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콘크리트의 기건단위질량을 고려한 콘크리트 압축강도의 크기효과
Size Effect of Concrete Compressive Strength Considering Dried Unit Weight of Concrete 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.27 no.2, 2015년, pp.169 - 176  

심재일 (해평선(주) R&D팀) ,  양근혁 (경기대학교 플랜트.건축공학과) ,  이성태 (인하공업전문대학 토목환경과)

초록
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현재까지 발표된 크기효과법칙은 보통중량 콘크리트에 기반하고 있어 파괴특성이 다른 경량골재 콘크리트에서는 그 활용성이 의문시되고 있다. 따라서 이 연구에서는 콘크리트의 기건단위질량이 압축강도의 크기효과에 미치는 영향을 예측할 수 있는 모델을 개발하고 기존 연구결과들을 모아 데이터베이스화하였다. 그리고 비선형 파괴역학에 근거한 Ba${\check{z}}$ant와 Kim and Eo의 예측모델 및 이 연구에서 제안한 식에 대한 실험상수들을 결정한 후, 상호 비교 분석하였다. 그 결과, 콘크리트의 기건단위질량을 고려한 본 연구의 예측모델이 Ba${\check{z}}$ant와 Kim and Eo의 예측모델보다 경량골재 콘크리트에 대한 실험결과를 더 잘 예측하고 있음을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Since the size effect law announced currently has been based on the normal weight concrete, for light weight concrete having different fracture characteristics, its application is questionable. Accordingly, in this study, a model equation to predict the effect of dried unit weight of the concrete on...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구의 목적은 콘크리트의 기건단위질량을 고려하여 압축강도의 크기효과에 대한 예측모델을 개발하는 것이다. 이를 위해 비선형 파괴역학에 기반한 Bažant5)와 Kim and Eo7)의 예측모델들을 분석하여 콘크리트의 기건단위 질량을 고려한 압축강도의 크기효과에 대한 예측모델을 제시하였다.
  • 이 연구에서는 콘크리트의 기건단위질량을 고려한 압축강도의 크기효과에 대한 예측모델의 개발하고 기존 연구결과를 데이터베이스화하여 몇몇 연구자들의 연구결과와 비교․분석한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.

가설 설정

  • 2-4) Weibull은 Griffith의 가정을 도입하여 선형탄성 파괴역학에 근거한 통계적 접근 방법에 의해 최초로 크기효과법칙(size effect law)을 제시하였다.5) 그러나 콘크리트의 파괴는 미세균열영역의 발달과 함께 주균열이 서서히 발생되면서 일어난다.6) 이는 선형탄성 파괴역학의 가정과 모순되며 이를 해결하기 위해 비선형 파괴역학이 도입되었다.
  • 콘크리트의 파괴가 일어날 때 소요되는 총에너지 해방량은 균열길이의 함수이고, 균열진행영역의 면적에 비례한다.
  • 콘크리트의 균열진행영역의 면적은 압축강도와 콘크리트의 기건단위질량에 반비례한다.
  • a)에 비례한다는 것이다. 균열진행영역의 면적은 균열길이와 균열 폭(nda)의 곱으로 계산되며, 균열의 폭은 균열의 진행양상을 분석하여 굵은골재 최대치수에 비례한다고 가정했다. 그러나 Bažant의 크기효과 모델은 공시체의 크기가 증가함에 따라 압축강도가 지속적으로 감소하여 Fig.
  • 이 모델의 기본가정은 콘크리트 공시체의 균열진전에 필요한 에너지는 균열길이(a)와 균열진행영역의 면적(ndaa)에 비례한다는 것이다. 균열진행영역의 면적은 균열길이와 균열 폭(nda)의 곱으로 계산되며, 균열의 폭은 균열의 진행양상을 분석하여 굵은골재 최대치수에 비례한다고 가정했다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
크기효과법칙이 파괴특성이 다른 경량골재 콘크리트에서는 그 활용성이 의문시되고 있는 이유는 무엇인가? 현재까지 발표된 크기효과법칙은 보통중량 콘크리트에 기반하고 있어 파괴특성이 다른 경량골재 콘크리트에서는 그 활용성이 의문시되고 있다. 따라서 이 연구에서는 콘크리트의 기건단위질량이 압축강도의 크기효과에 미치는 영향을 예측할 수 있는 모델을 개발하고 기존 연구결과들을 모아 데이터베이스화하였다.
콘크리트의 크기효과의 특징은 무엇인가? 콘크리트의 크기효과는 Gonnerman1)의 실험에 의해 최초로 증명되었으며, 이후 다양한 경우에 대한 실험을 통해 콘크리트의 크기효과가 콘크리트 공시체의 단면형태, 크기, 형상비 및 굵은골재의 최대치수 등에 영향 받음이 확인되었다.2-4) Weibull은 Griffith의 가정을 도입하여 선형탄성 파괴역학에 근거한 통계적 접근 방법에 의해 최초로 크기효과법칙(size effect law)을 제시하였다.
콘크리트의 파괴가 선형탄성 파괴 역학의 가정과 모순되는 것을 해결하기 위해 도입된 것은 무엇인가? 5) 그러나 콘크리트의 파괴는 미세균열영역의 발달과 함께 주균열이 서서히 발생되면서 일어난다.6) 이는 선형탄성 파괴 역학의 가정과 모순되며 이를 해결하기 위해 비선형 파괴역학이 도입되었다. Bažant5)는 비선형 파괴역학에 기반 하여 기하학적으로 유사한 공시체에 대한 크기효과법칙을 제안하였다.
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참고문헌 (18)

  1. Gonnerman, H. F., "Effect of Size and Shape of Test Specimen on Compressive Strength of Concrete", ASTM Proceedings, Vol. 25, No. 2, 1925, pp. 237-255. 

  2. Blanks, R. F. and McNamara, C. C., "Mass Concrete Tests in Large Cylinder", ACI Journal Proceedings, Vol. 31, No. 1, 1935, pp. 280-303. 

  3. Neville, A. M., "A General Relation for Strength of Concrete Specimens of Different Shape and Size", ACI Journal Proceedings, Vol. 63, No. 10, 1966, pp. 1095-1110. 

  4. Kim, J. K., Yi, S. T., Park, C. K., and Eo, S. H., "Size Effect on Compressive Strength of Plain and Spirally Reinforced Concrete Cylinders", ACI Structural Journal, Vol. 96, No. 1, 1999, pp. 88-94. 

  5. Bazant, Z. P., "Size Effect in Blunt Fracture: Concrete, Rock, Metal," Journal of Engineering Mechanics, ASCE, Vol. 110, No. 4, 1984, pp. 518-535. 

  6. Bazant, Z. P. and Planas, J., Fracture and Size Effect in Concrete and Other Quasibrittle Materials, CRC Press, 1998. 

  7. Kim, J. K. and Eo, S. H., "Size Effect in Concrete Specimens with Dissimilar Initial Cracks", Magazine of Concrete Research, Vol. 42, No. 153, 1990, pp. 233-238. 

  8. ACI Committee 318, Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-11) and Commentary (ACI 318R-08), American Concrete Institute, Michigan, 2011. 

  9. Comite Euro-International du Beton (CEB-FIP), Structural Concrete : Textbook on Behaviour, Design and Performance, International Federation for Structural Concrete (Fib), Lausanne, 1999. 

  10. Sim, J. I. and Yang, K. H., "Influence of Specimen Geometries on the Compressive Strength of Lightweight Aggregate Concrete", Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 24, No. 3, 2012, pp. 339-347. 

  11. Kim, J. K., Eo, S. H., Jang, J. S., and Cho, S. C., "Size Effect of Concrete Structures with Dissimilar Initial Cracks", Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 2, No. 1, 1990, pp. 91-100. 

  12. Bazant, Z. P. and Oh, B. H., "Crack Band Theory for Fracture of Concrete", Materials and Structures, Vol. 16, No. 93, 1983, pp. 155-177. 

  13. Kesler, C. E., "Effect of Length to Diameter Ratio on Compressive Strength-An ASTM Cooperative Investigation", Proceeding, ASTM, Vol. 59, 1959, pp. 1216-1229. 

  14. Yi, S. T., Yang, E. I., and Choi, J. C., "Effect of Specimen Sizes, Specimen Shapes, and Placement Directions on Compressive Strength of Concrete", Nuclear Engineering and Design, Vol. 236, 2006, pp. 115-127. 

  15. Chung, H. W., "On Testing of Very Short Concrete Specimens", Cement, Concrete, and Aggregate, ASTM, Vol. 11, No. 1, 1989, pp. 40-44. 

  16. Aitcin, P. C., Miao, B., Cook, W. D., and Mitchell, D., "Effect of Size and Curing on Cylinder Compressive Strength of Normal and High-Strength Concretes", ACI Materials Journal, Vol. 91, No. 4, 1994, pp. 349-354. 

  17. Sener, S., "Size Effect Tests of High Strength Concrete", Journal of Materials in Civil Engineering, ASCE, Vol. 9, No. 1, 1997, pp. 46-48. 

  18. Kang, S. C. and Eun, H. C., "A Study on Size Effects of Square Cross-Section Specimens on Compressive Strength of Concrete", Journal of Research Institute of Advanced Technology, Vol. 11, No. 1, 2000, pp. 177-182. 

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