콘크리트 충전강관은 국부좌굴을 방지하고 내화성이 향상되기 때문에 건설현장에서 많이 적용되며 휨성능을 향상시 키기 위해 강관 내부에 철근을 보강하여 사용한다. 그러나 철근은 부식되며 내구성이 저하되기 때문에 이를 대신할 소재에 대 한 연구가 진행되고 있다. 탄소섬유보강근은 철근에 비해 경량이며 고강도와 내부식성이 우수하다는 이점이 있다. 그러나 임계 온도가 250℃로 철근의 임계온도인 538℃에 비해 현저히 낮기 때문에 내화피복이 필요하다. 따라서 열전달해석을 통해 탄소섬 유보강근을 사용하였을 때 온도분포를 확인하고 P-M상관도를 도출하여 적용 가능여부를 확인하고자 한다. 해석결과 내화성능을 확보하기 위해 콘크리트 피복두께 40mm, 뿜칠내화피복재 30mm를 적용하거나 콘크리트 피복두께 60mm, 뿜칠내화피복재 20mm 를 적용하면 3시간 내화성능을 만족하는 것으로 평가되었다.

최근 세장한 구조의 장경간 아치교의 시공 및 설계가 증가하고 있는 추세로서 아치부재에 적용되는 강재를 경량화시킬 수 있는 콘크리트 충전강관 부재에 대한 수요가 증가하고 있다. 이는 장경간 아치교량의 구조적 특성상 압축력 지지에 유리한 콘크리트를 강재와 같이 이용함으로써 구조적 효율성을 증대시킬 수 있다. 본 연구에서는 콘크리트 충전강관을 사용한 아치교 설계에 적용되는 초기변수를 고려하여 하로아치교를 대상으로 강관 단면 내 콘크리트 충전길이, 트러스타입의 아치리브 높이, 강관 단면의 재료강성 변화 등의 영향을 유한요소해석을 통해 비교분석하였다. 이를 토대로 콘크리트 충전강관의 아치교 최적화 설계 방법을 제안하고 콘크리트 충전강관의 아치교 적용성을 확보할 수 있도록 경제성 분석을 수행하였다. 분석결과 콘크리트 충전강관 아치리브단면 적용 시 기존 아치리브에 비해 하로아치교의 경우 22.0%의 강재절감이 가능하며 콘크리트 충전에 따른 비용증가는 발생하나 전체 공사비의 경우 18% 절감되어 경제적으로 효과를 보였다.

Concrete using recycled aggregate instead of natural aggregate reduces environmental waste and is a future oriented material. However, use of the structure is limited to negative recognition of recycled aggregate quality. In this study, 50 MPa concrete was developed using recycled aggregate. In order to verify the possibility of using as a column member, we aimed to confirm the compressive behavior of RCFT (Recycled Concrete Filled Tube) columns filled with concrete using recycled aggregate. Circular type steel pipe was used, and concrete strength (30, 40, 50MPa) and mixing ratio were the experimental parameters. Through 72 specimen compression tests, 50MPa strength of recycled aggregate concrete was confirmed and stable behavior of 9 RCFT columns was confirmed.

콘크리트충전강관(Concrete Filled Steel Tube, CFST) 기둥 설계 시, 강관의 국부좌굴을 방지하기 위하여 강관두께 t에 대한 기둥외경 D의 크기를 제한하고 있다. 각각의 설계시방서에서 각기 다른 최대 D/t 값을 제안하고 있으며, 강재의 항복응력 fy, 또는 fy와 강재의 탄성계수 E의 식으로 표현된다. fy와 E의 불확실성을 고려할 경우, 최대 D/t 계산식을 포함한 한계 상태함수(limit state function)를 구성하여 CFST 단면의 국부좌굴에 대한 신뢰성지수(reliability index) β를 산정할 수 있다. 결정된 β는 사용된 최대 D/t 계산식에 따라 달라질 것이다. 이러한 신뢰성해석(reliability analysis) 결과의 가변성(variability)은 한계상태함수에 포함되는 전산모델 선택의 모호함(ambiguity)에서 기인한 것으로 모델링불확실성(modelling uncertainty)이라 한다. 모델링불확실성은 정보적불확실성(epistemic uncertainty)의 하나로 알려진 불명확성(non-specificity)으로 고려할 수 있으며, 불명확성은 가능성분포함수(possibility distribution function)를 사용하여 모델링할 수 있다. 본 연구에서는 다른 3개의 최대 D/t 계산식을 사용하여 주어진 CFST 단면의 국부좌굴에 대한 신뢰성해석을 수행하고 각각의 신뢰성지수를 계산할 것이다. 불명확한 신뢰성지수들은 가능성분포함수를 사용하여 모델링되고, 이로부터 확신정도(degree of confirmation)를 측정할 것이다. 확신정도는 신뢰성지수가 감소하면 증가한다. 결과적으로, 확신정도에 따라 재구성된 신뢰성지수들을 얻을 수 있으며, 허용 확신정도와 함께 CFST 단면의 국부좌굴에 대한 신뢰성지수의 결정이 가능하게 된다.

This study investigates the stress-strain relations of internally confined hollow concrete filled tube pier reinforced with GFRP tube by uniaxial compression test. The confined concrete subjected multi-axial stresses have been known as the strength of concrete increases significantly. Many researchers have studied in confining effects of CFT which have only outer GFRP tube. In this study, specimens reinforced with outer and inner GFRP tube were tested by uniaxial compression test. To investigate the influence of concrete strength increase by confining conditions in GFRP tube, 13 specimens with different thickness of tube, hollowness ratio and nominal concrete strength were tested and compared with Steel tube.

Concrete filled steel tube (CFT) columns have been widely used in moment resisting frame structures both in seismic zones. This paper discusses the design of such members based on the advanced methods introduced in the 2005 AISC Specification and the 2005 Seismic Provisions. This study focuses particularly on design following both linear and nonlinear methods utilizing equivalent static and dynamic loads for low-rise moment frames. The paper begins with an examination of the significance of pseudo-elastic design interaction equations and the plastic ductility demand ratios due to combined axial compressive force and bending moment in CFT members. Based on advanced computational simulations for a series of five-story composite moment frames, this paper then investigates both building performance and new techniques to evaluate building damage during a strong earthquake. It is shown that 2D equivalent static analyses can provide good design approximations to the force distributions in moment frames subjected to large inelastic lateral loads. Dynamic analyses utilizing strong ground motions generally produce higher strength ratios than those from equivalent static analyses, but on more localized basis. In addition, ductility ratios obtained from the nonlinear dynamic analysis are sufficient to detect which CFT columns undergo significant deformations.

콘크리트 포장의 다웰바는 교통하중을 줄눈 넘어 인접한 슬래브로 전달하는 하중전달장치이다. 현재 국내에서 사용되는 다웰바는 원형봉강으로 교통하중과 환경하중으로 인해 반복적으로 발생하는 전단응력과 휨응력에 대해 높은 내구성을 갖고 있다. 그러나, 강재 다웰바는 장기간 공용시 줄눈틈, 포장 하부 등으로 침투한 수분으로 인해 부식이 발생한다. 특히, 겨울철에 사용되는 제설용 염수와 접촉할 경우 부식은 급격히 진행된다. 다웰바에 부식이 발생하면 부피가 증가하여 줄눈의 거동을 방해하며 유효단면적의 감소로 하중전달효과가 떨어질 수 있다. 이와 함께 지속적인 원자재 가격의 상승으로 강재 다웰바의 가격 경쟁력이 크게 낮아지고 있다. 이러한 강재 다웰바의 문제점은 새로운 재료를 사용한 대체 다웰바의 개발로 이어지고 있다. 본 연구에서는 높은 인장강도, 높은 내부식성을 갖춘 FRP(fiber reinforced plastic)를 튜브 형태로 제작하고 그 속을 고강도 무수축 모르타르로 충진한 FRP 튜브 다웰바에 대한 역학적 두께 설계를 실시하였다. 역학적 두께 설계의 기준으로 다웰바와 콘크리트 면 사이에 발생하는 지압응력을 사용하였다. 지압응력의 산정을 위하여 다웰바에 전달되는 교통하중을 이론식과 유한요소해석을 통해 산출하고 실내시험을 통해 FRP 튜브 다웰바의 물성을 측정하였다. 그 결과, 직경 32mm, 40mm FRP 튜브 다웰바 모두 지압응력 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 국내 콘크리트 포장은 콘크리트 슬래브 하부에 강성이 큰 린 콘크리트층을 사용하기 때문에 다웰바에 전달되는 교통하중이 적고 이로 인해 지압응력도 낮아져 상대적으로 적은 직경의 FRP 튜브 다웰바의 사용이 가능한 것으로 판단된다.

While a wide ranges of previous researches on rapid construction of super structures are available, the studies on substructures are quite limited. The development of the precast segmental CFDST piers are briefly introduced herein and design formulas are presented for pier segment and Coping, Foundation joints. And present connect method for unit of Precast Bent Cap. The self-assembly Fabricated CFDST column is developed after the pros and cons are supplemented by the Experimental Study with the suggested connecting method.

The concrete filled steel tube (CFT) that shows an excellent performance can be more economically used when the steel tube has a large width-to-thickness ratio. However, national codes such as KBC or AISC limits the use of a plate with a large width-to-thickness ratio, resulting in exclusion of possibility of more effective use of CFT. The purpose of this study is to remove the limitations by applying the concept of effective area which can consider local buckling and post-buckling strength. As a starting point, the effective area concept used in pure hollow steel sections in the current codes are applied to composite CFT columns and the results indicates that the limitations can be successfully removed.

최근, 교량교각과 같은 기둥구조물의 사용성능을 향상시킴과 동시에 복잡한 도심지 내 효율적 공간활용을 위해 콘크리트 충전강관(CFT: concrete-filled steel tube)의 적용이 점차 증가하고 있다. 이러한 기둥구조물의 정확한 설계를 위해서는 재료 및 기하학적 특성에 따른 콘크리트 충전강관 기둥의 거동에 관한 실험적 연구가 요구된다. 이에 본 연구에서는 압축강도실험을 통하여 외경-두께비 (D/t) 및 강재-콘크리트 단면적비 (As/Ac)에 따른 콘크리트 충전강관 기둥의 극한강도 분포특성에 대해 명확히 파악하였다. 또한 콘크리트 배합강도에 따른 콘크리트 충전강관 기둥의 극한강도 분포특성을 실험을 통하여 명확히 파악하였다. 실험결과의 고찰을 통하여 압축하중을 받는 콘크리트 충전강관 기둥의 극한강도는 콘크리트 강도보다 강과의 단면특성에 주로 의존함을 알 수 있었다.

TR-CFT(Transversely Reinforced Concrete Filled Steel Tube) 기둥은 CFT 기둥의 국부좌굴부위를 탄소섬유쉬트로 보강을 하여 국부좌굴을 방지하거나 지연시키는 기둥부재이다. 본 연구에서는TR-CFT 기둥의 휨내력 산정을 위한 설계식을 제안하였다. CFT 기둥의 ACI 설계식은 강관내부에 발생하는 콘크리트의 구속효과를 고려하지 않아 저평가 되고 있다. 따라서 본 연구에서는 구속효과를 고려한 콘크리트의 응력-변형률 곡선를 이용하여 CFT 기둥과 TR-CFT 기둥의 휨내력 산정식을 제안했으며 해석에 의한 예측 값들은 실험값과 잘 일치함을 확인할 수 있었다.

CFT(Concrete Filled Steel Tube)기둥은 부재의 합성효과와 경제적인 측면 때문에 최근 고층건물 시공 시 널리 쓰이고 있다. 그러나 기존의 연구문헌을 살펴보면 CFT 기둥은 강관의 항복이후 강관의 일정지점에 국부좌굴이 생기는 단점을 지니고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 예상 국부좌굴부위를 탄소섬유쉬트로 보강하여 국부좌굴을 방지하거나 지연시키는 TR-CFT (Transversely Reinforced Concrete Filled Steel Tube) 기둥에 관한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 고강도 콘크리트를 사용한 TR-CFT기둥의 실험을 수행하였으며 휨내력에 대한 해석을 수행한 결과 실험값과 해석값이 잘 일치하였다. 또한 기존의 ACI 318 설계법은 강관내부에서 발생하는 콘크리트에 대한 구속효과를 고려하지 않아 저평가가 되어있음을 알 수 있었다.

교량의 교각과 같은 원형기둥구조물의 성능과 강도을 향상시키기 위해 최근 콘크리트 충전강관(CFT: concrete-filled steel tube)의 적용이 점차 증가하고 있다. 이러한 콘크리트 충전강관 구조물의 정확한 소성설계를 위해서는 사용된 재료인 강재 및 콘크리트의 대변형 거동을 구현할 수 있는 소성모델이 필요하다. 본 연구에서는 사용강재의 실험을 통하여 제안된 소성모델을 적용한 탄소성 대변형 해석을 개발하였으며 콘크리트 충전강관 기둥 해석과 실험 결과에 비교하여 그 정도 및 타당성을 검증하였다. 그리고 개발된 프로그램을 이용하여 콘크리트 충전강관 기둥의 초기처짐이 극한장도에 미치는 영향 및 상관관계를 명확히 파악하였다.

본 연구에서는 반복 횡하중을 받는 콘크리트충전 탄소섬유튜브기둥의 휨성능 평가실험을 수행하였다. 시험체의 단면형상은 각형과 원형이며 탄소삼유튜브의 두께 및 와인딩각도(winding angle)를 실험변수로 채택하였다. 모든 시험체는 건물의 한 층 높이와 유사한 높이를 갖는 full scale 크기로 제작되었으며 3대의 가력기(actuator)를 동시에 가동시켜 축하중과 횡하중을 가력하였다. 실험결과를 분석하여 기둥의 휨강도, 변형능력 및 에너지소산능력을 평가하였으며, 횡하중에 대한 기둥의 연성거동 또한 평가되었다.