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UHPC 피복으로 기존 기둥 보강: 연구 동향과 평가 방법

초고성능 콘크리트(UHPC) 피복은 기존 철근콘크리트 기둥을 보강하는 방법 중 하나입니다. 이 글은 최근 연구가 주목하는 점과 설계 단계에서 효과를 평가하는 방법을 정리합니다.

1UHPC란 무엇인가

초고성능 콘크리트(UHPC)는 압축 강도가 매우 높고 섬유 덕분에 인장 저항과 변형 능력도 우수하며, 최근 구조공학 분야에서 적용과 설계 방법이 계속 발전하고 있습니다 [12].

2기존 기둥 보강에 사용

기존 기둥을 UHPC 한 겹으로 감싸면 구속과 전단 강도가 높아지고 연성이 개선됩니다. 실물 크기 실험에서는 높은 축력 아래의 내진 성능이 연구되었고 [13], 전단이 부족한 기둥에 대해 현장 타설 UHPC와 프리캐스트 UHPC 외피의 보강 효과도 비교되었습니다 [14].

3설계 단계에서의 평가 방법

보강 전후의 모멘트–곡률 곡선을 보면 극한 곡률과 곡률 연성도의 변화를 바로 알 수 있어, 보강 두께와 보강안을 선택하는 근거가 됩니다. StructFlow의 UHPC 피복 모델은 이러한 연구에 대응하며, 보강하지 않은 단면과 나란히 비교할 수 있습니다.

네 가지 콘크리트 모델의 모멘트–곡률 곡선0.000.050.100.150.20050100150200250곡률 φ (1/m)M (tf·m)비구속(μφ ≈ 3.25)Mander 구속 K=1.3(μφ ≈ 19.21)HUNG (HPFRCC)(μφ ≈ 12.01)UHPC 피복(μφ ≈ 8.79)
그림 1같은 단면의 비구속, Mander 구속, HPFRCC, UHPC 피복 모델별 모멘트–곡률 비교(계산 엔진 실계산).

참고문헌

  1. Mander, J. B., Priestley, M. J. N., & Park, R. (1988). Theoretical stress-strain model for confined concrete. Journal of Structural Engineering, 114(8), 1804–1826. doi:10.1061/(ASCE)0733-9445(1988)114:8(1804)
  2. Popovics, S. (1973). A numerical approach to the complete stress-strain curve of concrete. Cement and Concrete Research, 3(5), 583–599. doi:10.1016/0008-8846(73)90096-3
  3. Whitney, C. S. (1937). Design of reinforced concrete members under flexure or combined flexure and direct compression. ACI Journal Proceedings, 33(3), 483–498. doi:10.14359/8429
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  6. 內政部(Ministry of the Interior, Taiwan). (2023). 建築物基礎構造設計規範(Design Specifications for Foundations of Buildings),112 年 6 月 20 日修正發布,113 年 1 月 1 日生效. nlma.gov.tw
  7. Mononobe, N., & Matsuo, H. (1929). On the determination of earth pressure during earthquakes. Proceedings of the World Engineering Congress, Vol. 9, Tokyo, 177–185.
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  14. Hung, C.-C., Kuo, C.-W., & Shao, Y. (2021). Cast-in-place and prefabricated UHPC jackets for retrofitting shear-deficient RC columns with different axial load levels. Journal of Building Engineering, 44, 103305. doi:10.1016/j.jobe.2021.103305
  15. Ou, Y.-C., Alrasyid, H., Haber, Z. B., & Lee, H.-J. (2015). Cyclic behavior of precast high-strength reinforced concrete columns. ACI Structural Journal, 112(6), 839–850. doi:10.14359/51687911
  16. Shen, W.-C., & Hwang, S.-J. (2023). Confinement reinforcement of high-strength reinforced concrete tied columns under high axial load. ACI Structural Journal, 120(3), 145–155. doi:10.14359/51738505

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