모듈형 CFT부재를 이용한 개구제형 연속 강박스 거더의 프리스트레싱 도입 효과

이학준,김련학,조광일,안진희 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.26 No.3

The increasing sectional stiffness and inducing prestress method of continuous steel box girder using modular CFT members use the restoring force of the CFT module generated from removing the prestressing bars in the CFT module after integrating the prestressed CFT module with the lower steel plate of the steel box girders as a prestressing force. The integrated CFT module in the steel box girder can improve the sectional stiffness of the continuous steel box girder section. To examine the applicability of the introduction of prestressing to the integrated steel box girder using the CFT module, in this study, inducing prestressing tests were conducted using CFT modules for steel plate specimens simulating the lower steel plate of the continuous steel box girder, and FE analyses were conducted for inducing prestressing tests. In addition, to confirm the effect of inducing prestress to the actual steel box girder and increasing sectional stiffness by the CFT modules, FE analyses for the actually applicable continuous steel box section were carried out depending on prestressing force and sectional conditions of the CFT modules, FE analysis results were compared. 모듈형 CFT 부재를 이용한 연속 강박스 거더의 단면강성 증대 및 프리스트레싱 공법은 긴장재로 프리스트레싱된 CFT 모듈을 강박스 거더 하부플랜지와 일체화한 후 긴장재를 제거함으로써 발생하는 CFT 모듈의 복원력을 강박스 거더 하부플랜지의 프리스트레싱력으로 이용하고 일체화된 CFT 모듈이 강박스 거더의 단면 강성을 향상시킨다. 본 연구에서는 CFT 모듈을 이용하여 일체화된 강박스 거더에 대한 프리스트레싱 도입의 적용성을 검토하기 위하여 하부플랜지를 모사한 실험체를 대상으로 CFT 모듈을 이용하여 프리스트레싱 도입 실험을 실시하고 유한요소해석으로 도입 프리스트레스를 평가하였다. 또한 실제 강박스 거더에 대한 프리스트레스 도입과 CFT 모듈을 통한 단면강성 증대 효과를 확인하기 위하여 연속지점부에 적용 가능한 강박스 단면에 대하여 CFT 모듈에 도입된 프리스트레싱력 및 CFT 모듈의 단면제원에 따른 유한요소해석을 실시하고 이를 비교하였다.

CFT를 활용한 피암터널의 형식 제안 및 정적 성능평가

이주호(Lee, Juho),이형덕(Lee, Hyeoung-Deok),송종걸(Song, Jong-Keol),문지호(Moon, Jiho) 한국방재학회 2020 한국방재학회논문집 Vol.20 No.5

급경사지 및 비탈면 인근 도로에는 낙석이나 토사에 의한 피해를 저감하기 위하여 낙석방지시설을 설치할 필요가 있다. 국내에서 많이 사용되는 낙석방지 시설에는 낙석방지울타리와 피암터널이 있다. 피암터널은 대규모의 낙석(최대 3,000 kJ의 낙석에너지)이 발생할 수 있는 비탈면에 철근콘크리트 혹은 강재를 이용하여 터널형태로 구조물을 건설하여 낙석을 방지하는 시설이다. 본 연구에서는 콘크리트 충전강관(Concrete-Filled-Tube, CFT)을 사용한 피암터널의 형식을 제안하였다. 먼저, 강도와 연성이 우수한 CFT를 사용하여 3,000 kJ의 낙석에너지에 저항할 수 있는 CFT 피암터널을 제시하였다. 그 이후 제시된 CFT 피암터널에 대하여 3,000 kJ의 낙석에너지에 해당하는 등가 정적 하중을 산정하고 유한요소해석을 수행하여 제안된 CFT 피암터널의 성능을 평가하였다. Rockfall protection facilities are necessary to reduce damages from rockfall or debris flow on roads near steep cut slopes. In Korea, rockfall protection fences and rock sheds are widely utilized for rockfall protection facilities. The rock shed is made of reinforced concrete or steel in the shape of a tunnel, and it is used for protecting the road from massive rockfall (up to 3,000 kJ of rockfall energy). In this study, a new type of rock shed comprising a Concrete-Filled-Tube (CFT) was designed. First, the proposed CFT rock shed could resist up to 3,000 kJ rockfall energy. Next, the performance of the CFT was verified through static analysis in which the 3,000 kJ rockfall energy was considered as the equivalent static load.

단면형상 및 크기에 따른 콘크리트 충전강관(CFT) 기둥의 화재거동에 관한 실험적 연구

조범연,김흥열,권기석,양승조 한국화재소방학회 2017 한국화재소방학회논문지 Vol.31 No.2

In this study, fire resistance tests were conducted to evaluate the fire resistance performance of unprotected and non-weldedCFT columns in relation to the shape and size of cross-sections. Unprotected slot-type CFT columns which were □300 and □500 in dimensions resisted fire for 125 minutes and more than 180 minutes, respectively. Strain analysis showed thatslot-type CFT columns were more ductile than welded CFT columns. The temperatures of central parts measured when weldedCFT columns and slot-type CFT columns had lost fire resistance performance were higher in the former than the latter. Therefore, slot connection does not a great influence on the temperatures inside the concrete. 본 연구는 단면형태 및 단면크기에 따라 무피복 및 무용접 조건에서 CFT기둥의 내화성능을 평가하기 위하여 내화실험을 실시하였다. 실험결과, 슬롯형 CFT기둥(□500)은 무피복 조건에서 180분 이상의 내화성능을 발휘하였다. 슬롯형 CFT기둥(□300)은 무피복 조건에서 125분의 내화성능을 발휘하였고, 이때 변형률을 분석한 결과 슬롯형 CFT기둥이 용접형 CFT기둥에 비해 연성파괴를 하는 것으로 나타났다. 또한 용접형 CFT기둥이 내화성능을 상실한 시점에서 중심부 온도는 슬롯형 CFT기둥에 비해 높게 나타났다. 따라서 슬롯접합이 콘크리트 내부온도에 미치는 영향은크지 않은 것으로 판단된다.

CFT를 이용한 모듈러 교각 기둥-기초 연결부의 내진성능

김지영,김기도,마향욱,정철헌,Kim, Ji Young,Kim, Ki Doo,Ma, Hyang Wook,Chung, Chul-Hun 대한토목학회 2014 대한토목학회논문집 Vol.34 No.1

CFT 기둥은 시공이 간단하고 경제적이며 구조성능이 우수한 현장타설 매입형 연결 형식이다. 본 연구에서는 모듈러 교각에 적용되는 CFT 기둥-기초 연결부 형식을 제안하고, 실험을 통하여 구조성능을 평가하였다. 기둥-기초 연결부의 구조성능을 평가하기 위해서 기초부 콘크리트에 매입되는 CFT 기둥의 매입깊이를 변수로 총 4개의 실험체를 제작하여 실험을 수행하였다. 준정적 실험결과, 매입깊이가 0.6D인 실험체에서는 낮은 하중단계에서 기초부의 콘파괴로 인하여 상대적으로 낮은 연성능력을 보였다. 그러나 매입깊이가 0.9D 이상인 실험체에서는 기초부의 콘파괴가 방지되고 CFT 기둥 하단부에서 전형적인 휨파괴 거동을 보이며 높은 연성능력을 발휘하였다. 하중-변위 이력곡선, 변위 연성도 및 에너지 소산능력 등을 분석한 결과, 제안된 CFT 기둥-기초 연결부의 매입깊이는 0.9D~1.2D 수준이 내진성능을 발휘하는 합리적인 수준인 것으로 평가되었다. The CFT (Concrete Filled steel Tubes) column-footing connection is cast-in-place embedded type which provides simple construction procedure, low cost, and superior structural performance. In this study, CFT column-footing connection of modular pier is proposed and structural performance is evaluated by experimental tests. To evaluate structural performance of the CFT column-footing connection, a series of experimental tests were performed for the 4 specimens with different embedded depth. As a result of the quasi-static test, the specimen with 0.6D (0.6 times the outside diameter of steel tube) embedded depth showed relatively low ductility than other specimens with larger embedded depth due to cone failure of base concrete occurred during the lower loading step. On the contrary, cone failure of the base concrete was not observed in the specimens with larger embedded depth than 0.9D, but typical flexural failure in lower part of CFT column was observed. With the analyses of force-displacement curve, displacement ductility, and energy dissipation capacity, it is concluded that the rational range of embedded depth of the CFT column-footing connection is from 0.9D to 1.2D in view of good seismic performance.

Y형 플레이트를 적용한 원형 CFT 기둥-H형강 보 접합부의 구조성능

조현국,최창식 한국구조물진단유지관리공학회 2015 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.19 No.6

These days, there are lots of skyscrapers being constructed in downtown areas. However, it requires columns which have a way heavier load. and far more extensive cross sections of column as well. Therefore, it is hard to lay the foundation in downtown areas. This being the case, composite columns such as CFT column are primarily being used. However, CFT column is occurred of difficult beam-column connection development and lower performance since CFT column is closed cross-section. Especially, the result of the study concerning development of connection details with CFT column and exterior diaphragms are very low in current state. In this study, through developing CFT column-H shape steel beam applicating Y shape plate, set width and depth of Y shape plate which affect structural performance of connection details applicating Y shape plate as main variables, and evaluate structural performance through experiments. And also, design Y shape plate used at experiments as setting allowable stress for tension suggested at design criteria lower than axial force of tension side flange connected Y shape plate, through shape of destruction, verify the structural safety and performance of Y shape plate. 최근 도심지에 건설되는 건축물의 초고층화는 기둥에 작용하는 하중을 증가시켜 기둥단면 증가와 사용면적 확보의 어려움을 발생시키고 있다. 이에 최근에는 CFT와 같은 합성기둥의 사용이 증가하고 있는 추세이다. 그러나 CFT 기둥의 경우 폐단면으로 이루어져 있어 보- 기둥 접합부 개발의 어려움과 성능저하의 문제가 발생하게 된다. 특히, 원형CFT 기둥과 외다이아프램을 이용한 접합상세 개발의 연구가 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 Y형 플레이트를 적용한 원형 CFT 기둥-H형강 보 접합부 접합상세를 개발하여 Y형 플레이트를 적용한 접합부 구조성능에 영향을 미치는 Y형 플레이트 폭 및 두께를 주요변수로 설정하여 실험을 통해 구조성능을 평가하였다. 또한 실험체에 사용된 Y 형 플레이트는 설계기준에 제시된 장기허용인장력이 Y형 플레이트에 접합된 인장 측 플랜지의 축방향력 이하가 되도록 설계하여 파괴형태를통해 Y형 플레이트의 구조적 안전성과 성능을 확인하고자 한다.

충전성을 개선한 원형 CFT구조의 기둥-보 접합부 구조적 거동

박민수,김희동,이명재,Park, Min-Soo,Kim, Hee-Dong,Lee, Myung-Jae 한국강구조학회 2011 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.23 No.6

A concrete-filled tube is a concrete-filled steel tube structure. The steel tube confines the concrete to increase the compressive strength, and the concrete contains the buckling of the tube. CFT structures require a diaphragm to prevent buckling of steel at connections. An outer diaphragm has better concrete filling than a through diaphragm due to a large bore, but being larger than the through diagram, it has poorer constructability and cooperation with building equipment. In this study, a CFT structure that uses different types of diaphragms in its upper and lower connections to improve the concrete filling was tested and analyzed via the FEM program. The building structure had a floor slab that was unified with the upper diaphragm, so the outer diaphragm was placed at the upper bound. Moreover, the through diaphragm was placed at the lower connection to avoid obstruction from building equipment. The CFT structure with the improved concrete filling showed the same structural behavior as the CFT structure with the use of the same type of diaphragms at the upper and lower connections. 콘크리트충전강관(Concrete Filled Tube 이하 CFT)구조는 강관 속에 콘크리트를 충전시킨 구조물로서 강관은 콘크리트를 구속시켜 압축내력을 증가시키며 콘크리트는 강관의 국부좌굴을 감소시키는 역할을 한다. CFT구조의 기둥-보 접합부는 강관의 국부좌굴을 방지하기위해 다이아프램이 필요하다. 외측다이아프램 형식은 관통다이아프램 형식보다 콘크리트의 충전성이 좋으나 시공성과 건축설비와 공조하는 측면에서 불편함이 있다. 이 연구는 원형CFT구조의 접합부의 상, 하부에 각각 다른 형식의 다이아프램을 적용시켜 콘크리트 충전성을 개선시킨 구조의 구조성능을 실험과 유한요소해석 프로그램을 통하여 알아보았다. CFT구조 접합부의 상부 다이아프램은 외측다이아프램 형식으로 하고 하부 다이아프램은 관통다이아프램 형식으로 하였다. 이것은 건축물에서 바닥슬래브가 있으므로 상부 다이아프램은 바닥슬래브와 일체가 되고 하부 다이아프램으로 관통다이아프램을 적용하여 건축설비와의 마찰을 피하고자 한 것이다. 결과적으로 충전성을 개선시킨 CFT구조의 구조성능은 상, 하부 모두 관통다이아프램을 적용한 구조와 비교하면 동일 하다는 것을 알 수 있다.

중공 콘크리트충전 각형강관 기둥의 거동에 관한 연구 (I. 중심 압축실험)

김철환,김종길 한국공간구조학회 2006 한국공간구조학회지 Vol.6 No.3

콘크리트 충전 강관(Concrete Filled Steel Tube : CFT) 기둥은 내력 및 변형능력 등 구조적 성능이 뛰어남에도 불구하고 강관내부에 충전한 콘크리트의 재료분리저항성 및 유동성이 확보되는 고품질의 콘크리트가 요구되며, 또한, 다이어프램 하부의 충전 확인이 어렵다는 문제점을 안고 있다. 따라서 CFT기둥의 장점인 내력 및 시공성을 살리고, 현장 충전 공법에서의 단점을 극복하기 위하여 CFT부재의 PC화가 연구되어 왔다. 그러나 CFT부재의 PC화는 고중량물이기 때문에 운반과 양중능력의 확보 등 다른 문제를 낳게된다. 본 연구에서는 현장타설 CFT기둥의 단점과 공장생산 CFT기둥의 단점을 보완하기 위하여 새로운 형태인 중공 CFT 구조를 제안하고 중심축하중 하의 이력특성에 대한 기본적인 연구를 수행하였다. 이를 위하여 설정된 주된 실험변수는 CFT기둥의 충전율과 충전재의 강도이며, 특히 충전율은 0%, 30%, 50%, 80%, 100%를 설정하였다. 얻어진 결과는 기본적으로 항복강도레벨에 이르기까지 선형적인 거동을 나타내고 있으며, 내부 충전율이 증가함에 따라 강도, 강성 및 변형능력이 크게 나타나고 있다. Concrete Filled Steel Tube (CFT) system is advantageous because it increases the load-carrying capacity without increasing the size of column. However CFT system has many benefits, it is not applied to field generally because of its heavyweight and difficulty of concrete filling method. As a solution to these problems, we proposed concrete filled steel tube column with hollow made by factory-manufactured PC method. The hollow concrete filled steel tube system is expected to obtain the high strength and high capacity of deformation despite it is a lightweight. This study deals with mechanical properties, strength and deformation, of hollow concrete filled steel tube subjected to axial load. 9 specimens were tested to examine mechanical properties closely, and the following results were obtained: All specimens basically showed higher initial rigidity and maximum strength with increased concrete filling rate. And most specimens showed almost linear behavior until around 80% of maximum strength regardless of filling rate, it is estimated that the elastic range is up to a half of the maximum strength which is the yield strength level.

Y형 플레이트를 적용한 원형 CFT 기둥-H형강 보 접합부의 구조성능

조현국,최창식 한국구조물진단유지관리공학회 2015 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.19 No.6

최근 도심지에 건설되는 건축물의 초고층화는 기둥에 작용하는 하중을 증가시켜 기둥단면 증가와 사용면적 확보의 어려움을 발생 시키고 있다. 이에 최근에는 CFT와 같은 합성기둥의 사용이 증가하고 있는 추세이다. 그러나 CFT 기둥의 경우 폐단면으로 이루어져 있어 보- 기둥 접합부 개발의 어려움과 성능저하의 문제가 발생하게 된다. 특히, 원형CFT 기둥과 외다이아프램을 이용한 접합상세 개발의 연구가 미비 한 실정이다. 이에 본 연구에서는 Y형 플레이트를 적용한 원형 CFT 기둥-H형강 보 접합부 접합상세를 개발하여 Y형 플레이트를 적용한 접합 부 구조성능에 영향을 미치는 Y형 플레이트 폭 및 두께를 주요변수로 설정하여 실험을 통해 구조성능을 평가하였다. 또한 실험체에 사용된 Y 형 플레이트는 설계기준에 제시된 장기허용인장력이 Y형 플레이트에 접합된 인장 측 플랜지의 축방향력 이하가 되도록 설계하여 파괴형태를 통해 Y형 플레이트의 구조적 안전성과 성능을 확인하고자 한다. These days, there are lots of skyscrapers being constructed in downtown areas. However, it requires columns which have a way heavier load. and far more extensive cross sections of column as well. Therefore, it is hard to lay the foundation in downtown areas. This being the case, composite columns such as CFT column are primarily being used. However, CFT column is occurred of difficult beam-column connection development and lower performance since CFT column is closed cross-section. Especially, the result of the study concerning development of connection details with CFT column and exterior diaphragms are very low in current state. In this study, through developing CFT column-H shape steel beam applicating Y shape plate, set width and depth of Y shape plate which affect structural performance of connection details applicating Y shape plate as main variables, and evaluate structural performance through experiments. And also, design Y shape plate used at experiments as setting allowable stress for tension suggested at design criteria lower than axial force of tension side flange connected Y shape plate, through shape of destruction, verify the structural safety and performance of Y shape plate.

탄소섬유쉬트로 보강된 원형CFT기둥의 압축거동과 ACI 440 code를 응용한 설계식 제안

박재우 ( Jai Woo Park ),홍영균 ( Young Kyun Hong ),최성모 ( Seong Mo Choi ) 한국복합신소재구조학회 2011 복합신소재학회논문집 Vol.2 No.1

본 연구에서는 CFRP쉬트로 보강된 원형 CFT기둥의 압축거동을 관찰하고 설계식을 제안하였다. 원형 CFT기둥의 CFRP쉬트의 보강효과를 관찰하기 위해 10개의 실험체를 제작하여 중심축하중 실험을 수행하였다. 실험변수로는 CFRP쉬트 보강겹수와 직경-두께비(D/t)이다. 실험결과 원형CFT기둥에 CFRP쉬트 보강을 통해 압축내력을 증가시킨 것으로 나타났다. 끝으로 ACI 440code를 응용하여 CFRP 보강된 원형 CFT기둥의 압축내력을 예측하기 위한 설계식을 제안한다. 제안식을 분석한 결과 실험결과와 비교적 일치한 것으로 나타났다. This study investigates the axial behavior of CFRP strengthened circular CFT columns and proposes the design formula of CFRP strengthened circular CFT columns. 10 specimens were prepared and axial loading test were conducted to investigate the retrofitting effects of CFRP composites on CFT columns. The main parameters are the number of FRP sheets and D/t ratio. Test results showed that the CFRP retrofitting enhanced the load bearing capacity of the circular CFT columns. Finally, A ACI 440 code applied ultimate axial strength formula is proposed to predict the ultimate strength of CFRP strengthened circular CFT columns. The proposed formula are good agreement with the test results.

내부 구속 중공 CFT 교각의 내진성능에 대한 매개변수 연구

염응준,김현종,한택희,강영종,Yeom. Eung-Jun,Kim. Hyun-Jong,Han. Taek-Hee,Kang. Young-Jong 한국방재학회 2008 한국방재학회논문집 Vol.8 No.1

내부 구속 중공 CFT(ICH-CFT) 기둥은 콘크리트의 양쪽(중공부와 외부)에 두 개의 강관이 삽입된 형태이다. 외부 강관과 내부 장관은 강관과 중공 부분으로 인하여 좋은 내진 성능과 연성을 발휘하며, 또한 에너지 흡수도 하는 기능을 가지고 있다. 그러므로 본 교각 형태의 실용성을 위한 연구가 필요하다고 할 수 있다. 본 논문에서는 ICH-CFT 기둥의 실용적인 설계를 목적으로, 내진성능에 대한 매개변수 연구를 실시하였다. 매개변수는 교각의 지름과 중공비 그리고 같은 모멘트 성능을 발휘하는 장관의 두께이다. 또한 경제성에 따른 연성도 평가와 CFT기둥과의 비교를 통하여 좀 더 실용적인 평가를 하고자 하였다. 특히, 중공비와 외부강관 두께에 따라 내진성능이 차이를 보였으며, ICH-CFT 교각의 외부강관의 두께에 따른 경제적인 중공비를 제시하였다. The internally confined hollow-concrete filled tube (ICH-CFT) column has two tubes on the both sides (hollow part and outer part) of the concrete. The inner tube and the outer tube perform great seismic abilities, ductility and absorption of energy due to the steel tubes and the hollow part. So, the study of this column type for the practical use is needed. In this study, the qualitative analysis about seismic capacities depending on parameters is performed for the practical design of the ICH-CFT column. The parameters are diameter of column, hollow ratio and thickness of tubes with the same resistance of the moment. Also, the economical evaluation of ductility and comparison with CFT column make this study to be of practical use. Especially, a change of seismic performance depends on the hollow ratio and the thickness of the outer tube, and the economical hollow ratios according to the thickness of the outer tube in the ICH-CFT column are suggested.