2. 사각형 단면 ICH RC 콘크리트 비선형 재료모델
2.3 사각형 ICH RC
2.3.2 직사각 단면 ICH RC
직사각 단면 ICH RC의 자유물체도를 그림 2.8에 나타내었다. 이를 이용하여 FM2와 FM3같이 강재튜브의 파괴 이전에 횡철근이 파괴될 때의 평형방정식을 도출하였다.
20 구속효과를 고려한 사각형 ICH RC 부재의 비선형 모델개발
[그림 2.8] 직사각 단면 ICH RC의 자유물체도
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여기서 는 강재튜브에 작용하는 응력, 는 강재튜브의 두께이다. 직사각 단면 ICH RC에서 콘크리트에 작용하는 구속응력은 내측의 강재튜브가 파괴되기 전까지는 중실 각 형 RC 기둥에서 작용하는 구속응력과 동일하며, 내측의 강재튜브가 파괴된 이후에는 내 부 구속력이 존재하지 않게 되어, 직사각 단면 중공 RC 기둥에서의 구속 응력과 같은 구속응력을 갖게 된다. 따라서 내부의 강재튜브에 작용하는 응력을 산정하여, 내부 강재 튜브의 파괴 유무를 판별함으로써 직사각 단면 ICH RC 기둥의 파괴 모드를 예측할 수 있다. 아래 식은 사각형 ICH RC의 파괴 모드를 판별할 수 있는 기준을 나타내고 있다.
이러한 식을 이용하여 사각형 ICH RC 기둥의 파괴 모드를 판별하기 위해서는 먼저 내 부 강재튜브의 항복강도에 대한 계산이 이루어져야 한다.
lim : FM1
lim : FM2
lim : FM3
여기서 는 내부 강재튜브의 항복강도이며, 는 정사각-정사각 중공 ICH RC의 경우 는 내부 강재튜브의 휨 강도이며, 정사각-원형 중공 ICH RC의 경우에는 내부 강재튜브 의 좌굴강도이다. 내부 강재튜브의 항복강도는 강재튜브의 두께에 큰 영향을 받으므로, 사각형 ICH RC의 파괴 모드는 강재튜브의 두께를 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 위 에서 제시한 내부 강관의 응력에 대한 식으로부터 내부 강재튜브의 항복 조건을 고려 하여 아래와 같은 식을 도출할 수 있다. 내부 강재튜브의 항복 이전에 바깥쪽 횡철근의 파괴를 유발하기 위해서는 내부 강재튜브에 작용하는 항복응력과 휨 응력 또는 좌굴응 력이 강재튜브의 항복강도()보다 작아야 한다.
(1) 내부 강관의 항복파괴
강재튜브가 콘크리트부의 구속효과에 의해 발생하는 응력으로부터 파괴되지 않기 위한 내부 강관의 최소 두께는 아래의 계산식으로 산출되며, 그림 2.8에 나타낸 자유물체도를
22 구속효과를 고려한 사각형 ICH RC 부재의 비선형 모델개발 이용하여 아래와 같이 도출된다.
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lim
lim
여기서 lim
은 내부 강재튜브의 항복 파괴가 발생하지 않기 위한 강재의 최소 두께이다.
내부 강재튜브의 두께()가 위의 식을 만족한다면, 내부에 삽입된 강재튜브는 횡철근의 파괴 이전에 항복하지 않는다.
(2) 내부 강관의 휨 파괴
강재튜브가 휨 응력에 의해 파괴되지 않기 위해 필요한 내부 튜브의 최소 두께를 산정 하기 위해서 그림 2.9와 같이 내부 강재튜브의 끝단이 완전 고정되어있는 경우로 가정 하여 강재튜브의 중앙에 작용하는 모멘트를 도출해 내부 강관의 휨 응력을 계산하였다.
[그림 2.9] 양단이 고정되어있는 강재튜브의 자유물체도
lim
lim
lim
은 내부 강재의 휨 파괴가 일어나지 않기 위한 내부 강관의 최소두께, 은 강재튜 브 중앙에서의 모멘트 값, 는 부재의 중심에서 부터의 거리이며, 는 내부강관의 단면2 차 모멘트 값이다. 이렇게 계산된 직사각 단면 ICH RC의 휨 응력과 내부 강관의 항복 강도를 비교하여 휨 응력으로부터 내부강관이 파괴되지 않고 콘크리트의 3축 구속 상태 를 유지하기 위한 내부 강관의 최소 필요 두께를 산정할 수 있다.