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R&D최종보고서

연구과제 상세정보
과제고유번호 201616CTAP-C098412-02
연구사업명 국토교통기술촉진연구사업
연구과제명 UHPC 거더의 새로운 한계 상태 정립 및 강도 산정 방안
총 연구기간 2015-06-02 ~ 2017-06-23
연구책임자 한상윤
당해년도
참여 연구원수
4명 총 연구기간
참여 연구원수
10명
당해년도
연구비
정부 : 200,000,000 원
기업 : 0 원
계 : 200,000,000 원
총연구비 정부 : 400,000,000 원
기업 : 0 원
계 : 400,000,000 원
연구기관명 고려대학교산학협력단
등록 발간번호 .
ISBN .
주요 내용 ○ 현재 우리나라에서 개발된 초고성능콘크리트(UHPC)는 최대 압축강도가 200MPa에 달해, 강도가 40MPa 정도인 일반 콘크리트에 비해 그 성능이 매우 뛰어나다 할 수 있다. 그러나 이러한 고강도 재료를 이용하여 구조물을 시공할 경우 세장해진 부재는 좌굴 안정성 문제에 봉착하게 되며, 본 연구에서는 각 좌굴에 대한 한계상태를 정의하는데 목표를 두고, 나아가 강도 산정 방안에 대한 고찰을 수행한다.
○ 강구조물의 좌굴은 재료물성보다는 초기결함의 크기, 폭-두께비등의 기하학적특성에 의해 그 강도가 지배되는 경향이 있어, 본래의 재료강도를 모두 발휘 할 수 없는 경우가 발생된다. 이러한 좌굴은 강구조물 뿐 아니라 기타 고성능 재료를 이용한 박판화되고 세장화된 구조물의 두드러진 특징이다.
○ 초고성능 콘크리트로 이루어진 구조물 또한 기존의 콘크리트보다 매우 큰 세장비를 갖는다. 이러한 경우 구조물은 비탄성 좌굴 영역에 있을 가능성이 매우 높으나, 압축과 인장 부분의 재료거동이 다른 초고성능 콘크리트의 경우에는 비균질한 재료 특성의 고려가 필요하므로, 면밀한 해석적 검토가 요구된다. 따라서 본 연구는 최종적으로 다음과 같이 크게 두 가지의 성과를 목표로 한다.

[최종목표]
- 본 연구의 최종 목표는 초고성능 콘크리트(Utra High Performance Concrete, 이하 UHPC)로 제작된 UHPC거더에 대하여 새로운 한계상태를 정립하고, 이에 대한 강도 산정 방안에 대하여 연구한다.
- UHPC는 고강도 재료로써, 구조물을 매우 세장하게 제작이 가능하도록 하며, 이에 따라 좌굴에 대한 문제를 검토하지 않을 수 없다.
- 본 연구에서는 좌굴 관련 거동에 대해 수치해석적으로 접근하여 새로운 재료에 대한 새로운 한계 상태를 입증한다.
- 거더에서 발생할 수 있는 국부좌굴, 전체 좌굴 뿐 아니라 바닥판의 좌굴 한계 상태에 대한 강도 산정 방안을 제시하고, 도출된 결과에 대하여 실내 실험을 수행하여 연구 결과의 타당성 및 적합성을 입증 한다.

[연구내용 및 범위]
○ 압축 플랜지 및 압축 바닥판의 좌굴강도
- UHPC는 높은 압축강도를 지니기 때문에 압축 부재 설계 시 재료를 경감시킬 수 있어 경제적인 이점이 있는 반면, 세장한 구조물에 대한 좌굴 문제가 발생하여 기존 일반 콘크리트를 사용한 부재에서는 고려하지 않았던 플랜지 국부 좌굴 문제에 대한 검토가 필수적이다.
- 본 연구에서는 아직까지 그 연구가 미미한 UHPC 바닥판 및 압축 플랜지의 국부좌굴 문제에 대하여 해석적으로 그 거동을 검토한다.
- 또한, 플랜지의 국부좌굴에 대한 강도 산정 방안을 제시하여 보다 안전하고 정확한 설계가 이루어질 수 있는 기반을 구축한다.
○ 횡-비틀림 좌굴
- I형 거더의 상부(하부)플랜지가 휨모멘트에 의해 압축력을 받으면, 세장한 플랜지는 좌굴을 일으킬 수 있지만, 복부판에 의해 연속 지지되어 있어 강축방향으로 횡방향 변위를 일으키게 된다. 결론적으로 거더는 횡방향, 회전방향 변위를 보이며 극한상태에 이르는 횡-비틀림 좌굴 거동을 보이는데, 일반적으로 강재 거더에서 고려되었던 이러한 한계 상태는 세장한 부재인 UHPC거더에서도 필수적으로 검토하여야할 항목이라 할 수 있다.
- 횡-비틀림 좌굴 강도 산정식은 비지지 길이의 함수로 나타낼 수 있으며, UHPC 거더의 경우 강재보다 짧은 소성비지지 길이를 가지기 때문에 횡-비틀림 좌굴에 취약해 질 수 있다.
- 따라서 본 연구에서는 비지지 길이별 한계상태에 대하여 해석적인 연구를 수행하고, 이와 더불어 강도 산정 방안을 제시할 수 있도록 한다. - 더불어, 복수 거더 상부구조에 필요한 횡방향 브레이싱(가로보)의 간격, 형태, 강성에 대한 연구를 수행함으로써, 실제 구조물에 적용할 수 있는 방안을 모색한다.
○ 복부판 전단 강도
- UHPC거더가 휨모멘트 및 전단력을 지지할 경우 복부판 요소는 압축과 인장을 동시에 받는 상태가 될 수 있으며, 세장한 복부판은 압축 응력에 의해 좌굴을 일으킬 가능성이 있다. 사실상 인장 강도가 매우 작은 UHPC는 압축에 의한 좌굴 이전에 인장에 의한 균열로 파괴에 이를 수 있지만, 인장 부분에 대한 보강이 적절히 이루어진다면, 복부판의 파괴를 지배하는 거동은 다시 좌굴이 될 가능성이 있다.
- 따라서 본 연구에서는 복부판의 전단 강도와, 이를 보강할 수 있는 방안, 그리고 플랜지의 강성이 복부판의 전단 강도에 미치는 영향을 해석적으로 검토 한다.
○ 실험 연구
- UHPC는 배합 방법에 따라 다양한 강도를 지니며, 강재와 같이 균질한 재료가 아니므로, 해석적 연구로서는 그 타당성을 입증하기에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 실내 시험을 통하여 강도 산정 방안에 대한 결과를 검증하도록 한다.
색인어 한글 좌굴 초고성능콘크리트 한계상태 강도 실험
영문 buckling UHPC Limits state Ultimate strength Experimental test
최종보고서 최종보고서(최종).pdf
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