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문제 정의
- 따라서, 복합재료의 경우 실제 대상구조물에 대한 시편을 제작하여 재료실험을 위한 표준화된 연구가 많이 필요하지만, 실험으로 검토하기 어려운 연구의 경우 유한요소해석기술을 활용한 내진성능 검토가 많이 활용되어야 할 것으로 생각된다. 본 기사에서는 복합재료를 활용한 내진보강재의 기둥에 대한 내진성능검토 예를 통하여 유한요소 현재의 유한요소 해석 예를 살펴보고, 수정 및 보완점에 대하여 생각해보고자 한다.
- 이상으로 유한요소 해석법을 통한 섬유보강 복합재료 보강재의 내진성능 개선효과에 대한 해석적 연구를 살펴 보았다. 가정된 보강재의 내진성능 평가를 위한 해석적인 평가를 위하여 기둥구조물에 대한 유한요소 모델링을 개발하였다.
가설 설정
- 구조물에서 기둥부재는 설계 시 휨모멘트와 전단력에 대하여 저항하는 부재로 축방향 압축력에 대하여 저항하도록 설계되어 있다. 내진설계를 반영하지 않은 기둥은 지진에 의한 횡력에 저항하지 못하고 결국 구조물 전체의 파괴를 유도하게 된다. 선정된 기둥 단면의 제원은 가로세로의 크기가 750mm × 300mm이다.
- 보강후의 기둥부재는 항복이후의 강도감소현상이 발생하지 않았다. 따라서 복합재가 항복하면 기둥의 콘크리트가 항복한 것으로 가정하고 항복강도를 약130kN으로 결정하였다. 그리고 주철근과 전단철근은 항복이후 응력이 크게 증가하지 않았다.
- 변위 약224mm에서 복합재료의 항복이 시작되었다. 보강후의 기둥부재는 항복이후의 강도감소현상이 발생하지 않았다. 따라서 복합재가 항복하면 기둥의 콘크리트가 항복한 것으로 가정하고 항복강도를 약130kN으로 결정하였다.
- 복합재료 보강재의 폭은 260mm이고 두께는 6mm로 하였다. 복합재료 보강재는 20절점 솔리드 요소로 모델링하였고, 복합재료 보강재와 기둥은 완전부착된 것으로 가정하였다. 해석대상의 거동을 다양하게 검토하기 위하여 단곡률 및 복곡률이 발생 할 수 있도록 해석을 설계하였다.
- 해석대상의 거동을 다양하게 검토하기 위하여 단곡률 및 복곡률이 발생 할 수 있도록 해석을 설계하였다. 복합재료보강재의 보강위치는 단곡률 해석에서는 기둥과 기초 지지대 접합면부터 보강한 것으로 가정하였고, 복곡률 해석에서는 소성힌지가 이동함을 고려하여 기초와 상부 지지대에서 각각 5cm의 간격을 두고 기둥에 보강한 것으로 가정하였다.
- 콘크리트와 철근은 완전부착된 것으로 가정하였다. 이 기둥의 내진성능을 보강하기 위하여 기둥 단면의 상, 하부에 복합재료를 사용하여 보강하는 것을 가정하였다. 복합재료 보강재의 폭은 260mm이고 두께는 6mm로 하였다.
- 콘크리트는 20 절점 솔리드요소로 모델링하였고, 철근은 2절점 트러스요소로 모델링하였다. 콘크리트와 철근은 완전부착된 것으로 가정하였다. 이 기둥의 내진성능을 보강하기 위하여 기둥 단면의 상, 하부에 복합재료를 사용하여 보강하는 것을 가정하였다.
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