2축 편심 축력을 받는 고강도 정사각형 RC 기둥의 성능 평가

Abstract

최근 건축구조물이 대형화하고 초고층화 되어감에 따라 고강도 콘크리트의 활용이 증가하고 있다. 고강도 콘크리트는 보통강도 콘크리트와 다른 재료적, 역학적 특징을 지니고 있으므로 설계 및 시공단계에서 그 특징을 정확히 파악하여 적용하여야 한다. 고강도 콘크리트는 높은 압축강도와 휨강성의 증대로 인하여 기둥과 같은 압축부재에 활용 시 그 효과가 가장 높은 것으로 판단되며, 대부분의 기둥은 축력과 함께 휨 모멘트를 받고 있다. 특히 모서리기둥이나 불규칙한 배열의 기둥은 축력과 함께 2축 휨하중을 받고 있다. 2축 편심 축력을 받는 철근콘크리트 기둥단면의 해석은 일반적으로 외력의 편심각도와 단면 내 중립축 각도가 서로 다르기 때문에 중립축의 위치를 결정하기 위하여 힘의 평형조건을 만족할 때까지 시행착오를 거쳐야 하는 번거로운 작업이 요구된다. 따라서 ACI 318-99설계기준에는 실용적이고 근사적인 방법으로서 기둥의 2축휨 하중을 등가의 1축휨 하중으로 치환하여 설계를 할 수 있도록 1축휨 강도와 2축휨 강도의 상관관계를 나타내는 β계수를 도표로서 제시하고 있다.(PCA Load Contour Method)1),2) 설계도표에서 제시하는 β계수는 콘크리트 압축강도 420kgf/cm2 이내에서는 주근의 항복강도, 철근지수 및 주근의 배열에 따라 크게 변화하고 콘크리트 압축강도의 효과는 매우 작은 것으로 평가하고 있다. 그러나 건설 현장에서 적용되고 있는 콘크리트의 강도가 이미 420kgf/cm2을 훨씬 초과하고 있는 상황에서 이 범위를 초과하는 고강도 콘크리트 기둥의 2축휨 설계 방안의 확보가 시급한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 강도 350, 585, 650 kgf/cm2를 변수로 하는 정사각형 기둥의 2축 편심 축하중 실험을 통하여 고강도 콘크리트 기둥의 2축휨 거동을 평가하고, 비선형 해석의 결과를 이용하여 등하중선(Load Contour)을 구성함으로써 ACI318-99에서 제시하는 설계계수와 비교 분석하고 나아가 향후 고강도 콘크리트 기둥의 2축휨 설계방안 정립을 위한 기초자료를 제시하고자 한다.