본 연구에서는 현재의 설계기준에서 명확하게 제시하지 못하고 있는 3차원 응력교란영역의 설계를 위해 3차원 스트럿-타이 모델을 이용하는 새로운 설계방법을 제안하였고, 실무자들이 이 방법에 따라 콘크리트 구조부재를 설계하는데 편리함을 제공해주는 실용적인 3차원 스트럿-타이 모델 전용 그래픽 프로그램을 개발하였다. 격자 스트럿-타이 모델을 사용함으로서 모델 선정에 따른 주관성을 배제하였고, 3차원 파괴면, 압축주응력 흐름의 방향, 그리고 스트럿의 방향 등을 이용하여 3차원 스트럿의 유효강도를 계산하는 방법을 개발하였다. 본 연구의 해석과정은 스트럿의 최대단면적과 필요단면적을 이용하여 최대하중을 계산한 다음, 계산된 타이의 필요단면적을 배근된 철근의 단면적으로 대치시켜 증분하중단계를 이용한 비선형 트러스 해석을 수행하는 방법이다. 설계과정은 주어진 설계하중에 대하여 필요철근량을 산정하고 스트럿과 절점의 강도를 검토하는 일련의 설계방법이다. 따라서 제안된 방법은 유한요소해석과의 상호작용을 통하여 스트럿-타이 모델의 단점을 보완하고 장점을 최대한 활용하기 위한 컴퓨터에 기반한 스트럿-타이 모델 방법으로 분류될 수 있다. 제안된 방법의 타당성을 검증하기 위하여 파괴실험이 수행된 9개의 말뚝기초 공시체의 파괴강도 예측 및 교각코핑부의 설계를 수행하였고, 그 결과를 기존의 연구결과 및 기존 설계기준에 의한 해석 및 설계결과와 비교하였다.
본 연구에서는 현재의 설계기준에서 명확하게 제시하지 못하고 있는 3차원 응력교란영역의 설계를 위해 3차원 스트럿-타이 모델을 이용하는 새로운 설계방법을 제안하였고, 실무자들이 이 방법에 따라 콘크리트 구조부재를 설계하는데 편리함을 제공해주는 실용적인 3차원 스트럿-타이 모델 전용 그래픽 프로그램을 개발하였다. 격자 스트럿-타이 모델을 사용함으로서 모델 선정에 따른 주관성을 배제하였고, 3차원 파괴면, 압축주응력 흐름의 방향, 그리고 스트럿의 방향 등을 이용하여 3차원 스트럿의 유효강도를 계산하는 방법을 개발하였다. 본 연구의 해석과정은 스트럿의 최대단면적과 필요단면적을 이용하여 최대하중을 계산한 다음, 계산된 타이의 필요단면적을 배근된 철근의 단면적으로 대치시켜 증분하중단계를 이용한 비선형 트러스 해석을 수행하는 방법이다. 설계과정은 주어진 설계하중에 대하여 필요철근량을 산정하고 스트럿과 절점의 강도를 검토하는 일련의 설계방법이다. 따라서 제안된 방법은 유한요소해석과의 상호작용을 통하여 스트럿-타이 모델의 단점을 보완하고 장점을 최대한 활용하기 위한 컴퓨터에 기반한 스트럿-타이 모델 방법으로 분류될 수 있다. 제안된 방법의 타당성을 검증하기 위하여 파괴실험이 수행된 9개의 말뚝기초 공시체의 파괴강도 예측 및 교각코핑부의 설계를 수행하였고, 그 결과를 기존의 연구결과 및 기존 설계기준에 의한 해석 및 설계결과와 비교하였다.
In this study, a new approach employing 3-dimensional strut-tie models for analysis and design of 3-dimensional structural concrete with disturbed regions that are not properly occupied by current design codes is proposed. In addition, a computer graphics program for the practical application of the...
In this study, a new approach employing 3-dimensional strut-tie models for analysis and design of 3-dimensional structural concrete with disturbed regions that are not properly occupied by current design codes is proposed. In addition, a computer graphics program for the practical application of the approach is developed. The approach adopts a grid strut-tie model to exclude the subjectivity in the selection of strut-tie model and evaluates the effective strength of concrete strut by considering the 3-dimensional failure criteria of concrete and the deviation angles between the struts and compressive principal stress trajectories. To verify the appropriateness of the approach, nine pile caps tested to failure are analyzed and a bridge pier is designed. The analysis and design results are compared with those obtained by several different methods.
In this study, a new approach employing 3-dimensional strut-tie models for analysis and design of 3-dimensional structural concrete with disturbed regions that are not properly occupied by current design codes is proposed. In addition, a computer graphics program for the practical application of the approach is developed. The approach adopts a grid strut-tie model to exclude the subjectivity in the selection of strut-tie model and evaluates the effective strength of concrete strut by considering the 3-dimensional failure criteria of concrete and the deviation angles between the struts and compressive principal stress trajectories. To verify the appropriateness of the approach, nine pile caps tested to failure are analyzed and a bridge pier is designed. The analysis and design results are compared with those obtained by several different methods.
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문제 정의
본 연구에서는 현재의 설계기준에서 명확하게 제시하지 못하고 있는 3차원 응력교란영역을 갖는 콘크리트 구조부재의 설계를 위한 3차원 스트럿-타이 모델을 활용하는 설계방법을 제안하였고, 이 방법에 따라 콘크리트 구조부재를 해석/설계하는데 편리함을 제공해주는 3차원 스트럿-타이 모델 전용 그래픽 프로그램을 개발하였다. 또한 제안된 방법을 이용하여 실험이 수행된 말뚝기초 공시체의 파괴강도를 예측하였고, 교각코핑부의 설계를 수행하였다.
그러나 이 방법은 2차원 스트럿-타이 모델을 바탕으로 한 것으로서 이 방법을 3차원 절점영역의 강도 검토에 확장, 적용하는 것은 매우 복잡하다. 본 연구에서는 3차원 선형유한요소해석으로부터 계산된 절점부근 유한요소들의 응력을 검토함으로써 부재설계를 위한 절점영역의 강도검토를 수행하도록 하였다. 절점부근 유한요소들의 응력이 콘크리트 일축강도의 70%보다 작을 때 절점영역은 안전하다고 판단하였다.
최근 ACI 318-02 설계기준서에서 스트럿-타이 모델을 이용하는 설계방법이 매우 비중있는 설계규정으로 반영됨에 따라 스트럿-타이 모델을 이용한 설계 방법 및 규정의 확립 필요성에 여러 연구자들이 인식을 같이 하고 있다. 따라서 본 연구에서는 현재의 설계기준에서 명확하게 제시하지 못하고 있는 3차원 응력교란영역을 갖는 콘크리트 구조부재의 설계를 위한 새로운 3차원 스트럿-타이 모델을 이용하는 새로운 설계방법을 제안하였고, 실무자들이 이 방법에 따라 콘크리트 구조부재를 설계하는데 편리함을 제공해주는 실용적인 3차원 스트럿-타이 모델 전용 그래픽 프로그램을 개발하였다. 본 연구의 방법은 기하학적 형상이 불규칙적이거나 개구부 등의 불연속이 있는 응력교란영역에서 응력의 흐름이나 설계자의 주관에 의존하지 않고 적용될 수 있으며, 하나의 스트럿-타이 모델로 모든 하중조합을 고려한 구조설계를 가능케 한다.
그러나 양방향 슬래브의 설계규정은 일반적인 얇은 슬래브에 대한 것이고 깊은 보의 설계규정은 단방향 거동만을 고려한 것이기 때문에 이는 근본적으로 정확한 말뚝기초의 거동을 감안한 설계방법이라 볼 수 없다. 본 연구에서는 3차원 스트럿-타이 모델을 이용하여 파괴실험이 수행된 기존의 말뚝기초 시험체의 파괴강도를 평가하였고, 그 결과를 실험결과 및 기존의 설계기준에 의한 평가결과와 비교함으로써 본 연구의 제안한 3차원 스트럿-타이 모델을 이용하는 설계방법의 타당성을 검토하였다. 3차원 스트럿-타이 모델에 의한 콘크리트 구조부재의 파괴강도 평가과정은 그림 6과 같다.
가설 설정
따라서 본 연구에서는 스트럿타이 모델을 구성하는 모든 스트럿과 타이 요소의 최대단면적을 정의하고, 그림 3의 알고리즘에 의해 결정된 모든 스트럿과 타이의 필요단면적이 각각의 최대단면적을 초과하지 않도록 하였다. 3차원 격자 스트럿-타이 모델에서 콘크리트 스트럿 및 타이의 단면을 그림 4와 같이 원형으로 가정하였으며, 원의 최대직경은 절점에서 만나는 직교요소들의 중심 간 거리를 평균한 값으로 취하였다. 즉 x방향 요소의 최대단면직경은 이 요소와 만나는 y방향 요소의 중심간 거리와 z방향 요소의 중심간 거리의 평균값이다.
제안 방법
본 연구에서는 현재의 설계기준에서 명확하게 제시하지 못하고 있는 3차원 응력교란영역을 갖는 콘크리트 구조부재의 설계를 위한 3차원 스트럿-타이 모델을 활용하는 설계방법을 제안하였고, 이 방법에 따라 콘크리트 구조부재를 해석/설계하는데 편리함을 제공해주는 3차원 스트럿-타이 모델 전용 그래픽 프로그램을 개발하였다. 또한 제안된 방법을 이용하여 실험이 수행된 말뚝기초 공시체의 파괴강도를 예측하였고, 교각코핑부의 설계를 수행하였다. 그 결과를 기존의 연구결과 및 기존 설계기준에 의한 해석 및 설계결과와 비교함으로써 제안된 방법의 타당성을 검증하였다.
따라서 스트럿-타이 모델 구성요소의 수 및 구조형태에 무관하게 보다 일반적이며 일관성있는 콘크리트 스트럿의 유효강도 결정방법이 Yun & Ramirez(1996) 및 윤영묵과 최명석(2001)에 의해 제안되었다. 이 방법에서는 2차원 응력을 받는 무근콘크리트의 파괴 포락선, 2차원 압축주응력과 스트럿 방향과의 차이각, 그리고 철근에 의한 콘크리트 구속의 정도를 고려하여 콘크리트 스트럿의 유효강도를 계산한다. 본 연구에서는 Yun & Ramirez(1996)의 2차원 콘크리트 스트럿의 유효강도 결정방법을 3차원 무근콘크리트의 파괴포락면과 3차원 압축주응력 흐름의 방향을 이용하는 3차원 방법으로 확장시켰다.
이 방법에서는 2차원 응력을 받는 무근콘크리트의 파괴 포락선, 2차원 압축주응력과 스트럿 방향과의 차이각, 그리고 철근에 의한 콘크리트 구속의 정도를 고려하여 콘크리트 스트럿의 유효강도를 계산한다. 본 연구에서는 Yun & Ramirez(1996)의 2차원 콘크리트 스트럿의 유효강도 결정방법을 3차원 무근콘크리트의 파괴포락면과 3차원 압축주응력 흐름의 방향을 이용하는 3차원 방법으로 확장시켰다. 이 방법은 3차원 무근콘크리트 선형 또는 비선형 유한요소해석으로부터 콘크리트 스트럿과 만나는 유한요소의 주응력 σ1, σ2, σ3를 먼저 구한다(그림 2(a)).
이 방법은 3차원 무근콘크리트 선형 또는 비선형 유한요소해석으로부터 콘크리트 스트럿과 만나는 유한요소의 주응력 σ1, σ2, σ3를 먼저 구한다(그림 2(a)). 무근콘크리트의 비선형 유한요소해석 시, 직교이방성 hypoelastic 재료구성모델과 3차원 입체유한요소를 사용하였다. 재료구성모델에 사용한 3차원 파괴포락면을 나타내는 식으로 Willam-Warnke(1974)의 5계수 파괴면을 수정한 2차식을 사용하였으며, 균열모델로는 회전균열모델을 사용하였다.
3차원 격자 스트럿-타이 모델에서는 2차원의 경우와 달리 스트럿-타이 모델의 기하학적 적합조건을 시각적으로 검토하는 것이 매우 어렵다. 따라서 본 연구에서는 스트럿타이 모델을 구성하는 모든 스트럿과 타이 요소의 최대단면적을 정의하고, 그림 3의 알고리즘에 의해 결정된 모든 스트럿과 타이의 필요단면적이 각각의 최대단면적을 초과하지 않도록 하였다. 3차원 격자 스트럿-타이 모델에서 콘크리트 스트럿 및 타이의 단면을 그림 4와 같이 원형으로 가정하였으며, 원의 최대직경은 절점에서 만나는 직교요소들의 중심 간 거리를 평균한 값으로 취하였다.
말뚝기초 시험체의 3차원 고체유한요소 해석모델 및 선정한 3차원 격자 스트럿-타이 모델은 그림 8과 같다. 경계조건으로는 말뚝기초 하부에 말뚝에 의해 지지되는 부분에 해당하는 절점에 x, y 방향으로 롤러를 부과하였으며, 수치해석의 안정성을 부여하기 위해 유한요소모델의 하단부 중앙절 점에 y 방향 롤러를 부과하였다. 콘크리트 스트럿의 유효강도는 2.
경계조건으로는 말뚝기초 하부에 말뚝에 의해 지지되는 부분에 해당하는 절점에 x, y 방향으로 롤러를 부과하였으며, 수치해석의 안정성을 부여하기 위해 유한요소모델의 하단부 중앙절 점에 y 방향 롤러를 부과하였다. 콘크리트 스트럿의 유효강도는 2.2절에 소개된 방법으로 결정하였으며, 철근타이의 유효강도는 철근의 항복강도를 취하였다. 스트럿 및 타이의 단면적은 식 (2)의 조건을 만족시키도록 결정하였으며, 이 때 콘크리트 스트럿 및 철근 타이의 강도감소계수는 1.
교좌부에 작용하는 받침부 하중은 받침부 하단에 위치한 유한요소의 절점에 등분포시켜 부과하였으며, 경계조건으로는 절단된 교각단면의 모든 절점에 수평방향의 롤러, 그리고 중앙절점에 힌지를 부과하였다. 콘크리트 스트럿의 유효강도는 2.2절에 소개된 방법으로 결정하였으며, 철근타이의 유효강도는 철근의 항복강도(fy=294.2 MPa)를 취하였다. 스트럿 및 타이의 단면적은 식 (2)의 조건을 만족시키도록 결정하였으며, 이 때 콘크리트 스트럿 및 철근 타이의 강도감소계수는 ACI 기준의 스트럿에 대한 강도감소계수 0.
설계시 콘크리트 스트럿은 유효강도에 도달한 응력상태이므로 계산된 스트럿의 필요단면적이 그 스트럿의 최대단면적을 초과한다는 것은 설계하중을 받지 못하는 것으로 간주할 수 있다. 따라서 콘크리트 스트럿의 필요단면적이 최대단면적을 초과할 경우 초과된 압축력에 대해서 스트럿 축방향의 철근스트럿이나 스트럿을 가로지르는 구속철근을 추가하였다. 이때 철근스트럿의 강도감소계수는 0.
9로 취하였다. 철근타이의 단면력으로부터 계산된 철근량은 각 철근타이 및 철근스트럿의 유효폭 범위 내에 고르게 분포시켜 배근하였으며, 콘크리트 스트럿을 가로지르는 구속철근량을 수평 및 수직의 철근으로 환산배근하였다.
본 연구에서 제안한 3차원 스트럿-타이 모델을 이용한 설계방법에서의 마지막 단계로서 응력이 집중되는 절점영역의 강도를 2.5절의 방법(무근콘크리트의 선형유한요소해석)으로 검토하였으며, 또한 교좌부 재하판의 지압응력이 허용지압응력을 만족하는지 검토하였다. 유한요소해석 결과 최대압축응력은 하중조합 3의 지진하중에 의한 교각코핑부의 휨압축영역에 나타났으나, 이 위치의 최대압축응력은 0.
표 4에서는 3차원 스트럿-타이 모델을 이용하여 결정한 주 철근량을 Fu(2001)의 2차원 정정 스트럿-타이 모델을 이용한 설계결과 및 유한요소해석을 이용한 설계결과와 비교하였다. 유한요소해석에 의한 설계시는 교각코핑부를 프레임 요소로 모델링하여 각 하중조합에 대한 휨모멘트도을 산출하고 최대휨모멘트에 대한 주철근량(As=Mu/φfy(d−a/2), φ=0.9, fy=294.2 MPa, d=유효깊이, a=등가응력블럭의 깊이)을 계산하였다. 본 연구의 방법에 의해 계산된 교각코핑부의 주철근량은 유한요소해석으로부터 산정된 값과 거의 유사하였으며, Fu(2001)의 2차원 정정 스트럿-타이 모델로부터 계산된 값과도 수평방향의 위치에 따라 다소의 차이를 보였지만 유사하였다.
그러나 기존의 스트럿-타이 모델을 이용한 콘크리트 구조부재의 설계시 각 하중조합에 따라 새로운 모델을 선정해야만 하였고, 모델의 구성이 전적으로 설계자의 주관에 달려 있었다. 본 연구의 3차원 격자 스트럿-타이 모델에 의한 설계방법에서는 이러한 문제점을 보완하였으며, 또한 지진하중 등의 교축방향 하중이 추가적으로 작용하는 3차원 교각코핑부의 설계를 가능케 하였다.
따라서 본 연구에서는 현재의 설계기준에서 명확하게 제시하지 못하고 있는 3차원 응력교란영역을 갖는 콘크리트 구조부재의 설계를 위한 새로운 3차원 스트럿-타이 모델을 이용하는 새로운 설계방법을 제안하였고, 실무자들이 이 방법에 따라 콘크리트 구조부재를 설계하는데 편리함을 제공해주는 실용적인 3차원 스트럿-타이 모델 전용 그래픽 프로그램을 개발하였다. 본 연구의 방법은 기하학적 형상이 불규칙적이거나 개구부 등의 불연속이 있는 응력교란영역에서 응력의 흐름이나 설계자의 주관에 의존하지 않고 적용될 수 있으며, 하나의 스트럿-타이 모델로 모든 하중조합을 고려한 구조설계를 가능케 한다. 본 연구의 방법을 이용하여 파괴실험이 수행된 말뚝기초 공시체의 파괴강도를 평가하였고, 교각코핑부의 설계를 수행하였다.
본 연구의 방법은 기하학적 형상이 불규칙적이거나 개구부 등의 불연속이 있는 응력교란영역에서 응력의 흐름이나 설계자의 주관에 의존하지 않고 적용될 수 있으며, 하나의 스트럿-타이 모델로 모든 하중조합을 고려한 구조설계를 가능케 한다. 본 연구의 방법을 이용하여 파괴실험이 수행된 말뚝기초 공시체의 파괴강도를 평가하였고, 교각코핑부의 설계를 수행하였다. 그 결과를 기존의 연구결과 및 여러 설계기준에 의한 해석 및 설계결과와 비교함으로써 제안된 방법의 타당성을 검토하였다.
본 연구의 방법을 이용하여 파괴실험이 수행된 말뚝기초 공시체의 파괴강도를 평가하였고, 교각코핑부의 설계를 수행하였다. 그 결과를 기존의 연구결과 및 여러 설계기준에 의한 해석 및 설계결과와 비교함으로써 제안된 방법의 타당성을 검토하였다. 본 연구로부터 3차원 스트럿-타이 모델을 이용하는 설계방법은 3차원 응력교란영역을 갖는 콘크리트 구조부재의 합리적이고 실용적인 설계방법으로 정착될 수 있을 것으로 기대된다.
3차원 스트럿-타이 모델에 의한 콘크리트 구조부재의 파괴강도 평가과정은 그림 6과 같다. 먼저 스트럿의 필요단면적이 최대단면적에 도달할 때까지 하중을 증가시키면서 반복과정을 수행하여 모든 스트럿과 타이의 단면적을 계산한 다음, 계산된 타이의 필요단면적을 배근된 철근의 단면적으로 대치시켜 증분하중단계를 이용한 비선형 트러스 해석을 수행한다. 트러스의 비선형 해석과정에서 철근이 항복하지 않는다면 이 하중이 파괴하중이 되며 만약 철근의 항복한다면 항복이 발생한 하중단계에서의 하중이 파괴하중이 된다.
대상 데이터
4.2 교각코핑부의 설계
설계대상 구조물은 충실단면의 원형 교각 위 다섯 개의 받침부를 가진 그림 10과 같은 T형의 교각코핑부이다. 표 3에 주어진 3가지 하중조합을 설계시 고려하였다.
본 연구의 해석대상 콘크리트 구조부재는 Sabnis & Gogate(1984)에 의해 실험된 9개의 말뚝기초 공시체이다. 그림 7은 말뚝기초 시험체의 치수를 보여주고 있으며, 표 1은 시험체의 유효깊이, 콘크리트의 강도, 그리고 시험체에 배근된 철근량을 나타내고 있다.
데이터처리
그림 9는 시험체 SS6 스트럿-타이 모델의 차원화된 스트럿과 기하학적 적합조건의 한계에 도달한 스트럿의 위치를 나타내고 있다. 그림 6의 본 연구의 극한강도 평가과정을 통해 평가한 말뚝기초 시험체의 강도는 ACI 318-02(2002), CRSI Handbook(1984), Blevot & Fremy(1967)의 트러스 모델, 그리고 Gogate & Sabnis(1980)의 트러스 모델에 의한 평가결과와 표 2에서 비교하였다. 표 2의 강도평가 결과로부터 3차원 스트럿-타이 모델을 이용하는 것은 설계기준에서 제시하는 설계방법 및 기존 트러스 모델을 이용하는 방법보다 정확하고 일관성 있는 설계방법으로 볼 수 있다.
표 4에서는 3차원 스트럿-타이 모델을 이용하여 결정한 주 철근량을 Fu(2001)의 2차원 정정 스트럿-타이 모델을 이용한 설계결과 및 유한요소해석을 이용한 설계결과와 비교하였다. 유한요소해석에 의한 설계시는 교각코핑부를 프레임 요소로 모델링하여 각 하중조합에 대한 휨모멘트도을 산출하고 최대휨모멘트에 대한 주철근량(As=Mu/φfy(d−a/2), φ=0.
이론/모형
또한 3차원 응력교란영역의 합리적인 설계방법을 개발하기 위하여 윤영묵과 박정웅(1999)은 유사 3차원 스트럿-타이 모델을 제안하였으나, 이 방법은 모두 2차원 해석을 통해 결정된 콘크리트 스트럿의 유효강도를 사용하고 있으므로 완전한 3차원 거동을 콘크리트 부재의 설계에 반영하는 데는 한계가 있었다. 본 연구에서는 위와 같은 문제점을 극복하기 위하여 3차원 격자 스트럿-타이 모델을 사용하였다. 격자 스트럿-타이 모델이란 직사각형 격자와 대각선 부재를 기본으로 하여 스트럿-타이 모델을 구성한 것을 말한다.
무근콘크리트의 비선형 유한요소해석 시, 직교이방성 hypoelastic 재료구성모델과 3차원 입체유한요소를 사용하였다. 재료구성모델에 사용한 3차원 파괴포락면을 나타내는 식으로 Willam-Warnke(1974)의 5계수 파괴면을 수정한 2차식을 사용하였으며, 균열모델로는 회전균열모델을 사용하였다.
성능/효과
또한 제안된 방법을 이용하여 실험이 수행된 말뚝기초 공시체의 파괴강도를 예측하였고, 교각코핑부의 설계를 수행하였다. 그 결과를 기존의 연구결과 및 기존 설계기준에 의한 해석 및 설계결과와 비교함으로써 제안된 방법의 타당성을 검증하였다.
본 연구에서는 3차원 선형유한요소해석으로부터 계산된 절점부근 유한요소들의 응력을 검토함으로써 부재설계를 위한 절점영역의 강도검토를 수행하도록 하였다. 절점부근 유한요소들의 응력이 콘크리트 일축강도의 70%보다 작을 때 절점영역은 안전하다고 판단하였다. 이 값은 현행 AASHTO LRFD 설계기준(2004)의 PSC 정착부 설계규정에서 제시하고 있는 일반영역에 대한 극한강도이기도 하다.
0을 취하였다. 무근콘크리트 시험체 SG1의 파괴하중은 주압축요소와 나란한 방향의 균열과 주인장요소인 시험체 하단에 위치한 콘크리트 타이의 파단에 의해 결정되었으며, 철근콘크리트 시험체 SG2, SS2, SS4, SS5, SS6에서는 철근의 항복에 의해 강도가 결정되었다. 또한 시험체 SG3, SS1, SS3 등은 하중점과 지점을 연결하는 주경사 스트럿의 압축파괴에 의해, 즉 스트럿-타이 모델의 기하학적 적합조건의 위반으로부터 강도가 결정되었다.
무근콘크리트 시험체 SG1의 파괴하중은 주압축요소와 나란한 방향의 균열과 주인장요소인 시험체 하단에 위치한 콘크리트 타이의 파단에 의해 결정되었으며, 철근콘크리트 시험체 SG2, SS2, SS4, SS5, SS6에서는 철근의 항복에 의해 강도가 결정되었다. 또한 시험체 SG3, SS1, SS3 등은 하중점과 지점을 연결하는 주경사 스트럿의 압축파괴에 의해, 즉 스트럿-타이 모델의 기하학적 적합조건의 위반으로부터 강도가 결정되었다. 여기서 스트럿-타이 모델의 기하학적 적합조건의 위반은 최대하중상태에서 결정한 스트럿 필요단면적이 최대단면적에 도달함을 의미하는 것이다.
그림 6의 본 연구의 극한강도 평가과정을 통해 평가한 말뚝기초 시험체의 강도는 ACI 318-02(2002), CRSI Handbook(1984), Blevot & Fremy(1967)의 트러스 모델, 그리고 Gogate & Sabnis(1980)의 트러스 모델에 의한 평가결과와 표 2에서 비교하였다. 표 2의 강도평가 결과로부터 3차원 스트럿-타이 모델을 이용하는 것은 설계기준에서 제시하는 설계방법 및 기존 트러스 모델을 이용하는 방법보다 정확하고 일관성 있는 설계방법으로 볼 수 있다.
7)를 초과하지 않았다. 재하판의 지압응력은 도로교 설계기준에 제시된 설계지압강도(=φ0.7fck#, φ=0.7, A1=하중이 가해지는 면적, A2=지압면에서 수평 2에 수직 1의 기울기로 선을 내렸을 때 부재 외면과 만나는 위치까지 연장되는 직각 피라미드나 원추형의 하부면적)을 만족하였다.
많은 연구결과에서 2차원 스트럿-타이 모델을 이용하는 설계방법은 기존의 방법으로 설계가 어려운 응력교란영역을 갖는 2차원 콘크리트 구조부재의 합리적인 설계를 가능케 하는 방법임이 입증되었다. 최근 ACI 318-02 설계기준서에서 스트럿-타이 모델을 이용하는 설계방법이 매우 비중있는 설계규정으로 반영됨에 따라 스트럿-타이 모델을 이용한 설계 방법 및 규정의 확립 필요성에 여러 연구자들이 인식을 같이 하고 있다.
후속연구
그 결과를 기존의 연구결과 및 여러 설계기준에 의한 해석 및 설계결과와 비교함으로써 제안된 방법의 타당성을 검토하였다. 본 연구로부터 3차원 스트럿-타이 모델을 이용하는 설계방법은 3차원 응력교란영역을 갖는 콘크리트 구조부재의 합리적이고 실용적인 설계방법으로 정착될 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
스트럿-타이 모델을 이용하는 설계방법은 무슨 설계방법으로 부각되기 시작하였는가?
스트럿-타이 모델을 이용하는 설계방법은 현재의 설계기준에서 명확하게 제시하지 못하고 있는 많은 콘크리트 구조부재의 차세대 설계방법으로 부각되기 시작하였다. CEB-FIP 통합 설계기준(1993), AASHTO LRFD 설계기준(2004), ACI 318-02 설계기준(2002)을 비롯한 여러 나라의 주요 설계기준에서 스트럿-타이 모델이 공식적인 설계방법으로 채택되기에 이르렀고 우리나라의 2000년 도로교 설계기준(건설교통부 2000)에도 반영되어 있다.
스트럿-타이 모델을 이용하여 다양한 형상, 하중, 그리고 경계 조건을 갖는 여러 콘크리트 구조부재의 실질적인 설계를 위해서는 절점영역을 통해 스트럿과 타이의 힘이 다른 곳으로 안전하게 전달될 수 있도록 적절한 방법에 의해 절점영역의 강도를 검토하여야 하는 이유는?
일반적으로 모든 절점영역은 정수압의 응력 상태로 가정되어왔다. 그러나 절점영역의 강도는 절점영역의 위치, 절점영역의 균열, 절점영역에 연결된 철근타이의 인장 변형률, 콘크리트 스트럿 응력에 의한 구속 정도, 그리고 철근에 의한 구속 정도 등 다양한 인자의 영향을 받는다. 스트럿-타이 모델을 이용한 전통적인 설계 방법에서는 절점영역의 강도를 적절히 검토하지 못하였다. 따라서 스트럿-타이 모델을 이용하여 다양한 형상, 하중, 그리고 경계 조건을 갖는 여러 콘크리트 구조부재의 실질적인 설계를 위해서는 절점영역을 통해 스트럿과 타이의 힘이 다른 곳으로 안전하게 전달될 수 있도록 적절한 방법에 의해 절점영역의 강도를 검토하여야 한다.
스트럿-타이 모델에서 절점영역은 무엇을 이상화한 것인가?
절점영역을 통해 스트럿과 타이의 힘이 다른 곳으로 안전하게 전달될 수 있도록 적절한 방법에 의해 절점영역의 강도를 검토하여야 한다. 스트럿-타이 모델에서 절점영역은 하중경로의 방향변화가 있는 복합적인 응력상태를 단순하게 이상화한 것이다. 일반적으로 모든 절점영역은 정수압의 응력 상태로 가정되어왔다.
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