Experimental Study on Hysteretic Behavior of 100 MPa Ultra High-Strength Concrete Tied Columns

An experimental investigation was conducted to examine the hysteretic behaviors of ultra-high strength concrete tied columns. The purpose of this study is to investigate the safety of ultra-high strength concrete columns with 100 MPa compressive strength for the requirement of ACI provisions. Eight 1/3 scaled columns were fabricated to simulate an 1/2 story of actual structural members with the cross section $300{\times}300mm$ and the aspect ratio 4. The main variables are axial load ratio, configurations and volumetric ratios of transverse reinforcement. The results show that the deformability of columns are affected by the configurations and volumetric ratios of transverse reinforcement. Especially, it has been found that the behavior of columns are affected by axial load ratio rather than the amounts and the configurations of transverse reinforcement. Consequently, to secure the ductile behavior of 100 MPa ultra-high strength concrete columns, ACI provisions for the requirement of transverse steel may considered axial load level and the details of transverse reinforcement.

100 MPa 초고강도 콘크리트 띠철근 기둥의 이력거동에 관한 실험적 연구

본 연구에서는 기둥의 축력비 및 횡보강근의 형상을 주요 변수로 현행 규준(ACI Code)의 횡보강근량 산정식이 고축력과 반복횡력을 받는 압축강도 100MPa의 초고강도 RC 기둥의 설계에도 적용가능한지 여부를 실험적 연구를 통하여 평가하였다. 실제 구조물의 보를 이상화한 스터브를 가진 1/2개 층의 기둥을 휨 파괴를 유도하기 위하여 형상비(L/d)를 4로 하여 실제 구조물의 1/3 Scale로 하였고, 실험구간은 접합면으로부터 기둥 깊이의 2.5배(750mm)로 하였으며, 총 8개의 실험체를 제작하였다. 실험 결과 실험체의 파괴양상은 축력비가 증가함에 따라 스터브 접합면에서 좀 더 떨어진 위치에서 파괴구간이 넓게 확산되지 못하고 파괴가 집중되었으며, 횡보강근의 체적비가 증가할수록 휨 균열이 다수 발생하였고 파괴구간도 접합면에 더 가까이 발생하였다. 또한, 축하중의 증가는 기둥의 변형능력을 30%, 누적소산 에너지량을 40% 감소시키고 강도와 강성의 감소를 가속화시켰으며, 연성비를 비교하면 D Type에서는 43%, E Type은 30% 감소한 것으로 나타났다. 그리고 횡보강근의 형상이 원형에 가까운 D Type이 심부 콘크리트 구속효과가 가장 좋은 것으로 나타났는데, 동일한 조건일 때 변형능력 및 연성비가 가장 높고 횡보강근의 체적비 증가에 따른 연성비의 증진효과도 가장 뛰어남을 알 수 있었다. 따라서, 고축력 및 횡보강근 형상 등을 고려하지 않고 있는 현재의 횡보강근량 산정 규준식은 100MPa의 초고강도 콘크리트 기둥 설계에 적용하기 위해서는 횡보강근의 상세(형상, 체적비) 및 축력효과등이 적절히 반영되어야 할 것으로 판단된다.