본 논문에서는 표준화재에 노출된 철근콘크리트 보의 내화 성능평가를 위한 잔존 강도비를 실험적으로 확인하여 제안하고자 한다. 국내에는 철근콘크리트 구조가 법정 내화구조로 규정되어 있어 별도의 내화대책을 요구하지 않은 환경 때문에 부재의 잔존 강도비 등 화재시 철근콘크리트 부재의 구조적 거동 특성에 대한 연구가 미미한 상황이다.
화재시 고온에 노출된 철근콘크리트 부재 강도는 감소하지만 요구되는 내화시간까지 성능을 발휘하여야 한다. 그리고 화재시 부재가 부담해야할 하중도 상온시와 비교하면 차이가 발생한다. 이러한 차이를 고려하지 않고 상온시 하중으로 내화성능을 평가한다면 과다한 하중을 부재에 가하게 되며, 이 경우 부재는 과도한 변위가 발생하고 요구되는 시간까지 성능을 확보하지 못 할 수도 있는 문제가 발생한다. 이에 철근콘크리트 보의 내화성능 평가에 적용 가능한 적정 잔존 강도비를 제안하는데 본 논문의 의의가 있다고 하겠다.
표준화재에 노출시킨 일반강도 철근콘크리트 보의 내화시험 결과를 고찰하고 500℃ 등온선법에 따른 유효단면적비와 비교하여 화재저항모멘트에 따른 잔존 강도비를 아래와 같이 제안하고자 한다.

1) 철근 콘크리트 보의 내화시험 결과 변위 및 변위변화율을 기준으로 모두 3시간의 내화성능을 만족하였다. 그리고 철근 온도를 기준으로 폭이 200㎜ 인 SB-200-2.0, SB-250-2.0 시험체에서 평균온도 기준인 538℃를 초과한 결과를 보인 것을 제외하고 모든 시험체에서 평균온도 기준인 538℃ 및 최고온도 기준인 649℃를 초과하지 않았다.
2) 단면적에 따른 내화성능 확인하기 위하여 424.5℃～572.4℃로 측정된 철근의 평균온도와 단면적과의 관계에 대하여 상관분석을 수행하였고, 상관계수가 ?0.859로 확인되어 유의미한 상관관계를 보이는 것으로 확인되었다. 피복두께 40㎜의 동일한 조건에서도 단면적이 클수록 철근의 온도상승폭을 감소시켜 내화성능을 향상시키는 것으로 판단된다. 즉 내화시간동안 단면적에 따라 축열되는 열용량이 철근의 온도에 영향을 주는 것으로 판단된다.
3) 휨능력에 영향을 미치는 철근의 잔존 강도비가 0.5～0.8 사이에서 변위는 50㎜이하를 보이는 것으로 확인되었다. SB-200-2.0, SB-200-2.5 시험체는 철근의 강도 감소가 상대적으로 적게 발생하였음에도 폭과 단면적이 작아 다른 시험체에 비하여 상대적으로 많은 변위를 보인 것으로 판단된다.
철근의 강도 감소가 보의 휨성능에 영향을 미치지만 단면적도 철근의 온도와 상관관계를 있으므로 보의 휨거동에는 단면적과 철근의 온도 변화가 복합적으로 작용하여 영향을 주는 것으로 판단된다.
4) 500℃ 등온선법을 이용한 유효단면적비는 3시간 내화성능에서 0.62～0.85의 범위를 보이는 것으로 나타났고, 화재저항모멘트로 산출한 잔존 강도비는 0.51～0.71를 보인 것으로 확인되었다. 동일 단면에 대하여 유효단면비가 잔존 강도비보다 큰 값을 보이며 그 차이는 17%～34%로 확인되었다.
탄산질 골재 콘크리트를 기준으로 제안된 500℃ 등온선법에 대하여 국내에서 골재 등 재료적 특성을 반영하여 국내 환경에 적합하도록 500℃ 등온선법의 수정을 위한 후속 연구도 필요하다고 판단된다.
5) 본 논문에서 제안하고자 하는 철근 콘크리트 보의 내화성능 평가시 재하하중 산정에 적용하는 잔존 강도비는 내화시험을 통하여 확인한 단면을 대상으로 하면 구조 부재의 화재안정성과 안전율을 고려하여 400㎜ 단면의 잔존 강도비인 0.70을 사용하는 것이 적정한 것으로 판단된다.

화재시 잔존 강도비는 제한된 시험체 수량과 일반강도 콘크리트를 대상으로 한 한계는 있지만, 본 논문에서 제안하는 철근콘크리트 보의 잔존 강도비는 향후 화재안전기술 개발에 필요한 부재의 강도 평가에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

This paper aims to propose a residual strength ratio based on a experimental confirmation to evaluate the fire resistance performance of reinforced concrete beams exposed to the standard fire. Since the reinforced concrete structure is legally regulated to be used in fire resistance structures in South Korea, there is lack of studies on structurally behavior characteristics of reinforced concrete during the fire such as a residual strength ratio of members etc. due to the environment that additional fire resistance countermeasures have not been demanded.
Although the strength of reinforced concrete exposed to a high temperature during the fire is reduced, it should stand and function during the required fire resistance time. In addition, a load to be burdened by the member during the fire differentiates compared to the normal temperature. In case the fire resistance performance is evaluated only with the load in the normal temperature without any consideration of a difference between the normal temperature and high temperature, excessive force is to be loaded to the members. In this case, there might be a problem that the member cannot stand against the loaded force and accordingly excessive displacement takes place in the member and it cannot play its role up to the required time. In this context, this paper aims to propose the optimal residual strength ratio applied to evaluate the fire resistance of reinforced concrete beams.
By considering a result of the fire resistance test of reinforced concrete beams in a general strength exposed to the standard fire and then compare it to 500℃ Isotherm Method, the residual strength ratio is to be proposed based on the fire resistance moment as shown below.
1) As a result of the fire resistance test of reinforced concrete beams, all the members have met the fire resistance performance of 3 hours based on the displacement and displacement variation ratio. Also, all the specimens have met the average temperature of 538℃ and the maximum temperature of 649℃ except that specimens of SB-200-2.0 and SB-250-2.0 with the width of 200mm have exceeded the average temperature standard of 538℃ based on the reinforcement temperature.
2) In order to check the fire resistance performance based on the sectional area, a correlation between the average temperature of reinforcement measured between 424.5℃ and 572.4℃ and the sectional area has been analyzed and its coefficient has been checked to be ?0.859. Therefore, it has been shown that there is correlation between the temperature and sectional area of the reinforcement. Even in the same condition with the cover depth of 40mm, it is considered that the longer the sectional area is, the less temperature increment of the reinforcement becomes, which leads to the improvement of the fire resistance performance. In other words, it is shown that heat capacity to be stored depending on the sectional area during the fire resistance time has an impact on the temperature of the reinforcement.
3) It has been confirmed that the displacement is less than 50mm between 0.5 and 0.8, a residual strength ratio of reinforcement having an impact on the bending capacity. Although the strength reduction factor of reinforcement took place relatively less in specimens of SB-200-2.0 and SB-200-2.5, it is considered that those specimens show relatively more displacement compared to the other specimens due to its small sectional area and width.
Even though the strength reduction of reinforcement has an impact on the bending capacity, the sectional area is also related to the temperature of the reinforcement. Therefore, it is concluded that the sectional area and temperature of the reinforcement is acting in multiple ways on the flexural behavior of beams.
4) The effective sectional area ratio showed the scope between 0.62 and 0.85 using 500℃ Isotherm Method. Also, the residual strength ratio has been confirmed to be 0.51～0.71, calculated with the fire resistance moment. For the same section, the effective sectional ratio has been showed more than the residual strength ratio. Its difference has shown 17%～34%.
For 500℃ Isotherm Method proposed based on the carbonate aggregate concrete, it is considered that further studies should be followed up to rectify 500℃ Isotherm Method to be fitted with domestic environments by incorporating material features like an aggregate in South Korea.
5) The residual strength ratio of reinforced concrete beam exposed to the standard fire to be proposed in this paper has been defined to be the ratio of the nominal moment in the normal temperature and fire resistance moment in the fire. As a result, it has been proposed to be 0.70 compared to the strength in the normal temperature considering the fire stability and safety ratio of the structural members.
The residual strength ratio during the fire has a limit because it has been targeted to the general strength concrete and has applied limited numbers of specimens in this paper but the residual strength ratio of reinforced concrete beams proposed in this paper is expected to be utilized as a basic data to evaluate the strength of members required for developing the fire safety technology in the future.