Structural Capacity Evaluation of High Strength Concrete Short Columns with Various Design Parameters under High Temperatures

It is well known that high strength concrete with compressive strength higher than 50 MPa shows severe material and structural damages under fire due to spalling. To understand degradation of structural capacity of fire damaged high strength concrete structures, not only thermo-mechanical behavior needs to be defined, but also structural behavior of high strength concrete member under high temperature needs to be investigated. In this study, structural tests are performed by applying axial loads on high strength concrete columns exposed at elevated temperatures for assigned amount of time. The tested columns are prepared to have different concrete strength and polypropylene fiber percentage. The test results show that structural capacity of the columns decreased with increased compressive strength of concrete under same heating condition. Especially, it is interesting to note that high strength concrete columns with polypropylene fiber for spalling proof did not improve structural capacity compared to the columns without polypropylene fiber. The findings from the test are able to improve fire proof design of high strength concrete structural members and predicting structural performance of fire damaged structural members.

고온하에서 다양한 설계변수에 따른 고강도 콘크리트 단주의 구조 성능 평가

압축강도 50 MPa이 넘는 고강도 콘크리트가 화재에 취약하다는 것은 널리 알려진 사실이다. 그러나 화재 피해를 입은 고강도 콘크리트 구조 부재의 구조 성능 저감 정도를 정확하게 파악하기 위해서는 단순히 열역학적 거동만으로 파악하는 것이 아니라, 구조 거동에 대한 연구가 필요하다. 따라서 이 연구에서는 비재하 상태에서 고온에 일정시간 노출시킨 고강도 콘크리트 단주를 대상으로 하중 재하 실험을 수행하였다. 실험 변수로는 콘크리트 압축강도, 가열시간, 그리고 폴리프로필렌 섬유 혼입을 통한 폭렬 저감 공법 사용 유무가 있었으며, 실험의 결과로는 콘크리트 강도 및 가열 시간이 증가할수록 구조 성능은 저감되는 것으로 나타났다. 특히 폴리프로필렌 섬유를 혼입하여 폭렬이 저감 된 경우에도 구조 성능에는 변화가 없거나 오히려 감소하는 것으로 나타났다. 이 연구를 통하여 알아낸 바를 토대로 보다 안전하고 경제적인 내화 설계를 할 수 있으며, 또한 화재로 인한 고강도 콘크리트 구조물의 구조성능 저감 정도를 예측하는데 유용하게 활용될 수 있을 것이라고 사료된다.