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고강도 콘크리트의 인장강성을 고려한 철근 콘크리트 보의 비틀림 해석
Analysis of High Strength Concrete RC Beams with Tensile Resistance Subjected to Torsion 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.17 no.6, 2013년, pp.31 - 39  

한삼희 (군산대학교 토목공학과) ,  김종길 (호원대학교 토목환경공학과) ,  박창규 (군산대학교 토목공학과)

초록
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고강도 콘크리트 보의 극한상태의 거동을 강도에 따라 연구하였다. 13개의 보를 해석하고 그 결과를 제시하였다. 변수는 콘크리트의 압축강도로 범위는 57~184 MPa이며, 횡방향 철근비로 범위는 0.35~1.49%이다. 실험에서 측정한 극한 비틀림 강도를 본 논문에서 제안한 값과 ACI 기준에 따른 값을 비교하였다. 그 결과 본 논문에서 제안한 이론에 의한 극한 비틀림 강도가 ACI 기준에 따른 값보다 더 좋은 결과를 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The ultimate behavior of high-strength concrete beams is studied with respect to their strength. Thirteen beams were analyzed and the results are presented herein. The variable parameters were the concrete's compressive strength, from 57 to 184 MPa and the amount of lateral torsional reinforcement, ...

주제어

#비틀림   #고강도콘크리트   #트러스모델   #비틂각   #횡방향철근   #종방향철근   #항복강도   #전단흐름  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 17개의 방정식을 8개의 변수를 포함하는 7개의 방정식으로 축소하는 효율적인 알고리즘이 제시되었다. 7개의 방정식은 재료에 관한 4개의 방정식을 포함한다.
  • 비틀림을 받는 부재의 경우 새로운 평형, 적합, 재료구성 방정식이 앞에서 유도한 11개의 방정식에 추가 이들 방정식의 유도는 Hsu에 의하여 제안되었다. 본 논문에서는 비틀림의 해를 구하기 위한 방정식을 체계적으로 소개하며 연립 방정식을 풀기 위한 단순하고 새로운 알고리즘을 제안한다.
  • 본 논문은 보통강도콘크리트에 적용한 연화트러스 모델이론이 고강도콘크리트에 적용할 수 있는지를 알아보고, 균열 후 콘크리트의 인장강성을 고려한 경우와 고려하지 않는 경우의 차이를 알아보고자 한다.
  • 본 논문의 연구목적은 보통강도콘크리트에 적용한 연화트러스 모델이론이 고강도콘크리트에 적용할 수 있는지를 알아보고 균열 후 콘크리트의 인장강성 차이를 알아보고자 한다.

가설 설정

  • 11. 다른 ∊ds값을 선정하고 단계 1부터 단계 10까지 반복한다. ∊ds값은 적당한 증분으로 0.
  • ∊ds를 선정한다. ∊d = ∊ds/2

    2. ∊r을 가정한다.

  • d방향의 콘크리트의 응력과 변형률은 Vecchio가 제안한 연화된 콘크리트에 대한 구성방정식을 따른다고 가정한다.
  • 종방향과 횡방향 철근의 응력-변형률 관계식은 탄성완전소성으로 가정한다
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
건물과 일반적인 구조물에도 고강도콘크리트의 사용의 장점은 무엇인가? 최근 장경간 교량과 같은 많은 특수한 구조물에 고강도콘크리트 (이후 HSC)가 사용된다. 이러한 고강도콘크리트의 사용으로 강도, 내구성, 경제성의 요구에 부응하게 되었고, 건물과 일반적인 구조물에도 고강도콘크리트의 사용은 보통강도콘크리트 (이후 NSC) 사용 시보다 부재가 작게 되어 경제적으로 효과가 있다. 기둥과 같은 고압축강도를 갖는 경우는 특히 더 그러하다. 그 결과 고강도콘크리트는 자중과 관성 (慣性)을 줄이며 이러한 감소는 지진환경에서 매우 큰 효과가 된다.
실제 구조물에서 비틀림은 어떻게 작용하는가? 실제 구조물에서 비틀림은 축방향력, 휨모멘트, 전단력 등과 조합하여 작용한다. 그러나 교량과 같은 구조물에서는 비틀림이 설계에서 매우 중요한 요소로 더욱이 힘의 상호작용에 따른 설계과정에서 순수 비틀림에 대한 거동을 알아야 한다.
보통강도의 콘크리트를 위한 설계기준이 50Mpa 이상의 콘크리트 강도에 적용 할 때 주의해야 하는 이유는? 그럼에도 불구하고 50Mpa 이상의 콘크리트 강도에 적용하는 것은 여전히 주의해야 한다는 기준들도 있다. 고강도콘크리트 부재의 구조적 거동은 완전히 알려지지 않았거나 완전히 모르는 부분이 존재한다. 비틀림을 받는 보의 경우에 대한 새로운 기준은 이론을 입증하기 위하여 많은 실험이 요구되고 그러므로 차후 연구는 설계기준을 수정할 수 있도록 계속되어야 한다.
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참고문헌 (14)

  1. ACI Committee 318, "Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-05) and Commentary (318R-05)", American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 2005, p.443. 

  2. Bredt., "Kritische Bemerkungen Zur Drehungselastizitat", Zeischrift des Vereines Deutscher Ingenieure, Vol. 40, No. 28, 1986, pp.785-790 and No. 29, 1986, pp.813-817. 

  3. CEB-FIP, "Model Code 1990", Comite Euro-International du Beton, Lausanne, Switzland, 1990, p.461. 

  4. CEN prEN 1992-1-1, "Eurocode 2: Design of Concrete Structures-Part 1: General Rules and Rules for Buildings", Brussels, Belgium, Apr. 2002, p.225. 

  5. Hsu, Thomas T. C. and Mo, Y. L., "Softening of Concrete in Torsional Members-Design Recommendation", ACI Journal, Vol. 82, No. 4, 1985, pp.443-452. 

  6. Hsu, Thomas T. C. and Mo, Y. L., "Softening of Concrete in Torsional Members-Prestressed", ACI Journal, Vol. 82, No. 5, 1985, pp.603-615. 

  7. Hsu, Thomas T. C. and Mo, Y. L., "Softening of Concrete in Torsional Members-Theory and tests", ACI Journal, Vol. 82, No. 3, 1985, pp.228-234. 

  8. Hsu, Thomas T. C., Torsion of Reinforced Concrete, Van Nostrand Reinhold Co., New York, 1984, p.544. 

  9. Joo, G. Y., "Torsional Behavior of Steel Fiber Reinforced Concrete Beam", Thesis, Graduate School Kunsan National University, 2012 (in Korean). 

  10. L. J. Rasmussen and G. Baker, "Torsion in Reinforced Normal and High-Strength Concrete Beams-Part 1: Experimental Test Series", ACI Structural Journal N0. 92-S7, January-Febuary, 1995. 

  11. Norwegian Standards, "Concrete Structures, Design Rules", NS3473, Stockholm, Sweden, 1989, p.78. 

  12. Standards Association of New Zealand, "Concrete Structures NZS 3101-Part 1 : Design", 1995, p.256. 

  13. Standards Council of Canada, "Design of Concrete Structure for Buildings (CAN3-A23.3-04)", Canadian Standards Association, Mississanga, Canada, Dec. 2004, p.240. 

  14. Vecchio, F. and Collins, M. P., "Stress-Strain Characteristics of Reinforced Concrete in Pure Shear", IABSE Colloquim Advanced Mechanics of Reinforced Concrete, Delft, Final Report, 1981, pp.211-225. 

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