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문제 정의
- 본 연구는 RILEM 3점 휨 보와 콘크리트 디스크로 구한 모드 I 파괴인성을 서로 비교하여, 디스크로 콘크리트의 파괴인성을 구하는 경우에 적절한 디스크의 크기(직경, 두께) 및 노치 길이 비를 제시해 보려는 데 그 목적이 있다. 이를 위해서, RILEM 3점 휨 시험을 행한 후 디스크의 크기 및 노치 길이 비에 따른 파괴인성 값들을 구하고 이들을 비교.
제안 방법
- 이를 위해서, RILEM 3점 휨 시험을 행한 후 디스크의 크기 및 노치 길이 비에 따른 파괴인성 값들을 구하고 이들을 비교. 분석하였다.
- 분석하였다. 그리고 이렇게 정해진 디스크에 대하여 디스크의 노치 경사를 변화시키는 방법으로 혼합모드 시험을 수행하였다.
- 디스크의 노치는 두께 2 mm의 알루미늄 판을 이용하여 제작하였다. 디스크의 혼합모드 시험은 Fig. 3의노치 경사각도θ를 0° ~ 30° 까지는 5° 간격으로, 30° ~ 90° 까지는 15° 간격으로 나눠 UTM을 사용하여 0.1mm/min의 속도로 재하하였다.
- 그리고 디스크 실험 결과, 디스크의 직경 D가300mm이고 두께 t가100 mm일 때의 균열개시하중 Pini및 파괴인성 KIc 값은 각각 Table 3 및 Table 4와 같다. 여기서 Pini는 디스크 파괴하중의 90%를 적용하였으며,KIc는 Pini를 디스크에 작용하는 하중으로 하여 FEA와다양한 해석법으로 구하였다. Table 4에서 a/R이 0.
- 디스크의 노치 경사각도θ가 0° ~ 90° 이고 노치 길이 비 a/R 이 0.3 ~ 0.6일 때, 혼합모드 응력확대계수를 구하였다. 혼합모드 응력확대계수는 모드 I 실험과 같이 균열개시하중 Pini를 디스크의 하중으로 하여 구하였다.
- 6일 때, 혼합모드 응력확대계수를 구하였다. 혼합모드 응력확대계수는 모드 I 실험과 같이 균열개시하중 Pini를 디스크의 하중으로 하여 구하였다.
- 압축강도 44.9MPa의 콘크리트에 대해서, RILEM 3점 휨 시험에 의한 파괴인성과 크기를 변화시킨 디스크 시편의 모드 I 파괴인성 시험 결과를 비교하고 또한 디스크 시편의 혼합모드 시험을 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
- 시편 제작에 사용된 콘크리트는 압축강도 44.9 MPa로 제작되었으며 콘크리트의 배합표는 Table 1과 같다. 사용된 시멘트는 국내 S사의 보통 포틀랜드 시멘트(1종 시멘트)를 사용하였으며, 고성능 감수제는 미국 M사의 제품을 사용하였다.
- 9 MPa로 제작되었으며 콘크리트의 배합표는 Table 1과 같다. 사용된 시멘트는 국내 S사의 보통 포틀랜드 시멘트(1종 시멘트)를 사용하였으며, 고성능 감수제는 미국 M사의 제품을 사용하였다.
- 1과 같으며 clip gauge 고정판의 높이 H0 는 5 mm이다. CMOD 측정은 일본 Tokyo Sokki사의 clip gauge UB-A를 사용하였고, UTM은 영국 Instron사의 8516을 사용하였다. 3점 휨보는 4개를 제작하였다.
- 모드 I 시험을 위한 디스크의 직경 D는 200, 300, 400mm,두께 t는 75, 100, 125 mm, 노치 길이 비 a/R은 0.3, 0.4, 0.5, 0.6이다. 따라서, 모드 I 시험용 디스크 시편의 총 Case는 36개이다.
- 6이다. 따라서, 모드 I 시험용 디스크 시편의 총 Case는 36개이다. 혼합모드 시험을 위한 디스크 시편의 치수는 D는 300 mm, t는 100 mm이며 a/R은 0.
- 따라서, 모드 I 시험용 디스크 시편의 총 Case는 36개이다. 혼합모드 시험을 위한 디스크 시편의 치수는 D는 300 mm, t는 100 mm이며 a/R은 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 이다. 디스크의 노치는 두께 2 mm의 알루미늄 판을 이용하여 제작하였다.
- 6 이다. 디스크의 노치는 두께 2 mm의 알루미늄 판을 이용하여 제작하였다. 디스크의 혼합모드 시험은 Fig.
- 혼합모드 시험에 사용된 시편의 치수는 3점 휨 시험 및 모드 I 디스크 시험 결과를 비교하여 직경 D는 300mm, 두께 t는 100mm를 선택하였다. Fig.
이론/모형
- 압축강도 측정은φ100x200mm의 원주형 공시체를 사용하여 KS F 2405에 따라 재령 28일에 측정하였다. 제작된 콘크리트의 특성은 Table 2와 같다
- 디스크의 모드 I 응력확대계수 계산에는 5개항 근사법과 소균열 근사법, Fowell& Xu법, 유한요소해석 (FEA)을적용하였고, 혼합모드 상태의 응력확대계수 계산에는 5개항 근사법과 소균열 근사법, FEA를 적용하였다.
- 본 연구에서 유한요소법에 의한 응력확대계수는 유한요소해석에서 구해진 균열선단 주위의 변위와 해석해에서얻어진 변위의 비교로부터 응력확대계수를 구하는 변위 상관법에 의하여 계산되었다.
성능/효과
- 7은 RILEM 3점 휨 시험을 수행하여 얻은 하중 -CMOD 곡선 중 히나이다. 4개의 3점 휨 보에 대해서 하중-CM 0D 곡선으로부터 초기하중 컴플라이언스 Ci와 최대하중 제하 컴플라이언스 Cu를 구하여 평균한 결과 각각 3.392x10-4 mm/kN과 4.451 x 10-4mm/kN을 얻었으며, 최대 하중 Pc의 평균은 5.154kN으로 나타났다. 또한 보의 자중 Who 의 평균은 0.
- 여기서 Pini는 디스크 파괴하중의 90%를 적용하였으며,KIc는 Pini를 디스크에 작용하는 하중으로 하여 FEA와다양한 해석법으로 구하였다. Table 4에서 a/R이 0.5일 때 5개항 근사법으로 구한 디스크(D=300mm, t=100mm) 의 KIc는 RILEM 3점 휨 시험의 결과와 0.5% 차이가 나서 가장 근접한 결과를 주고 있음을 알 수 있다
- 5 이상이고 두께 t가 100 mm 이상인 경우에 3점 휨 실험 결과와 유사함을 보이고 있다. 따라서 디스크의 모드 I 파괴시험에서 D는 300mm 이상, t는 100mm 이상,그리고 a/R이 0.5 이상일 때 구해진 파괴인성 값이 3점 휨 실험 결과와 유사한 값을 갖게 되는 것을 알 수 있다. Figs.
- 1) 디스크 시편의 치수는 콘크리트의 파괴인성에 영향이 있음을 알 수 있으며, 본 연구에서 사용한 재료에 대해서, 디스크의 KIc는 직경 D가 300mm, 두께 t가100 mm, a/R이 0.5일 때 RTLEM 3점 휨 보의 실험결과에 가장 근접하였다.
- 2) 5개항 근사법과 유한요소해석(FEA)에 의한 디스크의 응력확대계수는 거의 일치함을 알 수 있었으며, 본 연구에서 사용한 재료의 KⅡc/KIc비의 범위는 a/R이 0.5, 0.6일 때 약 0.96 ~ 1.15로 나타났다.
- 3) 디스크 시편을 이용하여 모드 E 파괴인성 K&를 구하기 위한 노치 경사각도θ는 a/R이 0.5일 때 약 23° 이었다.
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