표준화재에 3시간 노출된 CFRP Rebar로 보강된 콘크리트 충전강관기둥의 압축과 휨 성능

Compression and Flexural Performance of Concrete Filled Steel Square Tube Columns Reinforced with CFRP Rebar Exposed to Standard Fire during 3 Hours

건축물이 복합화, 고층화됨에 따라 콘크리트충전강관기둥(Concrete Filled Steel Tube, 이하 CFT기둥)의 사용이 증가한다. CFT기둥은 강관의 콘크리트를 구속함에 따라 국부좌굴을 방지하며 콘크리트 축열효과로 일정한 내화성능을 보유하고 있다. 기둥의 축, 휨 성능을 보강하기 위해 CFT기둥 내부에 철근을 배치한다. 철근대체재로서 내부식성이 우수한 탄소섬유보강근(Carbon Fiber Reinforced Plastic, 이하 CFRP Rebar)의 사용 빈도가 증가하고 있다. 탄소섬유(Carbon Fiber)는 임계온도가 250℃이고 수지(Resin)의 유리전이온도는 60~80℃로 철근의 임계온도 기준인 평균온도 538℃, 최대온도 649℃에 비해 현저하게 낮아 내화성을 담보하면서 구조성능을 유지하도록 배치에 대한 주의가 필요하다. 본 연구에서는 CFT기둥에 CFRP Rebar를 보강했을 때 온도를 확인하기 위해 범용 유한요소프로그램인 ABAQUS를 사용하여 열전달해석(Heat Transfer)을 진행하였다. 뿜칠내화피복재(Spray-Applied Fire Resistive Material, SFRM) 0, 10, 20, 30mm와 콘크리트 피복두께 40, 60, 80, 100mm를 변수로 설정하여 CFT기둥 단면의 온도분포를 확인하였다. 온도 상승에 따른 재료 저감계수를 적용하여 기둥의 축, 휨 내력 P-M상관도를 도출하였다. CFRP Rebar의 기둥 내측으로 배치하면 휨 성능효과는 감소되지만 피복두께 확보로 온도 최소화 효과를 얻을 수 있는 것을 확인하였다.