Abstract
Although concrete is considered as fire proof materials, high strength concrete shows severe material and structural damages when exposed to fire. To understand such damages in high strength concrete structures, the effects of various design parameters and fire condition on the thermal behaviors of high strength concrete structures are investigated in this study. In order to achieve this goal, fire tests are performed on high strength concrete columns with different fire conditions and design parameters including cross sectional area, cover thickness, and reinforcement alignment. To investigate thermal behaviors, temperature distributions and amount of spalling are measured. In overall, the columns show rapidly increasing inner temperatures between 30~60 mins of the fire tests due to spalling. In detail, the higher temperature distributions are observed from the columns with the larger cross section and less cover thickness. Moreover, among the columns with same reinforcing ratio, larger number of reinforcements with the smaller diameter causes the higher temperature distribution. The findings from the experimental study allow not only understanding of thermal behaviors of high strength concrete columns under fire, but also guidance in revising fire safety design.
화재에 취약한 고강도 콘크리트 구조물의 화재 피해를 보다 정확하게 예측하기 위해서는 다양한 구조물의 설계 조건과 가열 조건 하에서 열적 특성을 고려하는 연구가 필요하다. 따라서 이 연구에서는 단면 크기, 피복 두께, 철근 배근을 다르게 한 고강도 콘크리트 기둥을 제작하여 다른 가열 조건하에서 가열하였을 때 발생하는 내부 온도 분포와 폭렬을 관찰하였다. 내부 온도 분포는 콘크리트 타설 전 설치한 열전대를 통해서 측정하였으며 가열 전후에 측정한 콘크리트 기둥 실험체의 무게 손실률과 단면 손실률을 통해서 폭렬을 수치화 하였다. 가열 실험은 비재하 상태에서 ISO 834 화재 곡선을 따라 가열하는 실험과 화재 시뮬레이션을 통해 측정한 온도-시간 곡선을 따라 가열하는 실험의 두 가지로 나누어 수행하였다. 고강도 콘크리트 기둥은 일반적으로 고온에서 폭렬이 발생하여 내부 온도의 급격한 증가와 단면 손실을 나타내었으며, 설계 변수에 따라서는 단면이 클수록, 피복 두께가 작을수록 내부 온도 분포와 단면 손실률이 높게 나타났다. 또한 철근비가 동일한 상태에서 철근 배근을 다르게 하였을 때, 단면이 작은 철근을 여러 개 배치하는 것이 단면이 큰 철근을 적게 배치하는 것 보다 높은 온도 분포와 단면 손실을 보였다. 이 연구를 통하여 화재로 인한 고강도 콘크리트 구조물의 열적 변화를 정확하게 파악함으로써, 내화 안전성을 평가하고 현재 적용되고 있는 내화 성능 관리 기준을 보다 효율적이고 안전하게 정립할 수 있도록 하는데 유용하게 활용될 수 있을 것이라고 판단된다.
