Study on the Fire Behaviour of Composite Beam with Loading and Unloading

하중재하 영향에 의한 합성보의 화재거동에 관한 연구

Study on the Fire Behaviour of Composite Beam with Loading and Unloading

김성배*·이창남**·김우철***·김상섭

^†

Sung-Bae Kim

^*

· Chang-Nam Lee

^**

· Woo-Chul Kim

^***

· Sang-Seup Kim

^†

*(

주

)

센구조연구소연구개발부

, **(

주

)

센구조연구소

,

***(

주

)

성현케미칼 기술연구소

,

한국기술교육대학교건축공학과

(2008. 8. 26.

접수

/ 2009. 4. 16.

채택

)

요 약

본연구는질석계내화피복재를뿜칠한단순지지

TSC

^{합성보에대해하중재하의영향과합성보의형}

상

,

웨브에설치한메탈라스의영향등을변수로내화성능평가를하였다

.

내화피복재는

3

시간내화성능의 요구치가

40mm

이나

25mm

만뿜칠후내화실험을실시하였다

.

또한강재표면이부착강도에미치는영 향도확인하였다

.

^실험결과

TSC

^합성보에

25mm

^{의내화피복재를뿜칠한경우재하와비재하시험모두}

3

시간의내화성능을확보하는것으로나타났다

.

^{재하와비재하에대한내화성능기준으로온도를비교하면}

,

평균온도는

250

^o

C

이하

,

최고온도는

310

^o

C

이하가되었다

.

또한보의형상및메탈라스의부착유昭

´

등 에의한온도의영향은없었다

.

ABSTRACT

In this study, the fire resistance performance of a simple support composite beam, which was sprayed with fire protection coatings, was evaluated. Primary valuables of the study are loading and unloading, shape of composite beam and metal lath of the web. The thickness of the fire protection coating to the three hour resistance is 40mm, but the fire resistance test was performed with 25mm coatings. The test result showed that TSC composit beams with 25mm fire protection coatings can resist on fire for three hours at the both loading and unloading tests. Average and maximum temper- atures were less than 250

^o

C and 310

^o

C respectively, compared with the standard temperatures for fire resistance on the loading and unloading tests.

Keywords :

TSC composite beam, Fire resistance, Loading and unloading, Fire protection coating

1. 서 론

원자재가격의급등은건축구조분야에도성능이향 상된 새로운 복합구조의 개발을 유도하고 있다

.

복합 구조는 기존에 사용되던 강재와 콘크리트를최적으로 조합하여성능을 향상시키는 방법부터 프리캐스트공 법의개발및적용

,

^{철근콘크리트 구조의성능향상등}

을 유도하고있다

.

^1,2) 특히 강재와 철근콘크리트의조 합으로구성된복합구조또는합성구조는이미새로운 형상이 이미다수개발되어적용되고있다

.

합성구조는강재와 콘크리트의조합으로기존 철골

또는 철근콘크리트 구조에 비해 일부 성능이 향상될 것으로판단된다

.

특히합성구조의내화성능은외부에 노출된강재에비해콘크리트에의한축열효과와콘크 리트내부의잉여수등으로내화성능향상이기대된다

.

그러나 합성구조의내화성능평가는 여전히 초기단계 이며

,

부재형상과하중재하의영향

,

온도특성에의한 전단연결재의평가

,

^{내화피복재의종류및열정수의확}

인등은계속연구되어야할부분이다

.

^3-6)

이에본연구에서는내화피복재를 뿜칠한 단순지지

TSC

합성보에대해하중재하와 합성보의형상

,

웨브

에설치한 메탈라스의영향등을변수로 내화성능평 가를 하였으며

,

강재표면이 부착강도에 미치는 영향 도확인하였다

.

†

E-mail: [email protected]

2. 실험 계획

2.1실험계획

실험은단순지지합성보에대해실험체의형상과메 탈라스 유·무

,

하중 재하유·무등을변수로 계획하

였다

. T2-U

^{는기준실험체로동일조건으로두개의실}

험체를제작하여실험하였다

.

실험체변수는

Table 1

과 같으며

,

총

6

개의실험체를제작하였다

.

실험체형상은

Figure 1

과같이상부플레이트

(

또는

상부플랜지

)

와수직재

(

또는웨브

),

하부플레이트

(

또는

하부플랜지

)

로구성된보를

TSC

보라하며

,

상부플

랜지가바깥으로 나간확장형형상은

TSC II,

^상부플

랜지가안으로폐쇄된 형상은

TSC IV

로구분하고

,

일

반적인철골의

H

형강도포함하였다

.

또한하중은비재 하와재하로구분하여하중가력의영향을평가하였고

,

재하하중은허용응력설계에의한부재내력으로산정하 여

2.3

절에정리하였다

.

보측면은

KS F 4552

의메탈라스

(

평평라스 제

1

호

)

를웨브 춤의

1/2

만큼설치하였으며 석재에폭시 본

드와핀을이용하여메탈라스를측면에고정시켰다

.

메

탈라스는

TSC II

실험체에적용하였으며

,

그외

TSC

IV

와

H

형강에는설치하지 않았다

.

내화피복재의 주원료는질석계이며

, 25mm

뿜칠후

3

시간 내화시험을 수행하였다

.

시험에 적용된 피복재

는

3

시간에대해

40mm

두께로한국건설기술연구원장

으로부터내화인정을받은제품이다

. Table 2

는내화피 복재의 중량배합비이다

.

실험체는

Figure 1, Figure 2

와같이길이가

5.0m

이고

,

슬래브폭은

600mm,

보춤

은슬래브두께

150mm

를포함하여

550mm

이다

.

TSC

보단면은

400 × 270 × 6(

춤

×

폭

×

두께

, mm)

이

고

, H

형강은내화구조인정및관리업무세부운영지침 에 따라

H-400 × 200 × 8 × 13(mm)

^{을 적용하였다}

.

^{7) 강}

재표면에는방청페인트도장후내화피복재를도포하 였으며

,

^{내화피복재에의한부착강도의영향을검토하였다}

.

실험체제작에 사용된 재료는콘크리트의 압축강도

27MPa(f

ck

= 270kgf/cm

²

)

이고

,

강재의 항복강도

(

σy

)

는 Table 1.

Specimen Parameters

No. Name Shape Load Lath

1 T4-U-1 TSC IV unloading exclude 2 T2-U-1 TSC II unloading include 3 T2-U-2 TSC II unloading include

4 T4-L-1 TSC IV loading exclude

5 T2-L-1 TSC II loading include

6 H-L-1 H Shape loading exclude

Figure 1.

Cross section of specimen (unit: mm).

Table 2.

Weight Mix Proportion of Fire Resisting Material

Classfication Vermiculite Cememnt Gypsum Calcium Carbonate Additive

Weight Ratio (%) 30 24 23 6 17

235MPa(SS400, F

y

= 2,400kgf/cm

²

)

^이며

,

^{철근의 항복강}

도는

400MPa(f

y

= 4,000kgf/cm

²

)

이다

.

콘크리트와 강재 의재료특성은 검사증명서

(Mill sheets)

^{값을적용하였}

으며

,

각각

Table 3, Table 4

와같다

.

2.2 실험방법

재하및 비재하시시험체의 표면온도 측정을위해

열전대를

Figure 3

과같이부착하였다

.

열전대는가열로

의내폭이

4m

이므로

1/4, 2/4, 3/4

위치에각각

4

개씩 표면에 설치하였고

,

열전대는

KS C 1615

또는

KS C 1602

^의

0.75

^{급이상의성능을가진}

K

^형이다

.

^열전대설

치는열전대의소선을

3

회이상접점을발생시켜설치 위치의철골단면중앙부분에위치하도록하였다

.

⁷⁾

성능평가에 대한 판정기준은 재하시험의 경우

, KS F 2257-1

에의해허용변형량

(D = L

²

/400d)

과허용변형

속도

(dD/dt = L

²

/9000d)

를모두초과시구조적 붕괴로

판정하며

, L/30

을초과하지않아야한다

.

비재하시험의

경우 측정한 강재 단면의 평균온도가

538

^o

C(1,000

^o

F),

최대온도

649

^o

C(1,200

^o

F)

를넘지않아야한다

.

본실험 의경우하중 지지력판정기준에 의한변형량과변형 속도는 다음과같다

.

⁸⁾

각실험체는표준화재곡선에의해가열실험을수행하 였으며

,

^{실험체의셋팅과가력상황은}

Figure 2, Figure 4

와같다

.

가력은두개의오일잭을이용하여

4

점가력 하였고

,

^{처짐은변위계를이용하여중앙에서측정하였다}

.

2.3재하하중산정

재하하중은 건축 구조 부재의 내화시험방법

(KS F D = L 400d --- = 4 200

²

400 550 --- = 80.2 mm

^,× ² ( )

dD dt

--- = L 9 000d --- = 4 200

, ²

9 000 --- = 3.56 mm/min

, ^, ×

550

² ( )

30 L

--- = 4 000 --- = 140 mm

^,

30

( ) Table 3.

Material Properties of Concrete

Slump

(cm) W/C

(%) S/a

(%) Cement Unit Weight (kg/m

³

)

18 47.0 47.0 347

Table 4.

Material Properties of Steel

σy

(MPa)

^σu

(MPa) Elongation (%)

TSC II 311 459 25

TSC IV 295 458 27

Figure 2.

Plan view of test set up.

Figure 3.

Detail of thermocouple.

Figure 4.

Photo of test set up.

2257-1)

^{에의하면시험하중은구조규준에서규정된설}

계방법또는의뢰자가제시한사용하중으로구분하고 있다

.

^{8)본실험에서는}

2003

^{년개정된허용응력설계법에}

의해하중을산정하였고

,

기준에의해산정한하중을재 하하중으로 하였다

.

^{9) 하중산정시 형상은}

Figure 1

의

TSC

보를기준으로하였으며

,

기호표시는

Figure 5

와같다

.

1)

재료정수

·강재

(SS400)

^항복강도

: F

y

= 235MPa

·콘크리트압축강도

: f

ck

= 27MPa

·스터드커넥터

:

^φ

16 @200

·

TSC

합성보

(400 × 270 × 6)

단면적

:

· A

f

= 980mm

² t

y

f

= 393mm

· A

w

= 4,608mm

² t

y

w

= 198mm

· A

p

= 2,220mm

² t

y

p

= 13mm

· A

s

= 7,808mm

² t

y

s

= 169.9mm

·

TSC

합성보

(400 × 270 × 6)

단면

2

차모멘트

:

· I

s

= 1.64 × 10

⁸

mm

⁴

2)

합성단면의단면계수

·콘크리트탄성계수

:

· E

c

= 4,700 = 24,422N/mm

²

·강재의탄성계수

: E

s

= 206,000N/mm

²

·탄선계수비

:

·콘크리트등가단면

:

·콘크리트등가

2

^차모멘트

:

·

·강재단면의도심

:

·

·콘크리트단면의 도심

:

·

·합성단면의 도심

:

·

·환산단면

2

^차모멘트

:

·

= 6.04 × 10

⁸

(mm

⁴

)

·합성단면의 인장측단면계수

:

·

·합성단면의 압축측단면계수

:

·

3)

재하하중산정

(P = 162kN

로가정

)

재하하중은

(4)

항의휨응력 검토시콘크리트와강재 의응력이만족하는조건으로검토하였다

.

·부재의고정하중

·콘크리트

자중

: 4.66kN/m

· TSC

보중량

: 0.60kN/m

·고정하중산정

:

· (4.66 + 0.60) × 4.2 = 22.1kN

·모멘트산정

:

· M

max

(= M

D

+ M

L

) = 1.3P = 239kN

·

m

4)

^{휨응력검토}

휨응력검토는 동바리를설치하는경우와 설치하지 않는 경우로 구분하는데

,

실험체 제작 조건이 바닥에

TSC

보를놓고 철근배근 후콘크리트를타설하므로 동바리 설치와 동일한 조건이 된다

.

그러므로휨응력 은동바리를설치하는경우로 검토하였다

.

·강재의인장응력검토

:

·

·

· F

b

= 0.66F

y

= 155.1(N/mm

²

) O.K

·콘크리트의 압축응력 검토

:

·

f

ck

n = E E --- = 8.44

^sc

A

c

n--- = 10 664mm

^{, 2}

I

c

n--- = b

e×

t

s3

--- = 2.0 10 12n

^{× 7}

mm

⁴

t s

y = A

^f×t f

y + A

w×t w

y + A

p×t p

y A

f

+ A

w

+ A

p

--- = 169.9mm

t c

y = 40 + 152--- = 475mm y

t 0

= A

^s×t s

y + A

c

/n

×t c

y A

s

+ A

c

/n

--- = 346.0mm

I

tr

= I

s

+ A

s(t 0

y

− t s

y

)²

+ I n--- +

^c

A

c

n--- y

(^{t c −} t 0

y

)²

S

te

= I

t o

--- = 1.75 10 y

^{tr × 6}

mm

³

S

ce

= I

t 0

--- = y

^tr

I

tr

H + t

s − t 0

y

--- = 2.96 10

^{× 6}

mm

³

f

b

= M

^D

+ M

L

S

te

--- F

≤ b

f

b

= 239 10

^{× 6}

1.75 10

× ⁶

--- = 136.6 N/mm

^{( 2)}≤

F

b

f

bc

= M

^D

+ M

L

nS

ce

--- F

≤ bc

Figure 5.

Detail of shape.

·

· F

bc

= 0.4F

ck

= 10.8(N/mm

²

) O.K

5)

재하하중

가정한 하중

(P = 162kN)

에 대해 강재의 인장응력과

콘크리트의압축응력이허용응력이내이므로재하하중 은

Figure 2

와 같이

2P

로 산정하면

, 2P = 2 × 162 =

324kN(= 33tf)

을실험시재하하중으로하였다

.

재하하중은

TSC II

^와

TSC IV

^{의단면계수가동일하}

므로

TSC

보에 대해서는모두동일한 하중으로가력

하였다

.

또한

H

형강의경우 재하시양쪽에 덮개가설 치되어 횡좌굴이 발생하지 않는 조건이 되므로 이를 고려하여재하하중을

265kN(= 27tf)

으로하였다

.

2.4방청도장의목적및시험방법

건축공사표준시방서에 의하면강재에는 바탕만들기 후 녹막이도장을 하는데

,

바탕만들기를 한강재 표면 은녹이발생하기쉽기때문이다

.

강재표면의 녹막이

도장재료는

KS M 6030

의

1

종에해당하는광명단조

합페인트를사용하며

,

녹흑피등의오염물을제거후 붓및롤러

,

뿜도장

(

스프레이

)

등으로시행한다

.

¹⁰⁾

한국건설기술연구원의 내화구조인정을위한 성능시 험은강재표면에방청도장을실시한후뿜칠재를도포 하여 시험을 진행한다

.

그러나 일부 현장에서는 방청 도장이 부착력을 저감시킨다고 판단하여내화시험전 방청도장에의한부착강도의 영향을평가하였다

.

1)

부식이론

강재표면에방청도장을실시하는목적은부식방지이 다

.

강재 부식은 전기화학적 반응으로철이 이온으로 용출되면서 전자를 방출하여 반응 하는 애노드

(

음극

)

반응

(Anode reaction)

^{과수용액 중 용존산소가 전자에}

의해환원되는캐소드

(

양극

)

반응

(Cathod reaction)

이동 시에 진행한다

.

외부이온이 존재하지않는 경우의 철 근부식반응은 식

(1)~

식

(3)

으로표현된다

.

이때 생성 된수산화제일철은

(Fe(OH)

2

:

녹

,

부식

)

식

(4)

의반응에

의해수산화제이철

(Fe(OH)

3

)

이되고

,

이것이강알칼리

환경에서변화해서 γ

-Fe

2

O

3

-nH

2

O(

^부동태

:

^{부식정지상}

태

)

가된다

.

¹¹⁾

강알칼리환경하에철근이존재할경우철근의표

면에

2~6

µ

m

두께의 부동태

(Passivity)

피막이라는 산화

피막

(

^γ

-Fe

2

O

3

-nH

2

O)

^{이 형성되어 부식으로부터 철근을}

보호하게 된다

.

일반적 뿜칠 내화피복재는 수화 생성 물인 수산화칼슘

(Ca(OH)

2

)

^{용액에 의해}

pH

^{는 약}

12.0~13.5

이상으로강한알칼리상태이다

.

¹²⁾따라서강

재표면에뿜칠내화피복재를피복할경우철근표면의 부동태피막에 의해부식을방지할 수있다

.

Fe

→

Fe

²⁺

+ 2e

⁻

(

애노드반응

)

식

(1) 1/2O

2

+ H

2

O + 2e

⁻→

2OH

⁻

(

캐소드반응

)

식

(2) Fe + 1/2O

2

+ H

2

O

^→

Fe(OH)

2

(

^전체반응

)

^식

(3) Fe(OH)

2

+ 1/2H

2

O + 1/4O

2→

Fe(OH)

3

(

부동태생성반응

)

식

(4)

2)

방청도장의목적

금속이녹슬게 되는것은 공기·물·이산화탄소등 의작용에 의한것이므로

,

방청도료는 이것들과 금속 면과의 접촉을 방지하고 또 화학적으로 녹의 발생을 막는두가지작용을한다

.

도료는통상적으로방청능 력및부착력이좋은성능을보이는연단

(Pb

3

O

4

)

방청 도료가적당하다

.

3)

부착강도시험방법

부착강도시험은한국산업규격

KS F 2902

에의해실 시하며

,

부착강도는식

(5)

에의해계산한다

.

부착강도는 파괴모드에따라재료내부에분리가발생하는점착파

괴

(cohesive strength)

와바탕면과내화뿜칠재의접착면이

분리되는접착파괴

(adhesive strength)

로구분된다

.

B = F/A

식

(5)

B:

^부착강도

(N/mm

²

), F:

작용된힘

(N)

A:

^{원통형 접시의면적}

(mm

²

)

f

bc

= 239 10

^{× 6}

8.44 2.96

^{× ×}

10

⁶

--- = 9.57 tf/cm

( ²)≤

F

bc

Figure 6.

Photo of adhesion test set up.

부착강도 시험은

300 × 300(mm)

동일한 크기의 철 판을방청도장과자연녹상태의부식

,

^{바탕만들기초}

기상태의강판등으로구분하여

3

개씩제작하였다

.

제 작된철판위에내화피복재뿜칠후

1

^{개월간자연양}

생하여 동일한 지름

(83mm)

의부착력 시험용 캡을에

폭시본드를이용하여부착시켰다

.

에폭시본드가완 전히 굳은후만능재료시험기

(UTM)

를사용하여 내화 뿜칠 피복재와 철판의 부착력을측정 하였으며

,

가력

속도는

10mm/min

이다

. Figure 6

은 시험체 제작 상황

이다

.

^{위로부터 자연녹 상태와 방청도장}

,

^{바탕만들기}

초기상태로 구분된다

.

3. 실험 결과 및 고찰

3.1부착강도시험결과

Table 5

는부착강도시험결과이다

.

부착강도시험결과 철판의 상태에관계없이 기준치 인

363 × 10

⁻⁴

(N/mm

²

)

이상이확보되었다

.

그러나방청 도장의 경우자연녹상태의 부식이나바탕만들기초

기상태 강판면

(bared steel)

에 비해 부착강도는 약

15~20%

^{저하되었다}

.

일반적으로부식철판위에뿜칠된 내화피복재는 양 생기간이 길어짐에따라녹에의한 박리현상의 발생 우려가있으며

,

양생기간이

6

개월이상으로증가되면

부착력은 초기

1

개월보다상승한다

.

^11,13)그러므로강

재표면 위의 방청도장 뿜칠은 양생 후

1

개월에 의한 단기적인 부착강도의 평가와함께 장기적인 조건들을 고려하여야 한다

.

실험에 적용된 뿜칠 내화 피복재의 경우부착력은강재면의상태에따라기준부착강도에 는큰영향을 받지않는것으로나타났다

.

3.2실험 결과

Table 6

은재하 및비재하에의한 합성보 실험결과

이다

.

내화성능 판정기준은비재하 피복재 시험의 경 우평균온도와최고온도로관리하나

,

재하는변형과변 형률로내화성능을평가한다

.

그러나

Table 6

에는재하 시험도 변형

,

변형률과 함께온도를 같이명기하였으 며

,

평균온도는각

A, B, C

단면

(Figure 3

참조

)

중최 고온도로 하였다

.

시험결과

TSC

보를합성보로제작하여

25mm

의내

화피복재를뿜칠한 경우재하와 비재하시험모두

3

시

간

(180

분

)

의 내화성능을 확보하는 것으로 나타났다

.

온도를 기준으로 보면 평균온도와 최고온도 각각

20

정도의 오차를보일뿐거의 동일한온도를 나타내고 있다

.

특히시험변수로선정된보의형상및메탈라스 의부착유·무

,

재하 유·무등에의한온도의 영향 은 확인되지 않았다

.

그러나

H

형강의 경우 내화성능 시간은

112

분이며

,

온도를 기준으로 하면

105

분으로 Table 5.

Relation of Adhesion Strength and Finish States

of Steel Plate (× 10

⁻⁴

N/mm

²

) Corrosion

Steel Protected

Corrosion Paint Bared Steel

1st 570 480 590

2nd 580 490 570

3rd 580 480 590

Average 577 483 583

Table 6.

Summary of Test Results Name

Allowable Average Temperature or

Deflection over Time Allowable Max. Temperature or

Strain Rate over Time Fire Resistance Time (min) Time (min) Temperature/Deflection (mm) Time (min) Temperature/Strain Rate (mm/min)

T4-U-1 180 237.3 180 308.6 180

T2-U-1 180 242.2 180 298.1 180

T2-U-2 180 250.1 180 306.6 180

T4-L-1 180 244.2 10.2 180 301.2 0.2 180

T2-L-1 180 237.4 10.0 180 287.4 0.7 180

H-L-1 106 112 590.9 90.2 105 109 649.8 4.2 112

TSC

^{합성보에비해상당히저하되었다}

.

Figure 7~Figure 9

는

TSC

합성보와

H

형강 보의시 험전·후의모습이다

. H

^{형강실험체의경우하부플}

랜지의피복재가휨변형에의해탈락되어급격한온도 상승과 함께내력이 저하되었으며

,

^{단부가 크게 변형}

되었다

.

반면

TSC

보실험체는 재하 및비재하 실험

모두실험종료후에도내화피복재의탈락이발생되지 않았다

.

각실험체의실험진행양상을육안관찰한결 과수증기 발생및상부슬래브수분발생

,

^{마구리면의}

수분분출순으로수증기및수분이 관찰되었으나

,

분 출시점은각실험체마다상이하였다

.

Figure 10

은비재하실험체의온도와시간그래프이

며

, Figure 11

^{은재하실험체의변형과시간그래프이다}

.

비재하실험체의경우최고온도와평균온도모두실험 체의 종류및형상에 따른 차이를 보이지 않고있다

.

또한 재하실험체의 경우변형과 시간 그래프는

H

형

강의 경우큰 차이를 보이고 있으나

, TSC

^보실험체

는형상과 메탈라스부착에 의한영향은 없는것으로 나타났다

.

3.3위치별온도분포

Table 7

은비재하 실험체의 각 단면에 부착한 열전

대의온도분포를실험이종료한시점

(180

분경과

)

으로 정리한것이다

.

열전대부착번호는

Figure 3

과같이

A

Figure 7.

T2-U-1 specimen before test.

^{Figure 10.}

Temperature development against time of unloading specimen.

Figure 11.

Mid span deflection against time of loading specimen.

Figure 8.

T2-U-1 specimen after test.

Figure 9.

H-L-1 specimen after test.

단면부터

1~4, B

단면

5~8, C

단면

9~12

번순서이다

.

가열로 내부는 동일한 온도를

KS

^{규격에서 제시하}

고 있고

,

적정한 압력으로 온도를 관리하도록 되어있

다

.

^{측정결과열전대의온도는열전대의단면위치}

(1~4,

5~8, 9~12

번각위치

)

로구분하면

,

하부플랜지에서가

장높은온도를보인다

.

또한측정위치

(A, B, C

단면

)

에의한차이는 양단부보다중앙부가다소높은경 향을 나타내고 있다

.

^{단면위치별온도분포 차이는 최}

대온도를기준으로약

100~150

^o

C

정도차이를 보이고

있으나

,

^{측정위치별온도차이는약}

10

^o

C

정도로온도 차이가 크지않다

.

단면위치에따른영향의경우

,

열전대

1

번과

2

번

(

또 는

5

번과

6

번

, 9

번과

10

번

)

은 모두하부 플랜지에부 착되어 있으나

, 1

·

5

·

9

번과

2

·

6

·

10

번의 온도차는 약

50

^o

C

에달한다

.

이러한 경향은

2

·

6

·

10

번의경우 보중앙부에열전대가설치되어

1

·

5

·

9

번의보단부 에비해상대적으로콘크리트에의한열흡수가우수하

였기때문으로판단된다

.

그러므로

TSC

합성보가

H

형

강보에비해 최고온도가낮은이유도 콘크리트에의 한열흡수로유추할수있다

.

3.4실험변수의영향

Figure 12

는실험변수로선정한 하중재하여부와메

탈라스 설치유·무따른각실험체의평균온도와최 고온도에대한비교이다

.

하중재하와비재하의경우평가방법이상이하나온 도를기준으로보면차이를보이지않고있다

.

또한메

탈라스설치 유·무에 따른 영향은 비재하의 경우 온 도를기준으로보면큰차이가 없어메탈라스유·무 의영향은 없다고판단된다

.

보측면의메탈라스는내 화피복재 뿜칠시자중에 의한뿜칠재의처짐과 이로 인한부착강도저하및내화성능저하를 우려하여설 치하였으나

,

^{본실험대상의경우보춤이낮아이러한}

우려는확인되지않았다

.

또한보춤과부착강도의관 계는추가적인검토를 통해확인할 필요가있다고 판 단된다

.

실험체 형상의영향은

Table 6, Figure 12

를검토하

면

,

상부 플랜지 형상에 의한온도와 변형·변형률의 구분은없으며

, H

형강과 비교시온도및변형량·변

형속도에큰차이를보이고있다

.

이러한

TSC

보와

H

형강의 차이는

TSC

^{보의경우 내부에콘크리트가 타}

설되어콘크리트부분이고온에서온도를축적시키고

,

일부콘크리트내부의잉여수가온도를저하시키는효 과를발휘하기때문으로판단된다

.

4. 결 론

본 연구에서는 단순지지 합성보

(TSC

합성보

)

에 대 해하중재하와웨브에메탈라스설치의영향

,

보의형 상 등을 변수로 내화 실험을 수행하였으며 실험결과 다음과같은결론을 얻었다

.

1. TSC

합성보에

25mm

의질석계 내화피복재를 뿜

칠한경우 재하와비재하시험모두

3

시간의 내화성능 을확보하는 것으로 나타났다

.

재하와 비재하에 대한 내화성능기준으로온도를비교하면

,

평균온도는

250

^o

C

이하

,

최고온도는

310

^o

C

이하가 되었다

.

또한

TSC

보 의경우

,

형상및메탈라스부착유·무 등에의한온 도의영향은

5%

이내로 거의없는것으로나타났다

.

Table 7.

Summary of Thermocouple of Unloading Speci- men (at 180minute)

Specimen

Thermocouple No. (

^o

C)

1 2 3 4

5 6 7 8

9 10 11 12

T4-U-1 251.1 211.3 256.2 150.0

308.6 249.3 252.9 138.3 295.1 238.8 251.3 138.6

T2-U-1 297.3 243.0 243.5 185.1

298.1 243.5 238.5 177.7 288.0 246.4 246.4 145.7

T2-U-2 304.3 279.5 257.7 159.0

306.6 259.3 241.8 158.5 301.5 239.1 243.3 168.4

Figure 12.

Relation of load-temperature and lath-temperature.

2.

열전대의측정위치에따른온도차이는없었으나

,

단면위치에의한온도차이가크게나타났다

.

^단면위치

에의한온도차는 하부 플랜지모서리의온도가 가장 높고슬래브쪽으로올라갈수록저하되었으며

,

^하부플

랜지모서리의온도와하부플랜지중앙부의온도차는 약

50

^o

C

에 달했다

.

이러한차이는 보하부플랜지 중 앙부가단부에비해콘크리트에의한열흡수가우수하

였기 때문으로 판단되며

,

이러한 이유로

TSC

합성보

가

H

형강 보에 비해최고온도가 낮은 것도콘크리트 에의한열흡수로유추할수있다

.

3.

철판의상태를자연녹상태와

,

방청도장

,

바탕만

들기초기상태로구분한부착강도시험결과철판의상 태에구분없이부착강도기준치인

363 × 10

⁻⁴

(N/mm

²

)

이상이확보되었다

.

그러나방청도장을실시한경우자 연녹상태나바탕만들기초기상태강판면

(bared steel)

에비해부착강도는약

15~20%

저하되었다

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