횡방향 판재에 의한 횡구속 효과 및 철근콘크리트 기둥에서 고강도철근의 사용성 검토

Abstract

콘크리트구조설계기준에서는 철근콘크리트 기둥에서 주철근의 설계기준항복강도를 550MPa이하로 규정하고 있다. 이는 철근콘크리트 기둥에 주철근으로 고강도철근(high-strength concrete)을 사용할 때 콘크리트가 압축강도에 도달하여도 주철근이 항복변형률에 도달하지 않아 고강도철근을 효율적으로 사용할 수 없기 때문이다. 철근 설계기준항복강도 제한의 문제점을 해결하기 위한 방법으로는 횡구속력(confinement effect)을 가해주는 방법과 콘크리트의 축압축 파괴변형률(peak strain)을 증진시켜 주는 방법이 있다. 한편, 횡방향 판재를 사용하여 철근콘크리트 기둥을 횡구속하면 나선철근보다 더욱 효율적인 횡구속 효과를 얻을 수 있다. 횡방향 판재로 사용 가능한 탄소섬유시트(carbon fiber sheet)는 강재보다 10배 이상 강한 강도와 내구성을 가지고 있으며, 매우 가볍고 유연성을 가진 시트 형태로 공급되기 때문에 복잡한 형상을 갖는 부재에 쉽게 적용할 수 있을 뿐만 아니라 가공이 쉬워 원하는 형태로 구조물을 보강할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이러한 특성을 이용하여 탄소섬유시트를 판 형태의 횡구속 재료로 사용할 경우 기존의 보강재에 비하여 더욱 효율적인 횡구속 효과를 나타낼 것이며, 이를 통하여 고강도철근의 사용 가능성을 확보할 수 있을 것이라 기대된다. 이 연구에서는 횡방향 판재로서 탄소섬유시트를 철근콘크리트 기둥에서 횡구속 효과를 위한 구조 재료로 사용하였을 경우 보강되지 않은 경우보다 증진된 압축강도 및 축압축 파괴변형률을 보였다. 또한 콘크리트 단면 형상이 원형에 가까울수록, 횡구속 형태가 원형에 가까울수록 횡구속 효과는 더욱 커졌으며, 횡방향 판재의 보강폭이 커질수록 중심 간격이 작아질수록, 보강량이 많아질수록 횡구속 효과는 더욱 커졌다. 최종적으로 실험 결과를 토대로 철근콘크리트 기둥에서 판 형태의 탄소섬유시트에 의한 횡구속 효과와 함께 고강도철근의 적용 가능성을 확인하였다.