콘크리트충전 합성기둥

정의

콘크리트충전 합성기둥은 강관 안에 콘크리트를 채운 합성 부재다.

강재와 콘크리트가 함께 축력과 휨에 저항하는 것이 핵심이다.

핵심 키워드는 구속효과, 국부좌굴 억제, 합성작용이다.

구속효과

강관은 인장과 연성을, 콘크리트는 압축 내력을 주로 맡는다.

강관이 콘크리트를 사방에서 누르는 것을 구속효과라 한다.

콘크리트는 강관 벽이 안쪽으로 찌그러지는 국부좌굴을 막는다.

두 재료가 같은 변형률로 함께 거동하는 것이 합성작용이다.

단면적과 공칭강도

먼저 강관 외경 D와 두께 t로 강관과 콘크리트의 면적을 구한다.

원형 강관이면 콘크리트 면적은 안지름 (D−2t) 원의 넓이가 된다.

소성응력법은 단면 전체가 항복한다고 보고 공칭 축강도 Pno를 구한다.

강관은 항복응력, 콘크리트는 등가 압축응력 블록으로 취급한다.

장주와 좌굴

기둥이 길면 좌굴을 따로 검토한다. 탄성좌굴하중 Pe는 이렇게 구한다.

세장비에 따라 좌굴 감소계수를 적용하고 강도감소계수를 곱한다.

이렇게 얻은 값이 설계강도 Pd가 된다.

단주 강도식을 장주에 그대로 쓰면 안 된다.

시험 포인트와 흔한 실수

원형 강관은 구속효과가 원주 방향으로 균등해 강도와 연성이 함께 커진다.

각형 강관은 모서리에 구속이 집중되어 판폭두께비 검토가 추가로 필요하다.

흔한 실수는 장주에 단주 강도식을 쓰는 것과 국부좌굴을 무시하는 것이다.

단위는 MPa와 N으로 통일하고, 설계강도에는 저항계수를 곱한다.

직접 풀기

이제 방금 배운 내용을 직접 풀어 보자.

정답은 그렇다. 얇을수록 국부좌굴을 막는 충전 효과가 커진다.

정리

정리하면 콘크리트충전 합성기둥은 강관과 콘크리트가 함께 저항하는 부재다.

시험에서는 구속효과, 국부좌굴 억제, 장주 검토를 빠뜨리지 않는다.

답안 첫 줄에는 정의를 그대로 쓰고 이어서 구속효과를 붙인다.