장기간 하중을 받는 콘크리트 충전 강관기둥의 안정성 지지력

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 10377(2023) 이 기사 인용

252 액세스

측정항목 세부정보

CFST(콘크리트 충전 강철 튜브)는 현대식 건물 및 교량 응용 분야에 일반적으로 사용됩니다. 이러한 인기에도 불구하고 이러한 요소의 안정성 지지력에 대한 장기 하중의 영향을 조사한 연구는 거의 없습니다. 본 연구에서는 세장비(λ), 축방향 하중비(m), 편심비(e/r) 등 주요 변수가 지속 하중 하에서 CFST 기둥의 안정성 지지력에 어떤 영향을 미치는지 조사합니다. 안정성 지지력에 대한 장기 하중의 영향을 조사하기 위해 23개의 CFST 기둥을 제작했습니다. 14개의 시편에 462일 동안 일정한 압축 하중을 가한 후 파손 여부를 테스트했습니다. 나머지 9개는 무부하 시편이었습니다. 크리프 후 안정성 지지력을 예측하기 위해 3단계 유한 요소법이 사용되었습니다. 결과는 CFST 기둥의 안정성 지지력이 장기간 하중을 받은 후에 감소함을 나타냅니다. 실험적 결과와 수치적 결과 모두 탄성-소성 및 소성 공정까지 도달하는 장기 하중 시편에 대한 강철 튜브의 하중이 무하중 시편의 하중보다 낮다는 것을 나타냅니다. 더욱이, 부재가 최대 하중에 도달했을 때 크리프 실험체의 변형률은 무부하 실험체의 변형률보다 더 컸다. 벤치마킹 분석을 통해 CFST 기둥에 대해 제안된 크리프 감소 계수(kcr)를 사용하여 크리프 후 안정성 지지력 감소를 예측할 수 있음이 나타났습니다. 또한, 장기간 하중을 받는 49개의 CFST 시편으로 구성된 수집된 데이터베이스를 사용하여 kcr에 대해 제안된 공식을 조사했습니다. 결과는 공식이 실험 결과와 일치함을 보여줍니다.

CFST(콘크리트 충전 강관) 부재는 건물에 사용되는 아치교 및 기둥과 같은 토목 구조물에 사용되는 효율적인 압축 구조 부품입니다1,2,3,4,5,6. 강철 또는 강화 부재와 달리 CFST 부재의 거동 및 강도는 강철 튜브와 콘크리트 충전재 사이의 상호 작용으로 인해 크게 향상됩니다6. 또한, 강철 튜브는 콘크리트를 배치하는 영구 거푸집 역할을 할 수 있어 건설 공정을 용이하게 합니다. 재료 및 건설 기술의 지속적인 개선으로 새로 건설된 CFST 아치교의 경간이 증가하여 가장 긴 경간이 575m5에 달했습니다.

가장 긴 아치 스팬 길이 기록이 계속 깨지면서 세장비의 증가로 인해 아치 리브의 좌굴이 점차 두드러진 문제가 되고 있습니다. 더욱이, CFST 아치 리브에 대한 크리프 효과는 CFST 아치 브릿지의 자중 증가에 따라 직면하게 되는 또 다른 주요 문제입니다. 가느다란 CFST 아치 리브의 안정성 지지력을 확인할 때, 이는 가느다란 기둥과 동등한 것으로 간주될 수 있습니다6 . 따라서 CFST 컬럼의 크리프 거동에 대한 대부분의 연구가 수행되었습니다7,8,9,10,11,12,13,14. 이 연구는 일반 콘크리트, 재활용 골재 콘크리트, 팽창 콘크리트 및 철근 콘크리트를 사용한 CFST 기둥의 크리프 개발 및 예측 모델에 중점을 두었습니다. 대조적으로, 실험적 연구에서는 장기간 하중을 받는 CFST 기둥의 안정성 최종 지지력을 조사했습니다. 장기간 하중을 받는 CFST 기둥의 최대 지지력을 조사하기 위해 몇 가지 이론적 논의와 추론된 공식만 수행되었습니다. 이러한 모든 연구는 크리프 거동15,16,17,18,19,20으로 인해 CFST 기둥의 안정성 지지력이 감소한다는 것을 보여주었습니다. 또한, 장기하중에 영향을 받는 CFST 기둥의 안정성 지지력을 해석하기 위해 수치계산법을 사용하였고, 결과적으로 CFST 기둥의 크리프 감소계수 계산식을 도출하였다21,22,23. Tan 등24은 CFST 기둥의 안정성 지지력이 장기간 하중을 받은 후에도 감소하지 않는다고 밝혔습니다. 심판 결과. 25와 26은 장기간 하중으로 인해 CFST 기둥의 안정성 지지력이 감소함을 나타냅니다. 대조적으로, 특정 학자21,27,28,29는 CFST의 압축 강도가 장기간 하중을 받을 때 향상된다는 결론을 내렸습니다.