내부강관 형상에 따른 구형단면 내부구속 중공 철근 콘크리트 기둥의 비선형 거동 분석

Abstract

최근 초고층 빌딩, 장대교량 교각, 풍력타워 등과 같이 기존 구조물의 대형화가 계속 진행 중이며, 이를 지지하기 위한 새로운 형태의 고강도 구조물이 요구되고 있다. 이에 중공 RC의 내부에 강관을 삽입하는 내부구속 중공 철근콘크리트(ICH RC: Internally Confined Hollow Reinforced Concrete)구조가 제안되었다. ICH RC 구조는 내부 강관과 콘크리트부를 둘러싸고 있는 횡철근에 의해 심부의 콘크리트부가 3축 구속 상태가 되어 일반 중공 RC 기둥과 같은 2축 구속 상태의 구조에 비해 강도가 증진되는 구조이다. 이러한 ICH RC 구조에 대하여 원형 단면의 ICH RC 기둥에 대한 연구는 진행되었으나, 아직 구형단면 ICH RC 기둥에 대한 연구는 진행되지 않았다. 이에 본 연구에서는 구형단면 ICH RC 기둥의 비선형 거동분석을 하고자 하였으며, 내부 강관의 단면을 외부단면형상과 같이 정사각 강관을 사용하는 경우(정사각-정사각 중공 단면 ICH RC)와 정사각형의 외부단면과는 달리 원형 강관을 삽입하는 경우(정사각-원형 중공 단면 ICH RC)에 대하여 각각을 해석하고 서로 비교하였다. 구형단면 ICH RC 기둥해석에 사용되는 재료모델은 앞서 개발된 콘크리트 재료비선형 모델과 기둥 내부 강관과 철근에 사용되는 강재의 재료 비선형성을 고려한 재료비선형 모델을 사용하였다. 전체 기둥에 대한 해석은 내부강관 단면의 형상 변화에 따른 축력-모멘트 상관관계 및 횡력-횡변위관계의 해석을 통해 수행되었으며, 각각의 결과를 비교 분석하였다. 정사각-정사각 중공 단면의 경우 정사각-원형 중공 단면 ICH RC 기둥에 비해 콘크리트부의 단면적은 작고, 내부 강관의 단면적이 더 크다. 이로 인하여 기둥의 횡력이 최대일 때를 기준으로y Confined Hollow Reinforced Concrete)구조가 제안되었다. ICH RC 구조는 내부 강관과 콘크리트부를 둘러싸고 있는 횡철근에 의해 심부의 콘크리트부가 3축 구속 상태가 되어 일반 중공 RC 기둥과 같은 2축 구속 상태의 구조에 비해 강도가 증진되는 구조이다. 이러한 ICH RC 구조에 대하여 원형 단면의 ICH RC 기둥에 대한 연구는 진행되었으나, 아직 구형단면 ICH RC 기둥에 대한 연구는 진행되지 않았다. 이에 본 연구에서는 구형단면 ICH RC 기둥의 비선형 거동분석을 하고자 하였으며, 내부 강관의 단면을 외부단면형상과 같이 정사각 강관을 사용하는 경우(정사각-정사각 중공 단면 ICH RC)와 정사각형의 외부단면과는 달리 원형 강관을 삽입하는 경우(정사각-원형 중공 단면 ICH RC)에 대하여 각각을 해석하고 서로 비교하였다. 구형단면 ICH RC 기둥해석에 사용되는 재료모델은 앞서 개발된 콘크리트 재료비선형 모델과 기둥 내부 강관과 철근에 사용되는 강재의 재료 비선형성을 고려한 재료비선형 모델을 사용하였다. 전체 기둥에 대한 해석은 내부강관 단면의 형상 변화에 따른 축력-모멘트 상관관계 및 횡력-횡변위관계의 해석을 통해 수행되었으며, 각각의 결과를 비교 분석하였다. 정사각-정사각 중공 단면의 경우 정사각-원형 중공 단면 ICH RC 기둥에 비해 콘크리트부의 단면적은 작고, 내부 강관의 단면적이 더 크다. 이로 인하여 기둥의 횡력이 최대일 때를 기준으로