충전합성기둥 압축강도

정의

충전합성기둥은 강관 내부를 콘크리트로 채운 합성부재다.

강관과 콘크리트가 함께 압축력을 부담하므로, 압축강도는 단면 내력과 좌굴을 함께 고려해 구한다.

강관은 콘크리트를 횡구속하고, 콘크리트는 강관의 국부좌굴을 늦춘다.

구성과 원리

구성요소는 강관, 충전 콘크리트, 두 재료의 경계면이다.

원형강관은 콘크리트를 횡방향으로 구속해 콘크리트 강도가 높게 발휘된다.

압축강도는 단면 압축 내력 Pno와 탄성좌굴하중 Pe로 정한다.

단면 분류

단면 분류는 강관의 지름과 두께의 비 D/t로 한다.

D/t가 λp 이하이면 조밀단면이므로 Pno를 그대로 쓴다.

λp를 넘고 λr 이하이면 비조밀단면으로, 국부좌굴 영향을 반영한다.

λp와 λr은 각각 0.15E/Fy, 0.19E/Fy 로 주어진다.

Pno와 Pe 계산

Pno는 강재 항복내력과 콘크리트 압축내력을 합한 단면 내력이다.

Fy는 강재 항복강도, As는 강관 단면적, fck는 콘크리트 설계기준강도다.

좌굴 영향은 탄성좌굴하중 Pe로 나타내며, 유효 휨강성 (EI)eff를 쓴다.

(EI)eff는 강관의 휨강성에 콘크리트 휨강성을 C3로 보정해 더한 값이다.

세장 판정

Pno/Pe 가 2.25 이하이면 비탄성 영역 식을 쓴다.

이때 Pn = Pno × 0.658^(Pno/Pe) 로 Pno를 줄인다.

Pno/Pe 가 2.25 를 넘으면 탄성 영역 식 Pn = 0.877 × Pe 를 쓴다.

설계압축강도는 저항계수 φ를 곱한 φPn 이며, 소요 압축력과 대조한다.

계산 절차

압축강도 산정은 다섯 단계로 이어진다.

먼저 강관의 D/t를 λp, λr와 비교해 단면을 분류한다.

다음으로 Pno를 계산하고, 유효 휨강성으로 Pe를 구한다.

그다음 Pno/Pe를 2.25와 비교해 Pn 식을 고른다.

마지막으로 φPn을 구해 소요 압축력과 대조한다.

시험 포인트

마지막으로 시험에서 자주 확인하는 포인트를 정리한다.

채점은 단면 분류, Pno, Pe, Pn 순서로 본다.

핀-핀 지지에서는 유효좌굴계수 K를 1.0으로 둔다.

강재와 콘크리트 단면적을 나눠 계산하고, 전체 면적을 쓰지 않는다.