변형률적합법 적용을 위한 각형 콘크리트 충전 강관기둥의 한계변형률

Abstract

본 연구에서는 연구방향 제시를 위한 선행연구로써, 2005/2010 AISC, ACI 318-08과 EC4 내 각형 CFT 기둥 설계조항 간의 부재강도 산정포맷, 단면구조성능, 구속효과. 재료강도 상한 및 강재비, 판-폭 두께비 제한 등을 간략히 요약하고 비교 분석하였다. 전반적으로 2010 AISC는 ACI 기준과의 충돌 완화를 위해 변형률적합법을 도입하는 등 최신 실험 및 연구 결과들을 반영하여 개정하였으며 CFT 기둥에서 세장비를 더욱 세분화하거나 내진 판-폭 두께비를 고연성과 중간연성 부재로 구분하는 등, 타 기준에 비해 발전된 형태의 방안을 제시하고 있다. 하지만 AISC와 EC4에서의 재료강도 상한치는 너무나 제한적이기때문에 현재 사용 가능한 고강도 재료실험 데이터베이스를 고려하여 완화할 필요가 있다. 본 연구를 통해 AISC, ACI, EC4에서 제시하는 각형 CFT 기둥의 P-M 조합강도 산정식은 다양한 설계조건에 대해 만족스러운 강도예측을 하지 못함을 확인하였다. 따라서 각형 CFT 기둥의 신뢰도 높은 P-M 조합강도 산정을 위하여 구속된 콘크리트의 응력-변형률 관계를 합리적으로 반영할 수 있는 실용적인 구성 방정식이 개발하기 시작하였다. 합성부재에서 변형률적합법이란 부재단면에 걸쳐 변형률이 선형적으로 분포하는 것으로 가정하여 단면에 분포되는 각 재료별 응력을 구한 후 단면의 강도를 산정하는 단면해석법의 하나이다. 정확한 응력-변형률관계만 주어지면 힘-변형관계, 변형의 적합조건 및 평형조건 등 구조역학의 정해에 요구되는 3대조건을 모두 만족시키기 때문에 정해에 가까운 결과가 얻어져야 한다. 그러나 ACI, AISC, EC4 등 각 기준을 살펴보면 콘크리트충전 각형강관기둥(rectangular concrete filled tube column, RCFT column)의 변형률적합법 적용을 위한 조항이 미흡하거나 불비하다. 결과적으로 이들 기준에서 권장하는 변형률적합법에 따라 축력-모멘트 조합강도를 산정하여 실험결과와 비교할 경우 상당한 오차를 보이는 경우가 종종 발생한다. 그 이유로서 콘크리트충전 각형강관기둥의 콘크리트 구성방정식, 즉 구속효과를 반영한 콘크리트의 압괴변형률 및 응력-변형률 관계를 기준에서 적절히 제시하지 못한 때문임이 지적 될 수가 있다. 본 연구에서는 기존에 수행된 방대한 실험결과를 분석하여 콘크리트충전 각형 강관기둥의 P-M 조합강도 예측에 활용될 수 있는 충전콘크리트의 구성방정식을 제시하고 그 타당성을 입증 하였다.