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순수전단이 작용하는 RC막판넬의 전단변형률 증폭
Shear Strain Big-Bang of RC Membrane Panel Subjected to Shear 원문보기

대한토목학회논문집 = Journal of the Korean Society of Civil Engineers, v.35 no.1, 2015년, pp.101 - 110  

정제평 (호남대학교 토목환경공학과)

초록
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최근 Hsu는 전단시험장치를 이용해 순수전단이 작용하는 9개 RC패널요소의 전단시험을 수행하였다(ACI 1997). 최신 트러스모델(수정압축장이론, 회전각연성트러스모델)은 평형조건과 적합조건 그리고 2축 상태에서 RC 막판넬의 연성 응력-변형률 관계를 이용하여 2중 루프의 시행착오방법으로 복잡한 비선형해석을 수행하고 있다. 본 연구는 스트럿과 타이의 파괴기준에 기반한 개선된 모어변형적합방법을 사용해 효율적인 알고리즘을 제안하였고, 이 알고리즘을 이용하여 Hsu가 실험한 전단이력 해석을 빠른 수렴속도로 개선한 것이다. 해석결과에 의하면 전단변형률 증폭상태의 전단변형에너지는 주압축 응력-변형률에 크게 지배받는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, nine $1397{\times}1397{\times}178mm$ RC panels were tested under in-plane pure-shear monotonic loading condition using the Panel Element Tester by Hsu (1997, ACI). By combining the equilibrium, compatibility, and the softened stress-strain relationship of concrete in biaxial sta...

주제어

#전단변형   #적합조건   #트러스모델   #구성법칙   #응력-변형률 관계   #전단변형률 증폭  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 수직 수평방향의 철근 중에서 철근비가 낮은 방향의 철근이 먼저 항복하는 조건과 다른 방향의 철근이 항복하는 조건 그리고 스트럿 압괴시 최대유효응력을 대입하여 1 루프(loop)방법에 의한 시행착오법 도입으로 기존 방법과 비교하여 정확성은 유지하면서 동시에 해 수렴 속도를 높여, 전단응력-변형률의 이력 포락선을 쉽게 추정할 수 있는 알고리즘으로 개선한 것이다. 또한 전단응력과 전단변형률 전체이력를 재분석하여 전단변형률 증폭(Big-Bang) 현상을 파악하고 트러스 요소의 에너지밀도를 계산하여 시험자료의 신뢰성을 분석하고자 한다.
  • 본 연구는 수직 수평방향의 철근 중에서 철근비가 낮은 방향의 철근이 먼저 항복하는 조건과 다른 방향의 철근이 항복하는 조건 그리고 스트럿 압괴시 최대유효응력을 대입하여 1 루프(loop)방법에 의한 시행착오법 도입으로 기존 방법과 비교하여 정확성은 유지하면서 동시에 해 수렴 속도를 높여, 전단응력-변형률의 이력 포락선을 쉽게 추정할 수 있는 알고리즘으로 개선한 것이다. 또한 전단응력과 전단변형률 전체이력를 재분석하여 전단변형률 증폭(Big-Bang) 현상을 파악하고 트러스 요소의 에너지밀도를 계산하여 시험자료의 신뢰성을 분석하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
순수전단을 받는 RC 판넬의 비선형해석은 역학적 관점에서 어떻게 구분되는가? 순수전단를 받는 RC 판넬의 비선형해석은 역학적 관점에서 크게 3가지 거동으로 구분할 수 있다. 첫째로 힘 또는 응력변환을 설명하는 평형관계, 둘째로 2축 인장압축장 상태의 응력과 변형률 관계인 구성관계 그리고 마지막으로 변형률과 균열각의 적합관계로 구분할 수 있으며, 각각의 관계를 설명하는 기본 해석 인자 13개로 구성된다. 이러한 13개 해석인자의 해 결정과정은 복잡한 조건식과 수렴과정이 복잡하여 효율적인 조건식 구성이 필요하며, 동시에 파괴기준을 이용하여 해의 정확성 확보와 동시에 산출과정의 단순 구성이 절대적으로 필요하다.
파괴기준 이력 계산은 왜 복잡해지게 되는가? 하지만 파괴기준 이력을 계산하기 위해서는 점진적으로 전단응력의 크기를 증가시키거나(Collins, 1996), 주압축 변형률의 크기를 증가시키는 방법(Hsu, 1991)으로 계산하기 때문에 모든 이력단계의 해 계산과정은 많은 해석단계와 2개 이상의 변수를 일치시켜야 하는 2 루프(loop) 절차로 매우 복잡해진다(Cha and Kim, 2010).
응력-변형률 비선형해석의 13개 미지수 해를 구하는 문제를 어떻게 3개 변수만 영향을 받는 문제로 바꾸는가? 만약 작용하는 전단응력이 조건변수로 주어진다면 13개의 미지수가 발생하며, 응력-변형률 비선형해석을 위해 조건식이 13개 필요하게 된다. 이러한 비선형해석(해 결정)을 위해서, 변형률 조건으로 Mohr 적합방정식의 1차 불변량(invariant) 개념과 모어 원(응력 원, 변형률 원) 기하적성질을 이용하여 미지수를 계산한다. 즉 수평방향과 수직방향의 변형률과 주응력 방향의 변형률은 중심점은 같다는 조건과 Mohr 원 내의 상하 내부 삼각형이 이루는 각은 중심선을 통과하는 각과반각조건이며, 동시에 응력 Mohr 원과 변형률 Mohr 원의 각이 일치한다는 Wagner 조건식을 이용하면 13개 미지수의 해 결정이 실제 3개 변수로만 지배받게 되어 훨씬 빨라진다. Wagner는 이러한 방법으로부터 인장장이론(tension field theory, 1929)을 발표하였다(Hsu et al.
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참고문헌 (11)

  1. AASHTO LRFD (2012). "Bridge design specification and commentary." First Edition, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C, pp. 1091-1130. 

  2. ASCE-ACI Committee 426 (1973). "The shear strength of reinforced concrete members." Journal of Structural Division, ASCE, Vol. 99, No. 6, pp. 1091-1187. 

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    상세보기 crossref

  4. CEB/FIP (2010). CEB-FIP model code 2010 for concrete structures, Bulletin d' Information, pp. 256-320. 

  5. Cha, Y. K. and Kim, H. S. (2010). "Nonlinear analysis of stress-strain for RC panel subjected to shear." Journal of Korea Structure Diagnosis Institute, Vol. 14, No. 1, pp. 175-181. 

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  7. Eurocode 2 (1992). Design of concrete structures-part I, General Rules and Rules for Buildings, British Standard Institution, London, pp. 102-250. 

  8. Hsu, T. T. C. (1991). Unified theory of reinforced concrete, CRC Press, Boca Raton, Fla. pp. 256-360. 

  9. Hsu, T. T. C. and Li-Xin, B. Z. (1997). "Nonlinear analysis of membrane elements by fixed-angle softened-truss model." ACI Structural Journal, Vol. 94, No. 5, pp. 483-492. 

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  10. Vecchio, F. J. and Collins, M. P. (1986). "The modified compression field theory for reinforced concrete elements subjected to shear." ACI Structural Journal, Vol. 83, No. 2, pp. 219-231. 

  11. Vecchio, F. J., Susetyo, J. and Gauvreau, P. (2011). "Effectiveness of steel fiber as minimum shear reinforcement." ACI Structural Journal, Vol. 108, No. 4, pp. 488-496. 

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