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전단스프링과 섬유요소를 이용한 철근콘크리트 전단벽의 비선형 해석모델에 관한 연구
Nonlinear Modeling of RC Shear Walls Using Fiber and Shear Spring Elements 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.24 no.5, 2012년, pp.559 - 566  

이광호 (인하대학교 건축공학과) ,  유태상 ((주)한화건설) ,  김태완 (강원대학교 건축공학과) ,  정성훈 (인하대학교 건축공학과)

초록
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철근콘크리트 전단벽을 모델링하기 위해서 섬유요소와 전단스프링을 사용한 모델을 개발하였다. 섬유요소는 전단벽의 휨변형을 나타내며, 전단스프링은 전단변형을 나타낸다. 섬유요소는 단면치수와 비선형 재료성질을 입력하여 모델링되며, 전단스프링은 섬유요소모델과 VecTor2프로그램의 해석 결과로부터 그 변수들을 선정한다. 전단스프링은 전단변형에 의한 강도 강성 감소, 핀칭효과, 그리고 슬립현상을 모사할 수 있는 OpenSees의 Pinching4 모델을 사용하였다. 전단스프링의 변수선정과정은 복잡하고 시간이 오래 걸린다. 따라서 섬유요소모델의 사용성을 검토하기 위해 전단벽의 형상비(H/L), 보의 높이변화, 그리고 보와 전단벽의 강성비 휨강도비를 변수로 하여 전단벽 건물에 동적해석을 수행하였다. 전단벽의 형상비는 섬유요소모델을 사용한 모델과 섬유요소와 전단스프링을 함께 사용한 모델의 층간변위비 오차와 일정한 관계를 가진다. 하지만 보의 높이변화와 강성비 휨강도비 변화에 두 모델의 오차는 일정한 관계를 보이지 않는다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, fiber elements and a spring are used to build a reinforced concrete shear wall model. The fiber elements and the spring reflect flexural and shear behaviors of the shear wall, respectively. The fiber elements are built by inputting section data and material properties. The spring para...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 고층건물의 전단벽과 같이 비교적 세장한 형상비의 전단 벽이 이에 해당된다. 이 논문에서는 섬유요소로 모델링 할수 없는 전단 변형을 나타내기 위하여 전단 스프링을 섬유요소에 결합하여 섬유-스프링요소를 만들고 이를 이용한 전단벽의 비선형 모델링 방법에 대해 고찰하였다.
  • 따라서, 전단벽의 전체 거동 중 전단 변형의 비율이 증가할수록 섬유요소 모델의 정밀성은 낮아지게 된다. 이 논문에서는 이러한 단점을 보완하기 위하여 섬유요소와 스프링요소가 결합된 해석모델을 구성하는 방법에 대해 정리하였고 이 모델을 이용하여 비선형 동적 해석을 수행함으로써 그 적용성을 확인하였다. 또한 섬유요소와 섬유-스프링요소를 사용하여 생성한 해석 결과들 간의 차이를 정량적으로 파악함으로써 섬유요소만을 사용하여 모델링이 가능한 전단벽 형상비의 범위를 파악하였다.
  • 이상의 논의를 전개하기 위한 이 연구의 목적은 다음과 같이 두 가지로 정리할 수 있다. 첫째, 철근콘크리트 전단벽의 비선형 해석을 위해서 섬유요소와 스프링요소가 결합된 해석모델을 구성하는 방법에 대해 정리하고 이를 이용하여 실제 비선형 동적해석을 수행함으로써 그 적용성을 확인하는 것이다. 둘째, 섬유요소 모델과 섬유-스프링요소 모델의 결과를 비교하고 간편 모델인 섬유 요소만을 사용한 전단벽 건물의 모델링의 오차를 정량적 으로 파악함으로써 이 모델링 방법이 사용 가능한 전단벽 형상비의 범위를 파악하는 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
정밀한 유한 요소해석 방법의 장단점은? 철근콘크리트 전단벽은 효율적인 횡하중 저항능력으로 인하여 내진 구조 시스템의 중요한 구조 요소로서 널리 사용되어 왔으며, 건물에 작용하는 횡력의 대부분을 부담하므로 그 비선형 거동 특성은 건물의 내진성능에 큰영향을 준다. 전단벽의 해석 모델링을 위한 정밀한 유한 요소해석 방법의 적용은 신뢰성 높은 비선형 거동 예측 결과를 제공하지만, 이를 위해 해석에 요구되는 시간과 계산량이 과도하여 건물 전체에 적용하기에는 한계가 있다. 구조해석에 필요한 시간과 노력을 크게 절약할 수있는 모델링 방법으로 섬유요소(fiber element)를 적용한 해석모델 작업이 고려되기도 하지만, 이 방법은 전단변형을 정밀하게 예측하는 것이 불가능하다.
섬유-스프링요소 모델 방법의 장점은? 이와 같은 기존 모델링 방법들의 단점을 보완하기 위하여 전단변형을 나타낼 수 있는 전단 스프링을 섬유요소 모델에 추가하는 방법인 섬유-스프링요소 모델을 사용할 수 있다. 이 모델링 방법은 해석 수행에 소요되는 계산량과 시간이 비교적 적어 다층 건물 전체의 비선형 해석에도 적합하다. 섬유-스프링요소 모델은 전단 스프링을 표현하기 위한 여러 변수값을 정하는 작업이 필요하며 이 과정에서 모델링 대상인 전단벽의 하중-변위 관계를 파악할 수 있는 실험 결과가 있어야 한다.
구조해석에 필요한 시간과 노력을 크게 절약할 수있는 모델링 방법은? 전단벽의 해석 모델링을 위한 정밀한 유한 요소해석 방법의 적용은 신뢰성 높은 비선형 거동 예측 결과를 제공하지만, 이를 위해 해석에 요구되는 시간과 계산량이 과도하여 건물 전체에 적용하기에는 한계가 있다. 구조해석에 필요한 시간과 노력을 크게 절약할 수있는 모델링 방법으로 섬유요소(fiber element)를 적용한 해석모델 작업이 고려되기도 하지만, 이 방법은 전단변형을 정밀하게 예측하는 것이 불가능하다. 이와 같은 기존 모델링 방법들의 단점을 보완하기 위하여 전단변형을 나타낼 수 있는 전단 스프링을 섬유요소 모델에 추가하는 방법인 섬유-스프링요소 모델을 사용할 수 있다.
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