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콘크리트 충전강관 구조의 직경-두께비 및 콘크리트 강도 변화에 따른 휨 성능 평가

Bending Performance Evaluation of Concrete Filled Tubular Structures With Various Diameter-thickness Ratios and Concrete Strengths

구조물진단학회지 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, v.13 no.2 = no.54, 2009년, pp.223 - 230  

이상열 (중부대학교 산학협력단) ,  박대용 (대림산업(주) 기술연구소) ,  이상범 (SQ엔지니어링(주) 기술연구소) ,  이래철 (SQ엔지니어링(주))

초록
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본 연구는 다양한 직경-두께비와 콘크리트 강도를 고려한 콘크리트 충전강관의 휨 거동을 다루었다. 유한 요소 해석을 위하여 상용 프로그램 LUSAS를 사용하였으며, 충전 강관의 콘크리트와 강 사이의 부착면의 상세거동을 고려하기 위하여 조인트 요소를 적용하였다. 또한, 콘크리트와 강관의 비선형성을 고려하기 위하여 소성영역에서 증가된 응력을 사용한 콘크리트와 강의 응력-변형률 곡선을 사용하였다. 제안된 방법으로 구한 수치해석 결과는 등분포하중을 받는 강관의 하중-변위 곡선에 대한 실제 실험 결과와 잘 일치하였다. 몇 가지 매개변수 연구는 서로 다른 직경-두께비와 콘크리트 강도에 대하여 휨 영향을 받는 콘크리트 충전강관의 구조적 특성에 초점을 두었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study we deal with bending behaviors of a concrete filled tubular(CFT) with various diameter-thickness ratios and concrete strengths. In finite element analysis using a commercial package(LUSAS), the bonding effect between concrete and steel in CFT structures is modeled by applying a joint e...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 국내의 콘크리트 충전 강관합성 구조가 휨 하중에 지배되는 경우에 대한 이론 및 실험적 연구사례가 극히 미비한 상태이며 최근의 건설기술력과 신기술 개발에 대한 시대적 요구에 따라 점차 합성 구조에 대한 연구가 증가할 것으로 전망된다. 따라서 본 연구에서는 CFT 부재를 해석모델로 선택하여 이에 대한 기본이론을 전개하고 각종 실물실험과 상용프로그램을 이용한 유한요소해 석을 통하여 CFT 부재가 휨 하중에 지배되는 경우에 구조적 효과 및 특성을 규명하는 것을 연구목적으로 한다. 이러한 CFT 구조가 휨 하중에 지배되는 경우에 구조적인 특성에 영향을 미칠 수 있는 강관의 직경-두께비와 강관 내부에 채워지는 콘크리트 강도 변화에 따른 CFT 부재의 휨강도와 거동특성을 살펴보고자 한다.
  • 본 연구에서는 콘크리트 충전강관 부재가 휨 하중에 지배되는 경우에 이 부재의 구조적인 특성에 영향을 미칠 수 있는 매개변수인 강관의 직경-두께비( D/t), 강관 내부에 채워지는 콘크리트 강도 변화에 따른 해석모델에 대해 비선형 유한요소해석 해석을 수행하였다. 또한 본 연구의 결과를 실물실험의 결과와 비교 .
  • 따라서 본 연구에서는 CFT 부재를 해석모델로 선택하여 이에 대한 기본이론을 전개하고 각종 실물실험과 상용프로그램을 이용한 유한요소해 석을 통하여 CFT 부재가 휨 하중에 지배되는 경우에 구조적 효과 및 특성을 규명하는 것을 연구목적으로 한다. 이러한 CFT 구조가 휨 하중에 지배되는 경우에 구조적인 특성에 영향을 미칠 수 있는 강관의 직경-두께비와 강관 내부에 채워지는 콘크리트 강도 변화에 따른 CFT 부재의 휨강도와 거동특성을 살펴보고자 한다.

가설 설정

  • 콘크리트의 응력곡선은 기본적으로 1축 압축실험결과를 이용하였으나 2축 또는 3축 압축실험결과는 1축 압축실험결과보다 약 20~25%정도큰 값을 나타내므로 합성효과를 고려한 응력-변형률곡선을 적용하였다. 또한, 콘크리트의 압축응력은 극한강도이후에 원환효과에 의해 응력이 변화하지 않는것으로 가정하였고 압축소성영역의 변형률 값의 한계를 0.003으로 설정하였다. 그리고 콘크리트의 인장응력은 극한강도의 10%를 적용하였다.
  • 여기서 콘크리트가 충진된 CFT 구조에 대해서는 콘크리트는 압축강도까지 완벽한 탄성거동을 하지는 않으나 탄성거동으로 가정하여도 해석결과에는 큰차이가 없으므로 탄성 거동하는 것으로 가정하였으며최대 탄성변형율은 일반적인 콘크리트 응력변형률 곡선에서 가정된 0.003을 적용하였다.
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참고문헌 (10)

  1. 박종면, 콘크리트 충전강관 거더의 휨 내력에 대한 이론 및 실험적 연구, 서울시립대학교 박사학위논문, 2004 

  2. 도로교 설계기준.해설, 대한토목학회, 2003 

  3. Elchalakani, M., Zhao, X. L., and Grzebieta, R. H., "Concrete-filled Circular Steel Tubes Subjected to Pure Bending", Journal of constructiona steel research, Vol. 57, 2001, pp. 1141-1168 

  4. Johnson and Oehlers, "Analysis and Design for Longitudinal Shear in Composite T-beams", Proceedings, Institution of Civil Engineers, Part 2, Vol. 73, 1981, pp. 989-1021 

  5. LUSAS, Version 13.5, "Finite Element Analysis System, Theory and Example Manual", FEA Ltd., London, 2004 

  6. Pinkham, C. W., "1986 AISC LRFD, Design of Composite Buildings", Proc. of Engineering Foundation Conference on Composite Construction, N.H, June 1987, ASCE, pp. 84-93 

  7. Shanley, F. R., "Inelastic Column Theory", Journal of the Aeronautical Science, Vol. 14. May, 1947. pp. 261-268 

  8. Timoshenko, S. P., and Gere, J. M., Theory of Elastic Stability, McGraw-Hill, 1961 

  9. Yi, W. H., Lee, J. Y., and Lee, L. H., "Nonlinear Analysis on the Behavior of Shear Connectors in Composite Steel and Concrete Beam", Journal Architectural Institute of Korea, Vol. 12. No. 5, 1996, pp. 189-197 

  10. Zhou, P., and Zhu, Z., "Concrete Filled Tubular Arch Bridge in China", Structural Engineering International ; Journal of the International Association for Bridge and Structural Engineering(IABSE), Vol. 7. No. 3, 1997 pp. 161-163 

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