기존에 연구 개발 된 충전강관기둥(ACT1)은 공장제작의 한계로 크기 제한(최대:618×618)이 있어 대형 기둥에 적용하기 어려운 부분이 있으며 좁은 내부공간으로 인해 구조적 보강부재 설치 위치는 기둥의 외부에 처리해야만 하는 한계가 있다. 따라서 기존 단면구성에 성형판 대신 후판을 사용하여 모멘트 접합의 유리함과 하중전달을 원활하게 할 뿐만 아니라 기둥의 타설압을 지지하는 내부 구속효과만으로 내력을 증대시키는 연구를 하고자 한다. 연구수행 내용으로는 합성메가기둥의 단면 형상을 구성하고 내부구속효과를 나타내는 바인딩프레임의 형상을 제안하였다. 제안된 기둥 단면과 바인딩프레임형상으로 타설압에 따른 변형검토를 위해 수압실험 및 유한요소해석을 수행하였다. 충전된 기둥의 거동을 파악하고자 콘크리트 충전 유무, 바인딩프레임의 면적, 간격과 편심을 변수로 총 15개 실험체 중 중심압축실험체 6개, 편심압축실험체 9개를 수행하였다. 연구수행결과를 통해 얻은 내용을 분석하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.

(1) 대형기둥에 적용하기 위하여 합성메가기둥의 단면구성은 절곡된 앵글부재(리브)와 중앙부에 두꺼운 후판을 설치하여 판폭두께비 완화와 하중전달을 원활하게 시켰다. 구조적 안전을 위한 바인딩프레임 설치로 내부구속효과를 구현하였다.

(2) 중앙부 후판에는 연결된 보에 의해 전달되는 부재력(인장력과 모멘트)를 가지고 있기에 이를 지지하기 위한 연결 매체인 바인딩프레임(L형강으로 구성된 8각형태)을 도출 하였다. 제안된 형상은 콘크리트 측압과 보 플랜지의 단순 인장력에 지지 할 수 있는 L형강으로 후판의 가장자리에 설치할수록 기둥 내력증가 효과를 가져 온다.

(3) 합성메가기둥 내부에 바인딩프레임을 보강한 단면 검토를 위해 유한요소해석 및 수압실험을 수행하였다. 수행 결과 바인딩프레임 효과는 초기강성 2.1배 증가와 10m 타설압의 변형검토 제한 2.5mm를 만족 하였다. 제안된 단면과 형상은 매우 효과적인 결과를 얻는 것으로 판단된다.

(4) 바인딩프레임으로 구속 된 합성메가기둥의 중심압축실험 결과 KBC-2016 합성기둥 설계내력을 만족시켰다. 무충전 실험체는 제시된 기둥강관의 내력을 평가하기 위함이며 설계 내력의 58% 내력을 확보하였다. 바인딩프레임 보강 시 설계내력 대비 편심 0.25, 0.5D 각각 2, 14% 내력 증가를 보였으며 보강간격과 보강단면적에 대해 각각 20, 18% 내력 증가를 보였다. 이는 바인딩프레임과 콘크리트 간의 합성효과로 강성 및 내력 증가에 영향을 주는 것으로 판단된다.

(5) 합성메가기둥의 콘크리트 충전 유무에 따른 변형성능은 무충전 대비 20∼185%의 변형성능을 보였다. 편심 0.5D가 0.25D에 비해 변형성능이 좋은 것으로 확인되며 변형성능에 대해 바인딩 효과는 무충전시 18%, 충전 시 182% 증가로 합성메가기둥의 연성적인 거동을 보이는 것으로 판단 된다.

(6) 합성메가기둥의 편심 효과에서 바인딩프레임 보강의 유무는 편심비 0.25D에 강성 13% 증가, 내력 2%증가를 보였으며, 편심비 0.5D에서 강성 약 8%감소, 내력 5% 증가를 보였다. 바인딩프레임의 보강 변수로 보강단면적 2배는 기본보강면적 대비 강성 6% 감소, 내력 최대 4% 증가 하였고, 보강간격에 대해 강성 5%감소, 내력은 8% 증가를 보였다.

(7) 제안된 합성메가기둥의 유효 휨 강성과 실험값으로 산출된 결과, 절곡된 모서리 강재의 리브만으로는 KBC-2016에서 제시된 유효 휨강성을 만족하지 못하기에, 내부구속 효과를 발휘하기 위해서는 바인딩프레임 보강이 요구된다.

There are some limitations on the size of the concrete filled tube columns(ACT1) that have been developed and developed (Maximum : 618×618), which is difficult to apply to a large column and limit that the structural reinforcement member installation position must be disposed outside the column due to the narrow internal space.
In this paper, we propose a new method to increase the strength by using the internal Confinement effect to support the pushing force of the column as well as to facilitate the advantage of the moment bonding and the load transfer by using a thick plate instead of the plate.
As a result of the research, I proposed a shape of the binding frame which composes the cross-sectional shape of the Composite Mega Column and shows the internal confinement effect. Hydraulic tests and finite element analyzes were carried out to investigate the deformation according to the applied pressure in the proposed column section and the shape of the binding frame. In order to investigate the behavior of filled columns, six specimens with central compression and nine specimens with eccentric compression were selected from 15 specimens, with concrete filling, presence of binding frame, area, spacing and eccentricity.
The results of this study are analyzed and the following conclusions are drawn.

(1) In order to apply to a large column, the cross section of the Composite Mega Column is provided with a bent angle member(rib) and a thick plate at the center, so as to mitigate the width-thickness ratio and the load transfer. The internal Confinement effect is realized by installing the binding frame for structural safety.

(2) Since the load transferred from the thick plate has a tensile force and a moment, an octagon shaped binding frame composed of L-shaped steel was developed. The proposed shape is L-shaped steel which can support the lateral tension of concrete and simple tensile force of beam flange. The proposed shape increases the strength of the column as it is installed on the outside of the plate.

(3) Finite element analysis and hydraulic tests were carried out to investigate the cross section of Composite Mega Columns and binding frames. As a result, the binding frame effect satisfied the initial stiffness of 2.1 times increase and the limit of deformation examination of 10m put pressure. The proposed cross section and shape are considered to have safety.

(4) The center compression test results of the Composite Mega Column constrained by the binding frame satisfied the KBC-2016 composite column design strength. The non-filled test specimens were used to evaluate the strength of the proposed column steel pipe and secured 58% of the design strength. When the binding frame is reinforced, the eccentricity of 0.25 and 0.5D is increased by 2 and 14%, respectively, compared with the design strength, and 20 and 18% of the reinforcing interval and the reinforcing cross-sectional area are increased, respectively. It is believed that the effect of the composite effect between the binding frame and the concrete is influenced by the stiffness and strength.

(5) The deformation performance of Composite Mega Columns with or without concrete filling was 20~185%. The eccentric 05.D showed better deformation performance than 0.25D, and the confinement effect(non-filled concrete) was 18% higher than deformation performance and 182% increased the deformation performance.

(6) In the eccentricity effect of the composite mega column, the presence of the reinforcement of the binding frame showed 13% increase in stiffness and 2% increase in eccentricity ratio of 0.25D and 8% decrease in stiffness and 5% increase in strength at eccentricity ratio of 0.5D. As a reinforcement parameter of the binding frame, the reinforcement cross-sectional area doubled by 6% compared to the basic reinforcement area, the maximum strength was increased by 4%, the stiffness decreased by 5%, and the yield strength increased by 8%. The cause of the initial stiffness reduction is judged by the presence of concrete buffer.

(7) As a result of calculation of the effective flexural stiffness and experimental value of the proposed composite mega column, the ribs of the bent corner steel do not satisfy the effective flexural stiffness shown in KBC-2016, and reinforcement of the binding frame is required to exhibit the internal confinement effect .