธฐ๋ฅ์ ํฝ์ฐฝํ๋ ค๊ณ ํ๋ ์๋จ๋ถ๊ฐ ๊ตฌ์๋์ด ์์ด ์์ถ์๋ ฅ์ ๋ฐ์)๊ณผ ๊ธฐ๊ณ์ ์๋ ฅ(ํจ์์ถ์๋ ฅ)์ด ์ค์ฒฉ๋๊ธฐ
๋๋ฌธ์ด๋ค. ์ด๋ฌํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ Kodur and Banerji (2021)์ ํด์์ฐ๊ตฌ์์๋ ํ์ธํ ์ ์๋ค.
Fig. 11 Stress distribution at various exposure time
Fig. 12 Plastic strain (PEMAG) distribution at the end of the test
4.3 ๋ดํ์ฑ๋ฅ์๊ฐ
ํํ ใ๊ฑด์ถ๋ถ์ฌ์ ๋ดํ์ฑ๋ฅ์ํ๊ธฐ์ค(KS F 2257-1)ใ์ ๋ฐ๋ฅด๋ฉด, ๋ดํ์ฑ๋ฅ์๊ฐ์ ๋ถ์ฌ์ ํ์ค์ง์ง๋ ฅ์ผ๋ก ํ๊ฐํ๋ฉฐ, ์์ถ๋($L$/100 mm) ๋ฐ
๋ณํ๋ฅ (3$L$/1,000 mm/min)๋ก ์ ์๋๋ค. ๋ค๋ง, ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ Lie and Woollerton (1988)์ ์ ์์ ๋์ผํ๊ฒ ๊ธฐ๋ฅ ์ถ๋ณํ ๋ณํ์จ์ด 76 mm/min์ ์ด๊ณผํ ์์ ์ ๋ดํ์ฑ๋ฅ์๊ฐ์ผ๋ก ํ์ ํ์์ผ๋ฉฐ, ์กฐ๊ธฐ์ข
๋ฃ๋ ์คํ์ฒด์ ๋ํด์๋ ์คํ์ข
๋ฃ์์ ์
๋ดํ์ฑ๋ฅ์๊ฐ์ผ๋ก ๊ฐ์ ํ์๋ค. Table 3์ ํด์๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋น๊ตํ ๊ฒ์ด๋ค. ํํ ๊ธฐ์ค๊ณผ ๋น๊ต๋ฅผ ์ํ์ฌ, Eurocode 2(CEN 2004)์ ๋ฐ๋ฅธ ๋ดํ์ฑ๋ฅ์๊ฐ๋ ํจ๊ป ๋ํ๋ด์๋ค. ํ์ ๋ํ๋ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด, ํธ์ฌ๋ฅ ๋ฐ ์ถ๋ ฅ๋น ๋ฑ์ ๋ฐ๋ผ ๋ค์ ์ฐจ์ด๊ฐ ์์ง๋ง, ์ ์ฒด์ ์ผ๋ก ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋ํ ํด์์
๋น์จ์ ํ๊ท ์ด 0.99์ด๊ณ ํ์คํธ์ฐจ๋ 0.11 ์์ค์ด์๋ค. ํด์/์คํ์ ๋น๊ฐ 1.0์ ๋๋ ๋น์์ ์ธก์ ํด์๊ฒฐ๊ณผ๊ฐ ์ผ๋ถ ์์ง๋ง, III-10์ ๊ฒฝ์ฐ์๋
ํด๋น ์คํ์ด ์กฐ๊ธฐ ์ข
๋ฃ๋์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ฉฐ, I-4, I-7, I-8์ ๊ฒฝ์ฐ์๋ ๋ดํ์ฑ๋ฅ์๊ฐ์ด ์ ์๋ ์์ ์ ๋ฐ๋ฅธ ์ฐจ์ด์ผ ๋ฟ Fig. 9์์ ํ์ธํ ์ ์๋ฏ์ด ํด์๊ฒฐ๊ณผ๊ฐ ๋ ๋ณด์์ ์ด์๋ค. ํํธ, ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋ํ Eurocode 2์ ๋น์จ์ ํ๊ท ์ด 0.71์ด๊ณ ํ์คํธ์ฐจ๋ 0.08 ์์ค์ด์์ผ๋ฉฐ,
ํนํ ํธ์ฌํ์ค ๋ฐ ๋จ๋ถํ์ ๊ตฌ์๋๊ฐ ์๋ ๊ฒฝ์ฐ ์ค์ฐจ๊ฐ ์ปค์ ธ ๋งค์ฐ ๋ณด์์ ์ธ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ณด์๋ค. ์ด๋ฌํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ ์ ์๋ ์ ํ์์ํด์ ๋ชจ๋ธ๋ง ๊ธฐ๋ฒ์ด ํํ ๊ธฐ์ค๋ณด๋ค
๋ ์ ํํ ์์ธก์น๋ฅผ ์ ๊ณตํ ์ ์๊ณ , ์ด์ ๋ฐ๋ผ RC ๊ธฐ๋ฅ์ ๋ดํ์ค๊ณ ์ ์ถฉ๋ถํ ํ์ฉ๋ ์ ์์์ ๋ํ๋ธ๋ค.
Table 3 Comparison of fire resistance ratings obtained from test and analysis
Loading
type
|
Specimen
|
Fire resistance ratings [mins]
|
$t_{test}$
|
$t_{analysis}$ ($t_{analysis}/t_{test}$)
|
$t_{EC2}$
($t_{EC2}/t_{test}$)
|
Concentric
|
I-2
|
165
|
160 (0.97)
|
133 (0.81)
|
I-3
|
218
|
210 (0.96)
|
161 (0.74)
|
I-4
|
220
|
240 (1.09)
|
167 (0.76)
|
I-7
|
208
|
211 (1.01)
|
146 (0.70)
|
I-8
|
146
|
150 (1.02)
|
111 (0.76)
|
Eccentric
|
III-7
|
170
|
136 (0.8)
|
122 (0.72)
|
III-8
|
225
|
210 (0.93)
|
123 (0.55)
|
III-9
|
225
|
224 (0.99)
|
129 (0.57)
|
III-10
|
167
|
206 (1.23)
|
123 (0.74)
|
III-14
|
183
|
173 (0.94)
|
130 (0.71)
|
5. ๊ฒฐ ๋ก
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๋ค์ํ ์ค๊ณ์กฐ๊ฑด์ ๊ฐ์ง RC ๊ธฐ๋ฅ์ ๋ดํ์ฑ๋ฅ์ ์์ธกํ๊ธฐ ์ํ์ฌ, 3์ฐจ์ ์ ํ์์ํด์ ๋ชจ๋ธ๋ง ๊ธฐ๋ฒ์ ๊ฐ๋ฐํ์๋ค. ๊ฒ์ฆ์ ์ํ์ฌ ์ค์ฌ/ํธ์ฌ
์ฌํ๊ฐ์ด์คํ์ฒด์ ์ ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, ๊ฐ์ด์๊ฐ์ ๋ฐ๋ฅธ ์จ๋ ๋ถํฌ, ์ถ๋ฐฉํฅ ๋ณํ, ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ๋ดํ์ฑ๋ฅ์๊ฐ ๋ฑ์ ๊ด์ ์์ ๋น๊ตํ์๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์ ๊ฒฐ๋ก ์ ์์ฝํ๋ฉด
๋ค์๊ณผ ๊ฐ๋ค.
1) ํํ ์ค๊ณ๊ธฐ์ค์์ ์ฃผ๋ก ๊ณ ๋ คํ๊ณ ์๋ ๋ถ์ฌ์น์ ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ, ์ถ๋ ฅ๋น, ํธ์ฌํ์ค ๋ฐ ๋จ๋ถํ์ ๊ตฌ์๋ ๋ฑ๋ RC ๊ธฐ๋ฅ์ ํ์ฌ ์ ๊ฑฐ๋์ ์ค๋ํ ์ํฅ์
๋ฏธ์น๋ฏ๋ก, ์ ํ์์ํด์ ๋ชจ๋ธ๋ง ๊ธฐ๋ฒ ๊ฐ๋ฐ ์ ๊ณ ๋ คํ์๋ค.
2) Abaqus๋ฅผ ์ด์ฉํ ์์ ์ฐ๊ณ ์ด-์๋ ฅ ํด์ ๋ฐฉ์์ผ๋ก ๋ชจ๋ธ๋ง ๊ธฐ๋ฒ์ ๊ฐ๋ฐํ์์ผ๋ฉฐ, ์ค์ฌ ๋ฐ ํธ์ฌ ์ฌํ๊ฐ์ด์คํ์ฒด 10๊ฐ์ ๋ํด ๊ฒ์ฆ์ ์ํํ์๋ค.
์๋์ ์ผ๋ก ๋์ ์ถ๋ ฅ๋น, ํธ์ฌํจ๊ณผ, ๋จ๋ถํ์ ๊ตฌ์๋ ๋ฑ์ผ๋ก ์ธํด ๋ค์ ์ฐจ์ด๊ฐ ์์์ง๋ง, ์ ์ฒด์ ์ผ๋ก ํด์์ ๋ณด์์ ์ธ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๋ณด์๋ค.
3) ๋จ๋ฉด๋ด ์จ๋ ๋ถํฌ์ ๊ฒฝ์ฐ, ์ ์ฒด์ ์ผ๋ก ํด์๊ฒฐ๊ณผ๋ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ ์ฌํ ์จ๋ ๋ถํฌ ๋ฐ ๋ณํ๋ฅผ ๋ณด์๋ค. ๋ค๋ง ์จ๋์ ํฌ๊ธฐ๋ ํด์์ด ๋ค์ ๋๊ฒ ํ๊ฐํ์๋ค.
์ฌ๋ฃ ๋ชจ๋ธ๋ง ๋ฐ ๊ฐ์ด๋ฒ์ ๊ฐ์ ๋ฑ๊ณผ ๋๋ถ์ด, ์คํ ์ ์๋ถ๋งํํ์์ผ๋ก ์ธํด ์ฐจ์ด๊ฐ ๋ฐ์ํ ๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
4) ๊ธฐ๋ฅ์ ์ถ๋ฐฉํฅ ๋ณํ์ ๊ฒฝ์ฐ, ๊ธฐ๋ฅ ๊ธธ์ด์ ํฝ์ฐฝ๋ ๋ฐ ์์ถ์์ ์ ๊ด์ ์์ ํด์์ด ๋ณด์์ ์ผ๋ก ํ๊ฐํ๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์๋ค. ๋์ ์ถ๋ ฅ๋น, ํธ์ฌํจ๊ณผ ๋ฐ
๋จ๋ถํ์ ๊ตฌ์๋ ๋ฑ ๋ค์ํ ์์ธ์ด ๋ณํ๋์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๊ฒ์ผ๋ก ํ๋จ๋๋ค.
5) ๋ดํ์ฑ๋ฅ์๊ฐ(๊ธฐ๋ฅ ์ถ๋ณํ ๋ณํ์จ์ด 76 mm/min์ ์ด๊ณผํ ์์ )์ ๊ฒฝ์ฐ, ์คํ์ ๋ํ ํด์์ ๋น์จ์ ํ๊ท ์ด 0.99์ด๊ณ ํ์คํธ์ฐจ๋ 0.11
์์ค์ด์๋ค. ์ด๋ฌํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ ์ ์๋ ์ ํ์์ํด์ ๋ชจ๋ธ๋ง ๊ธฐ๋ฒ์ด RC ๊ธฐ๋ฅ์ ๋ดํ์ค๊ณ์ ์ถฉ๋ถํ ํ์ฉ๋ ์ ์์์ ๋ํ๋ธ๋ค.
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ๊ธฐ๋ฐ์ผ๋ก ์ถํ ๋ค์ํ ์กฐ๊ฑด์ ๊ดํด ๋ณ์์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ์ํํ ์์ ์ด๋ฉฐ, ์ด๋ฅผ ํตํด ์ค๊ณ๊ธฐ์ค์ ๊ฐ์ ๋ฐ ์ฑ๋ฅ๊ธฐ๋ฐ ๋ดํ๊ตฌ์กฐ์ค๊ณ์ ํ์ฉํ๊ณ ์ ํ๋ค.
๊ฐ์ฌ์ ๊ธ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ ์ ๋ถ(๊ณผํ๊ธฐ์ ์ ๋ณดํต์ ๋ถ)์ ์ฌ์์ผ๋ก ํ๊ตญ์ฐ๊ตฌ์ฌ๋จ์ ์ง์์ ๋ฐ์ ์ํ๋ ์ฐ๊ตฌ์(No. NRF-2022R1A4A3026883, RS-2024-00455020).
References
ABAQUS (2021) ABAQUS Analysis Userโs Guide. RI, USA: DS SIMULIA Corp.
Ahn, J. K. (2019) Fire-Resistant Structure Design Tech Trends. Korea: CODIL (COnstruction
Technology DIgital Library). https://www.codil.or.kr/viewDtlTchDevNews.do?pMetaCode=inf20191230008
Accessed 08 March 2024. (In Korean)
Ali, F., Nadjai, A., and Choi, S. (2010) Numerical and Experimental Investigation
of the Behavior of High Strength Concrete Columns in Fire. Engineering Structures
32, 1236-1243.
ASCE (2023) Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Sturctures
(ASCE/SEI 7-22). Reston, VA; American Society of Civil Engineers (ASCE).
Buch, S. H., and Sharma, U. K. (2017) Fire Resistance of Reinforced Concrete Columns:
A System-Atic Review. In Proceedings of the International Conference of Applications
of Structura Lfire Engineering (ASFE 2017), Manchester 7โ8 September 2017. Manchester:
Manchester University. 141-150.
Buch, S. H., and Sharma, U. K. (2019) Fire Resistance of Eccentrically Loaded Reinforced
Concrete Columns. Fire Technology 55, 1517-1552.
CEB (1993) CEB-FIP Model Code 1990: Design Code. Lausanne, Switzerland; International
Federation for Structural Concrete (fib), Comite Euro-International du Beton (CEB).
CEN (2004) Eurocode 2: Design of Concrete Structures - Part 1-1: General Rules and
Rules for Buildings (EN. 1992-1-1: 2004). London, UK; European Committee for Standardization
(CEN), British Standards Institute (BSI).
CEN (2005) Eurocode 3: Design of Steel Structures - Part 1-2: General Rules - Structural
Fire Design (EN. 1993-1-2: 2005). London, UK; European Committee for Standardization
(CEN), British Standards Institute (BSI).
Chinthapalli, H. K., and Agarwal, A. (2020) Effect of Confining Reinforcement on Fire
Behavior of Reinforced Concrete Columns: Experimental and Numerical Study. Journal
of Structural Engineering 146(6), 04020084.
Dotreppe, J. C., Franssen, J.-M., Bruls, A., Baus, R., Vandevelde, P., van Nieuwenburg,
R. M., and Lambotte, H. (1997) Experimental Research on the Determination of the Main
Parameters Affecting the Behaviour of Reinforced Concrete Columns Under Fire Conditions.
Magazine of Concrete Research 49(179), 117-127.
Ghannam, M. (2019) Proposed Models for Concrete Thermal Expansion with Different Aggregate
Types and Saturation Conditions. SN Applied Sciences 1, 425.
Harmathy, T. Z. (1965) Effect of Moisture on the Fire Endurance of Building Elements.
ASTM Special Technical Publication 385, 74-95.
Kang, S.-M., and Kim, J.-K. (2023) Fire Resistance Evaluation of Fabricated Slim Floor
Beams with an Air Layer Applied with Low-E Film according to Load Ratio. Journal of
the Korea Concrete Institute 35(5), 515-522. (In Korean)
KCI (2022) Design Standard of Reinforced Concrete (KDS 14 20 00). Sejong, Korea: Ministry
of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT), Korea Concrete Institute (KCI). 18.
(In Korean)
Khoury, G. A. (2000) Effect of Fire on Concrete and Concrete Structures. Progress
in Structural Engineering and Materials 2(4), 429-447.
Kodur, V. (2014) Properties of Concrete at Elevated Temperatures. International Scholarly
Research Notices 2014.
Kodur, V. K. R., and Phan, L. (2007) Critical Factors Governing the Fire Performance
of High Strength Concrete Systems. Fire Safety Journal 42, 482-488.
Kodur, V. K. R., and Sultan, M. A. (1998) Structural Behaviour of High Strength Concrete
Columns Exposed to Fire. International Symposium on High Performance and Reactive
Powder Concrete, 217-232.
Kodur, V., and Banerji, S. (2021) Modeling the Fire-Induced Spalling in Concrete Structures
Incorporating Hydro-Thermo- Mechanical Stresses. Cement and Concrete Composites 117,
103902.
Kodur, V., and Raut, N. (2012) A Simplified Approach for Predicting Fire Resistance
of Reinforced Concrete Columns Under Biaxial Bending. Engineering Structures 41, 428-443.
LaMalva, K. J. (2018) ASCE Manuals and Reports on Engineering Practice No. 138 - Structural
Fire Engineering. USA: ASCE.
Lee, J.-H., and Kim, H.-S. (2023) P-M Interaction Diagram of Slender Concrete-Filled
Steel Tube Columns Subjected to Asymmetric Fire Using Finite Element Analysis. Journal
of the Korea Concrete Institute 35(3), 277-284. (In Korean)
Lie, T. T. (1989) Fire Resistance of Reinforced Concrete Columns: A Parametric Study.
Journal of Fire Protection Engineering 1(4), 121-129.
Lie, T. T., and Lin, T. D. (1986) Influence of Restraint on Fire Performance of Reinforced
Concrete Columns. Fire Safety Science 1, 291-300.
Lie, T. T., and Woollerton, J. L. (1988) Fire Resistance of Reinforced Concrete Columns:
Test Results. Canada: National Research Council Canada, Institute for Research in
Construction.
Mahmoud, K. A. (2021) Lateral Deformation Behavior of Eccentrically Loaded Slender
Rc Columns with Different Levels of Rotational End Restraint at Elevated Temperatures.
Journal of Structural Fire Engineering 12(1), 35-64.
Raut, N., and Kodur, V. (2011) Response of Reinforced Concrete Columns under Fire-Induced
Biaxial Bending. ACI Structural Journal 108(5), 610-619.
Shin, Y.-S., Park, J.-E., Mun, J.-Y., and Kim, H.-S. (2011) Experimental Studies on
the Effect of Various Design Parameters on Thermal Behaviors of Hign Strength Concrete
Columns under High Temperatures. Journal of the Korea Concrete Institute 23(3), 377-384.
(In Korean)
Sรผmer, Y., and Aktaล, M. (2015) Defining Parameters for Concrete Damage Plasticity
Model. Challenge Journal of Structural Mechanics 1(3), 149-155.
Tan, K.-H., and Nguyen, T.-T. (2013) Structural Responses of Reinforced Concrete Columns
Subjected to Uniaxial Bending and Restraint at Elevated Temperatures. Fire Safety
Journal 60, 1-13.
Truong, G. T., Baek, S.-W., Im, H., and Kim, C.-S. (2024) Fire Resistance of Axially
Loaded Semi-Precast Composite Columns. Structures 59, 105697.
Wang, Y., Burgess, I., Wald, F., and Gillie, M. (2012) Performance- Based Fire Engineering
of Structures. Boca Raton, USA: CRC Press.
Wittasek, N. B. (2022) The Need for Fire Safety Performance- Based Design in an Increasingly
Prescriptive Environment. In: Forensic Engineering 2022. USA: ASCE, 74-86.
Wu, B., Hong, Z., Tang, G.-h., and Wang, C. (2007) Fire Resistance of Reinforced Concrete
Columns with Square Cross Section. Advances in Structural Engineering 10(4), 353-369.