[논문]분포하중이 철근 콘크리트 슬래브의 동적 거동에 미치는 영향

오경윤; 조진구; 최수명; 홍종현

doi:10.5389/ksae.2008.50.2.019

분포하중이 철근 콘크리트 슬래브의 동적 거동에 미치는 영향
Effects of Distributed Load on the Dynamic Response of the Reinforced Concrete Slabs 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.50 no.2, 2008년, pp.19 - 26

오경윤 (전남대학교 대학원, 정주건설(주)) , 조진구 (전남대학교) , 최수명 (전남대학교 농업생명과학대학) , 홍종현 (탐라대학교 토목환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study has been carried out to investigate the dynamic characteristics of RC slabs. For this purpose, the 20-node solid element has been used to discretize the RC slabs into two parts of concrete and rebar. The material non-linearity considering elasto-visco plastic model and the smeared crack model have been adopted in the finite element formulation. The applied load can handle step load, load intensity of harmonic load, area of distributed load and frequency. The frequency of harmonic load has an significant effect on dynamic behaviour in terms of displacement. As the frequency is increased, the effect of load amplitude is more serious. Especially, if the frequency of harmonic load exceeds 30 Hz, it is noted that the displacement by harmonic load is greater than that by step load. In case of harmonic load, the damping effect shows no certain tendency with respect to frequency of load. In details, the damping is effective when the frequency of harmonic load is 2 Hz, but there is no consistent tendency according to damping ratio. The dynamic response when the frequency of harmonic load is 3 Hz shows same result for undamped case as well as for damped case with 5% damping ratio. It is also noted that we can get the largest deflection for damped case with 1% damping ratio. However, there is not any damping effect when the frequency of harmonic load is greater than 4 Hz.

주제어

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문제 정의

본 연구는 작용 하중이 주변에서 고정된 철근 콘크리트 슬래브의 동적 거동에 미치는 영향을 규명하는데 있다. 여기서 작용하중은 단계하중과 조화하중이고 하중의 크기, 분포면적 및 진동수 등이 고려되었다.
본 연구의 목적은 분포하중이 철근 콘크리트 슬래브의 동적 거동 특성에 미치는 영향을 규명하기 위한 것으로 이를 위하여 해석방법으로는 유한요소법이 사용되었고 구조계의 이산화에는 분산 철근층을 갖는 20 절점 비선형 입체 유한요소가 채용되었다. 분포하중의 조건은 단계하중 및 조화하중의 하중강도, 하중의 분포면적 및 진동수를 고려하였다.

가설 설정

: 보강 철근의 항복 응력으로서 일정하다고 가정한다.
⁹⁾ 따라서 철근 콘크리트 슬래브의 동적 해석에 대한 연구가 꾸준히 계속되어 왔다.^3,7-9) 만일 철근 콘크리트 슬래브의 동적 거동의 특성을 정확하게 예측할 수 있다면 철근 콘크리트 슬래브의 설계는 한층 용이하게 될 것이다. 수치 해석법 특히 유한요소법의 확장으로 철근 콘크리트 슬래브를 보다 정교하게 해석 할 수 있는 수치모델들이 많이 제안되고 있다.
․변형률 속도의 영향은 인장과 압축에서 같다.
․어떤 특정 콘크리트의 어떤 변형률 속도에 대한 파괴변형률은 거의 일정하다.
․연성은 변형률 속도가 증가함에 따라 감소한다.
․초기 탄성 계수는 변형률 속도에 따른다.
․초기 탄성계수는 변형률 속도의 영향을 거의 받지 않는다.
철근은 등가의 두께를 갖는 2차원의 면내층으로 취급되고 철근 방향의 축방향력에만 저항한다고 가정한다.
한편 구조계의 동적 평형 방정식의 시간적분에는 Newmark 방법이 적용되었고 평형 방정식의 해를 구하는 데는 보편적으로 많이 사용되고 있는 Modified Newton-Raphson 반복법을 사용하였다. 한편 감쇠행렬은 질량행렬과 강성도행렬에 비례한다고 가정하였다.

제안 방법

본 연구의 목적은 분포하중이 철근 콘크리트 슬래브의 동적 거동 특성에 미치는 영향을 규명하기 위한 것으로 이를 위하여 해석방법으로는 유한요소법이 사용되었고 구조계의 이산화에는 분산 철근층을 갖는 20 절점 비선형 입체 유한요소가 채용되었다. 분포하중의 조건은 단계하중 및 조화하중의 하중강도, 하중의 분포면적 및 진동수를 고려하였다.
1과 같은 4m x 4m 크기의 주변 고정 철근 콘크리트 슬래브이다. 선정된 모델 구조물은 대칭성을 고려하여 전체영역의 1/4을 16개의 요소로서 모델링 하였다. 이때 사용된 재료의 성질은 Table 1과 같다.

대상 데이터

수치예제에서 모델로서 선정된 구조물은 Fig. 1과 같은 4m x 4m 크기의 주변 고정 철근 콘크리트 슬래브이다. 선정된 모델 구조물은 대칭성을 고려하여 전체영역의 1/4을 16개의 요소로서 모델링 하였다.

이론/모형

과도 동적 해석의 경우 탄-점소성 모델은 많은 구조 재료의 실제 거동을 잘 근사 표현하고 있으므로 순간적인 최대응력 변화의 현상이 잘 모델화 되었다고 할 수 있다.^2,10) 따라서 본 연구에서는 재료의 실제적인 거동과 잘 일치하는 탄-점소성 모델에 의해서 재료 비선 형성을 고려하였으며 콘크리트의 균열모델은 분산균열모델이 사용되었다.
작용하중이 철근 콘크리트 슬래브의 동적 거동에 미치는 영향을 규명하기 위하여 해석방법으로는 유한요소법을 사용하였으며 슬래브의 이산화에는 분산 철근층을 갖는 20절점 등매개변수 입체요소가 사용되었다. 유한요소 방정식의 정식화에서 재료 비선형성은 탄-점소성 모델에 의해서 그리고 콘크리트의 균열모델로는 분산균열모델이 사용되었다. 한편 구조계의 동적 평형 방정식의 시간적분에는 Newmark 방법이 적용되었고 평형 방정식의 해를 구하는 데는 보편적으로 많이 사용되고 있는 Modified Newton-Raphson 반복법을 사용하였다.
작용하중이 철근 콘크리트 슬래브의 동적 거동에 미치는 영향을 규명하기 위하여 해석방법으로는 유한요소법을 사용하였으며 슬래브의 이산화에는 분산 철근층을 갖는 20절점 등매개변수 입체요소가 사용되었다. 유한요소 방정식의 정식화에서 재료 비선형성은 탄-점소성 모델에 의해서 그리고 콘크리트의 균열모델로는 분산균열모델이 사용되었다.
유한요소 방정식의 정식화에서 재료 비선형성은 탄-점소성 모델에 의해서 그리고 콘크리트의 균열모델로는 분산균열모델이 사용되었다. 한편 구조계의 동적 평형 방정식의 시간적분에는 Newmark 방법이 적용되었고 평형 방정식의 해를 구하는 데는 보편적으로 많이 사용되고 있는 Modified Newton-Raphson 반복법을 사용하였다. 한편 감쇠행렬은 질량행렬과 강성도행렬에 비례한다고 가정하였다.

성능/효과

0%의 감소가 있었다. 0.64초 후 변위는 비감쇠인 경우 2.77mm, 감쇠 1%의 경우 2.58mm 및 감쇠 5%의 경우 3.22mm로서 비감쇠의 경우와 비교하여 감쇠 1%의 경우에 6.8% 작게 나타났지만 감쇠 5%의 경우 오히려 16.2% 크게 나타났다. 한편 0.
1. 하중강도가 일정한 경우 하중의 분포면적이 증가함에 따라 변위와 진동주기는 점차로 증가되었다. 하중분포 면적이 전체면적의 16/16～1/16으로 변함에 따라 피크에서의 변위는 전체 면적에 하중이 작용할 때의 변위를 기준하여 87.
2. 슬래브에 작용하는 전체 하중의 크기를 일정하게 한 후 분포면적을 다르게 한 경우 분포면적이 작을수록 피크에서의 변위는 크게 나타났고 특히 하중 분포 면적이 전체면적의 1/16 및 4/16일 때 변위의 차이는 크지 않았지만 하중분포면적이 전체면적의 9/16 및 16/16이면 변위의 감소가 현저하였다. 구체적으로 하중분포 면적이 전체면적의 16/16～1/16로 감소함에 따라 피크에서의 변위는 각각 3.
4. 조화하중의 진동수가 증가함에 따라 변위는 현저히 증가되었다. 조화하중의 진동수를 4～40 Hz로 변화시켰을 때 피크에서의 변위는 f(t) = 1.
5. 조화하중이 작용하는 경우 진동수가 2 Hz인 경우 감쇠의 영향은 나타났지만 일정한 경향을 찾을 수가 없었으며 진동수가 3 Hz인 경우에는 비감쇠의 경우와 감쇠 5%인 경우에 진동현상은 거의 일치되었고 감쇠 1%에서 가장 큰 변위가 발생되었다. 그러나 진동수가 4 Hz 이상이면 감쇠의 영향은 나타나지 않았다.
․철근의 항복응력과 극한응력은 변형률 속도가 증가함에 따라 증가한다.
슬래브에 작용하는 전체 하중의 크기를 일정하게 한 후 분포면적을 다르게 한 경우 분포면적이 작을수록 피크에서의 변위는 크게 나타났고 특히 하중 분포 면적이 전체면적의 1/16 및 4/16일 때 변위의 차이는 크지 않았지만 하중분포면적이 전체면적의 9/16 및 16/16이면 변위의 감소가 현저하였다. 구체적으로 하중분포 면적이 전체면적의 16/16～1/16로 감소함에 따라 피크에서의 변위는 각각 3.54 mm, 7.17 mm, 12.1 mm 및 13.5 mm로서 전체 면적에 하중이 분포하는 것을 기준으로 할 때 202.5%, 341.8% 및 381.3%로서 분포면적이 4/16 이하일 때 변위의 증가율이 현저하였다.
슬래브에 작용하는 전체 하중의 크기를 일정하게 한 후 분포면적을 다르게 한 경우 분포면적이 작을수록 피크에서의 변위는 크게 나타났고 특히 하중분포 면적이 전체면적의 1/16 및 4/16 일 때 변위의 차이는 크지 않았지만 하중분포면적이 전체면적의 9/16 및 16/16이면 변위의 감소가 현저하였다. 구체적으로 하중분포 면적이 전체면적의 16/16～1/16로 감소함에 따라 피크에서의 변위는 각각 3.54 mm, 7.17 mm, 12.1 mm 및 13.5 mm로서 전체 면적에 하중이 분포하는 경우의 변위 3.54 mm를 기준으로 할 때 202.5%, 341.8% 및 381.3%로서 분포면적이 4/16 이하일 때 변위의 증가율이 현저하였다.
슬래브에 작용하는 전체 하중의 크기를 일정하게 한 후 분포면적을 다르게 한 경우 분포면적이 작을수록 피크에서의 변위는 크게 나타났고 특히 하중분포 면적이 전체면적의 1/16 및 4/16 일 때 변위의 차이는 크지 않았지만 하중분포면적이 전체면적의 9/16 및 16/16이면 변위의 감소가 현저하였다. 구체적으로 하중분포 면적이 전체면적의 16/16～1/16로 감소함에 따라 피크에서의 변위는 각각 3.
일정한 크기를 갖는 분포하중이 작용하는 경우 분포면적이 증가할수록 변위와 진동주기는 모두 점차로 증가되었다. 하중분포 면적이 전체면적의 16/16～1/16으로 감소함에 따라 피크에서의 변위는 각각 3.
조화하중의 진동수가 3 Hz인 경우 비감쇠의 경우와 감쇠 5%인 경우에 진동현상은 거의 일치되었고, 감쇠 1%인 경우에 변위가 오히려 크게 발생되었지만 시간 0.8초 후 부터는 감쇠의 영향이 나타나지 않았다.
일정한 크기를 갖는 분포하중이 작용하는 경우 분포면적이 증가할수록 변위와 진동주기는 모두 점차로 증가되었다. 하중분포 면적이 전체면적의 16/16～1/16으로 감소함에 따라 피크에서의 변위는 각각 3.54 mm, 3.1 mm, 1.49 mm 및 0.193 mm로서 전체 면적에 하중이 작용하는 경우의 변위 3.54 mm를 기준하여 87.6%, 42.1% 및 5.5%로서 분포면적이 4/16이하일 때 변위의 감소가 현저하였고, 특히 분포면적이 1/16인 경우에는 변위 및 진동주기가 현저하게 감소하였다.
하중강도가 일정한 경우 하중의 분포면적이 증가함에 따라 변위와 진동주기는 점차로 증가되었다. 하중분포 면적이 전체면적의 16/16～1/16으로 변함에 따라 피크에서의 변위는 전체 면적에 하중이 작용할 때의 변위를 기준하여 87.6%, 42.1% 및 5.5%로서 분포면적이 4/16 이하일 때 변위의 감소가 현저하였고 특히 분포면적이 1/16인 경우에는 진동주기가 현저하게 감소하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탄-점소성 모델에서 변형률 속도는 무엇으로 나눌 수 있는가?	일반으로 탄-점소성 모델에서 변형률 속도#는 탄성성분#과 점소성 성분#으로 나눌 수 있다.5-7)
	콘크리트의 동적 하중 조건에서의 몇 가지의 중요한 거동 특성은 무엇인가?	․보통 콘크리트의 강도는 변형률 속도에 따른다. ․초기 탄성 계수는 변형률 속도에 따른다. ․어떤 특정 콘크리트의 어떤 변형률 속도에 대한 파괴변형률은 거의 일정하다.
	분산균열모델은 어떤 분야에 사용되는가?	이산균열모델은 균열이 요소의 경계를 따라서 형성되는 경우에 적용되므로 이 접근법은 몇 개의 균열만 발생되는 문제에 적합하다. 반면에 분산균열모델은 재료의 성질을 수정함으로서 균열로인한 손상을 고려할 수 있는 편리함이 있으므로 구조공학분야에서 널리 사용된다. 따라서 본 연구에서도 이 접근법이 채용되었다.

참고문헌 (11)

Cho, Jin Goo, Keun Soo Park, 2001, Effects of Partially Distributed Step Load on Dynamic Response of the Plane Circular Arches, Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, 43(4) : 89-96. (in korea)
Hinton, E, 1988, Numerical Method and Software for Dynamic Analysis of Plates and Shells, Pineridge Press, Swansea, U.K
Hinton, E and D. R. J. Owen(1984), Finite Element Software for Plates and Shells, Pineridge Press Ltd., Swansea, U.K
Hong, Chong-Hyun, Jin-Hwan Park and Kwang- Sung Woo(2002), "p-version Finite Element Analysis of Composite Laminated Plates with Geometric and Material Nonlinearities", Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 22 No. 2-A, pp.355-364. (in korea)
Kankam, J. A. and H. J. Dagher(1995), "Nonlinear FE analysis of RC skewed slab bridges", J. Struct. Engrg., ASCE, Vol.121, pp.1338-1345

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Kupfer, H., K. H. Hilsdorf and H. Rush (1969), "Behaviour of concrete under biaxial stresses, Proc. Amer. Concrete Inst., Vol. 66(8), pp.656-666
Mondkar and Powell, G. H., 1977, Finite Element Analysis of Nonlinear Static and Dynamic Response, International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol. 11, pp.499-520

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Oh, Kyung Yoon, Jin Goo Cho, and Chong Hyun Hong, 2007, Effects of Design on the Dynamic Response of Reinforced Concrete Slabs, Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, 49(6) : 3-10. (in korea)

원문보기 상세보기
Oh, Kyung Yoon, Jin Goo Cho, and Chong Hyun Hong, 2007, Effects of Material Characteristics on the Dynamic Response of the Reinforced Concrete Slabs, Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, 49(4) : 43-49. (in korea)

원문보기 상세보기
Spiliopoulos, K. V. and G. Ch. Lykidis, 2006, "An efficient three-dimensional solid finite element dynamic analysis of reinforced concrete structures", Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 35 No. 2, pp.137-157

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Vecchio, F.J. and M. Tata, 1999, "Approximate analyses of reinforced concrete slabs", Structural Engineering and Mechanics, Vol.8, No.1, pp.1-18

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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