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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 신현목
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수7
이 논문의 연구 히스토리 (9)
2013
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이 논문에서는 전단에 지배적인 철근콘크리트 부재의 비탄성 전단거동 특성을 해석적으로 평가하기 위한 수치해석 프로그램을 개발하였다. 비선형 유한요소 해석프로그램(RCAHEST)은 기존의 유연도법에 근거한 보 - 기둥 섬유요소 모델에 전단변형 효과를 고려할 수 있도록 이 연구에서 새로이 제안한 해석기법과 함께 단면에 대한 비선형 전단응답이력 구성관계식을 적용하였다.
Euler - Bernoulli 보 이론을 기반으로 축력과 휨모멘트의 상호작용을 합리적으로 고려할 수 있는 기존의 보 - 기둥 섬유요소 정식화의 장점은 그대로 유지하였다. 단면에 대한 비선형 전단응답이력 구성관계식은 그 단면에 대해 평균적인 개념의 변형률로서 개별적인 재료의 구성관계로부터 부재의 저항력을 구할 수 없으며 부재단위의 전단력과 전단변형률 관계로부터 부재의 저항력을 구해야 한다. 신뢰도기반 한계상태설계법을 근간으로하는 도로교설계기준 - 한계상태설계법(2012)에서 제시하고 있는 설계전단강도를 기본적으로 적용하였다. 콘크리트만의 전단 균열 강도와 전단보강철근의 항복응력 및 전단 균열 발생 이후의 전단보강철근의 인장증강효과를 고려한 가정된 최대 변형률에 대응하는 응력과 새로이 제안된 콘크리트 압축 스트럿의 경사각 을 설계기준식에 적용하여 만족하는 단면 전단력으로부터 3개의 선형구간(tri-linear)으로 구성된 파괴 포락 곡선을 새로이 제안하였다. 콘크리트 압축 스트럿의 경사각 의 계산에는 축력, 인장철근비, 전단지간비와 함께 철근콘크리트 기둥의 경우 기초와의 접합부에서 기초에 의해 추가적으로 나타나는 구속 효과들을 계산에 간접적으로 적용함으로서 이에 대한 영향을 반영할 수 있도록 하였다.
철근콘크리트 재료의 구성방정식은 기존의 연구에서와 같이 분산균열 개념에 근거하여 평균 응력과 평균 변형률 관계식으로 표현하였으며 각각 콘크리트의 압축모델과 균열 직각 방향의 인장모델 그리고 콘크리트에 매입된 철근의 재료모델로 구성되었다. 심부구속된 고강도 콘크리트의 압축모델에는 고강도 콘크리트를 대상으로 제안된 Sun과 Sakino의 구속효과 모델과 함께 기둥과 기초의 접합면에서 발생하는 불연속 변위를 고려할 수 있는 접촉면 요소를 적용하였다.
횡력과 함께 축력이 작용하는 교각의 경우에 있어서 기하비선형성에 대한 고려가 필수적이며 대변위 또는 대회전의 문제에도 적용 가능한 Co-rotational 해석기법도 새로이 추가하여 기존 해석프로그램의 적용범위를 확장하였다.
개발된 해석프로그램을 여러 선행연구자들이 수행한 실험체에 적용하여 대변위 및 대회전의 기하비선형 해석뿐만 아니라 다양한 하중재하 조건과 재료물성 및 전단지간비를 갖는 철근콘크리트 부재의 비탄성 전단거동 예측을 위한 해석을 수행하여, 제안된 해석기법에 대한 적용성과 타당성을 검증하였다. 개발된 비선형 유한요소해석 프로그램을 지진하중과 같은 반복하중이 작용하는 동안 발생하는 교각의 비선형 변형성능 및 극한하중 예측에 적용하여 실험으로 미처 다루지 못한 여러 형태의 전단에 지배적인 교각들에 대한 내진성능평가에도 충분히 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
Euler - Bernoulli 보 이론을 기반으로 축력과 휨모멘트의 상호작용을 합리적으로 고려할 수 있는 기존의 보 - 기둥 섬유요소 정식화의 장점은 그대로 유지하였다. 단면에 대한 비선형 전단응답이력 구성관계식은 그 단면에 대해 평균적인 개념의 변형률로서 개별적인 재료의 구성관계로부터 부재의 저항력을 구할 수 없으며 부재단위의 전단력과 전단변형률 관계로부터 부재의 저항력을 구해야 한다. 신뢰도기반 한계상태설계법을 근간으로하는 도로교설계기준 - 한계상태설계법(2012)에서 제시하고 있는 설계전단강도를 기본적으로 적용하였다. 콘크리트만의 전단 균열 강도와 전단보강철근의 항복응력 및 전단 균열 발생 이후의 전단보강철근의 인장증강효과를 고려한 가정된 최대 변형률에 대응하는 응력과 새로이 제안된 콘크리트 압축 스트럿의 경사각 을 설계기준식에 적용하여 만족하는 단면 전단력으로부터 3개의 선형구간(tri-linear)으로 구성된 파괴 포락 곡선을 새로이 제안하였다. 콘크리트 압축 스트럿의 경사각 의 계산에는 축력, 인장철근비, 전단지간비와 함께 철근콘크리트 기둥의 경우 기초와의 접합부에서 기초에 의해 추가적으로 나타나는 구속 효과들을 계산에 간접적으로 적용함으로서 이에 대한 영향을 반영할 수 있도록 하였다.
철근콘크리트 재료의 구성방정식은 기존의 연구에서와 같이 분산균열 개념에 근거하여 평균 응력과 평균 변형률 관계식으로 표현하였으며 각각 콘크리트의 압축모델과 균열 직각 방향의 인장모델 그리고 콘크리트에 매입된 철근의 재료모델로 구성되었다. 심부구속된 고강도 콘크리트의 압축모델에는 고강도 콘크리트를 대상으로 제안된 Sun과 Sakino의 구속효과 모델과 함께 기둥과 기초의 접합면에서 발생하는 불연속 변위를 고려할 수 있는 접촉면 요소를 적용하였다.
횡력과 함께 축력이 작용하는 교각의 경우에 있어서 기하비선형성에 대한 고려가 필수적이며 대변위 또는 대회전의 문제에도 적용 가능한 Co-rotational 해석기법도 새로이 추가하여 기존 해석프로그램의 적용범위를 확장하였다.
개발된 해석프로그램을 여러 선행연구자들이 수행한 실험체에 적용하여 대변위 및 대회전의 기하비선형 해석뿐만 아니라 다양한 하중재하 조건과 재료물성 및 전단지간비를 갖는 철근콘크리트 부재의 비탄성 전단거동 예측을 위한 해석을 수행하여, 제안된 해석기법에 대한 적용성과 타당성을 검증하였다. 개발된 비선형 유한요소해석 프로그램을 지진하중과 같은 반복하중이 작용하는 동안 발생하는 교각의 비선형 변형성능 및 극한하중 예측에 적용하여 실험으로 미처 다루지 못한 여러 형태의 전단에 지배적인 교각들에 대한 내진성능평가에도 충분히 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
목차
제 1 장 서 론1.1 연구 배경1.2 연구 현황1.3 연구의 범위 및 내용제 2 장 유연도법에 근거한 보-기둥 섬유요소 모델 정식화2.1 개요2.2 보-기둥 요소 정식화2.3 전단변형 효과를 고려한 유연도법 보-기둥 요소 정식화2.4 Co-rotational 기하 비선형 해석법의 정식화2.4.1 개요2.4.2 순수 변위 및 변형 후 부재 좌표계의 결정제 3 장 철근콘크리트의 구성방정식3.1 콘크리트 및 철근의 비선형 재료모델3.1.1 개요3.1.2 균열발생 이전의 콘크리트 해석모델3.1.3 균열발생 이후의 콘크리트 해석모델3.1.4 콘크리트에 매입된 철근의 해석모델3.2 횡방향 구속된 콘크리트 모델3.3 기둥-기초 접합부의 정착 슬립(Anchorage-Slip)3.4 저주기 피로(Low Cycle Fatigue) 파괴3.5 비선형 단면 전단력-전단변형률 구성관계식3.5.1 개요3.5.2 한계상태설계법에 따른 전단설계기준3.5.3 비선형 단면 전단력-전단변형률 이력 구성관계식제 4 장 비선형 유한요소 해석프로그램4.1 해석 프로그램의 개발4.2 비선형 해석 알고리즘4.2.1 구조물 상태 결정4.2.2 보-기둥 섬유요소의 상태 결정4.2.3 파이버 단면 저항력제 5 장 비선형 유한요소해석 프로그램의 검증5.1 개요5.2 재료적 선형 및 기하학적 비선형 해석5.3 철근콘크리트 장주의 비선형 해석5.3.1 단조하중을 받는 철근콘크리트 장주5.3.2 반복하중을 받는 철근콘크리트 장주제 6 장 철근콘크리트 부재의 비탄성 전단거동 해석6.1 개요6.2 제안한 해석 모델의 전단지간비에 따른 탄성 전단거동 검증6.3 철근콘크리트 보의 비탄성 전단거동 해석6.3.1 전단지간비에 따른 비탄성 전단거동 해석6.3.2 철근콘크리트 깊은 보의 내하력 평가6.4 철근콘크리트 교각의 비탄성 해석제 7 장 요약 및 결론참 고 문 헌APPENDIXA.1 입력 예ABSTRACT
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