강판으로 보강된 원형철근 콘크리트교각의 내화성능 평가에 관한 해석적 연구 = Numerical Study on Fire Resistance Performance Evaluation of Circular Reinforced Concrete Piers Confined by Steel Jacket

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study quantitatively evaluates the fire resistance performance of circular reinforced concrete piers confined by steel plates in a fire situation. A finite element program, ABAQUS, was used to analyze the behavior of the piers by applying the standard fire curve of ISO 834-1. The analytical parameters included the ratios of the steel-cover thickness to the pier diameter and the axial force ratios. The pier’s upper and lower parts of the pier were used hinged-hinged boundary conditions, the bottom hinge was fixed, and the top hinge was connected to a vertically movable support. The entire outside of the pier was subjected to a heat load and an axial load without eccentricity.
The specific heat, thermal conductivity, and elastic modulus of concrete and steel were used to assess the pier’s fire resistance. The fire resistance time improved by up to 3 min under an axial force ratio of 0.7. Further, the thicker the steel plate, the better the load-carrying capacity. The use of steel plate reinforcement improved fire resistance. It was found that the thicker the steel plate, the larger the displacement and load-carrying capacity. This study shows improvements in the reinforced concrete piers in terms of fire resistance performance.

국문 초록 (Abstract)

교각의 내구성 증진 및 내진 보강을 위하여 원형철근 콘크리트 교각 외부에 강판을 보강한 경우, 교각 외부에서 발생하는 화재에 대해 보강된 교각의 내화성능을 정량적으로 평가하였다. 범용유한요소해석프로그램 ABAQUS를 이용하였으며ISO 834-1의 표준화재곡선을 적용하여 교각의 거동을 해석하였다. 해석 변수로는 강판보강두께와 원형교각 지름의 비, 교각에수직으로 작용하는 축력비를 적용하였다. 교각의 상부와 하부는 힌지-롤러 경계조건을 고려하여 상부는 수직으로 변위가 발생하도록 하였으며, 교각 외부 전체에 열하중을 가하였고 편심 없는 순수 축하중을 교각 중앙에 가력하였다. 온도에 따른 콘크리트, 철근 및 강재의 비열, 열전도율, 탄성계수 등을 고려하여 보강에 따른 교각의 내화 성능 향상도를 평가하였다.
강판으로 보강한 원형철근 콘크리트 교각은 콘크리트의 중심부일수록 강판 두께의 영향을 받지 않으며 강판 두께별 축력을 주었을 때 내화시간은 축력비 0.7에서 최대 약 3분 향상되었다. 또한, 보강두께가 두꺼울수록 내하력이 향상하며 60분 이후에 모두 내하력비가 1.0 이하로 감소하기 시작하는 것을 알 수 있었다. 강판보강공법은 내화성능을 향상시킬 수 있으며 강판 보강 두께와 보강 지름의 비가 클수록 화재에 대해 축방향에 대한 변위와 내하력이 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구결과를 토대로원형철근 콘크리트 교각의 외부 강판 보강을 통하여 교각의 내화 성능을 향상시킬 수 있음을 정량적으로 판단할 수 있었다.

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