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[국내논문] 초고강도 섬유보강 콘크리트 50M 합성 박스거더의 유한요소해석
Finite Element Analysis of Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete 50M Composite Box Girder 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.6 no.2, 2018년, pp.100 - 107  

타샤 (금오공과대학교 토목공학과) ,  김도현 (금오공과대학교 토목공학과) ,  한상묵 (금오공과대학교 토목공학과)

초록
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초고강도 섬유보강 콘크리트 50M 합성 박스거더에 대한 재료적 비선형 및 기하학적 비선형 유한요소해석이 수행되었다. 인장과 압축구역에서 구성방정식을 실험에 근거하여 모델링하였다. 비선형 유한요소해석의 정확성은 UHPFRC 50M 합성거더의 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 1.5% 체적대비 섬유혼입률, 135MPa 압축강도 및 18MPa 휨인장강도 특성을 가진 UHPFRC 50M 합성거더에 대한 휨실험이 수행되었다. 포스트텐션힘으로 결합된 UHPFRC 합성거더는 3개의 UHPFRC 분절 U거더와 고강도 철근콘크리트 슬래브로 구성되었다. Midas FEA를 사용하여 UHPFRC 거더 부분은 8개 절점을 가진 3차원 6면체 모델링을 하였고, 철근와 강연선은 2개 절점을 가진 선형 요소로 모델링하였다. Total strain crack 모델에 기반을 둔 압축 및 인장 다중 선형모델을 사용하여 구성방정식을 설정하였고 균열은 smeared crack model로 구성하였다. 철근과 강연선의 비선형성은 Von Mises 규준을 적용하였다. 비선형 정적해석은 Newton-Rhapson 기법의 수렴치를 사용한 점진적 반복기법을 사용하여 해를 수행하였다. 유한요소해석은 하중-변위관계, 중립축 변화관계 및 균열양상에 대하여 실험 결과와 수치 해석 결과를 비교하여 검증하였다. 하중-변위 관계는 실험 결과와 비교해볼 때 매우 정확한 결과를 보여주고 있다. 본 논문에서 수행한 비선형 유한요소해석법은 철근보강 포스트텐션닝 초고강도 섬유보강 합성 박스거더의 휨거동 해석에 만족한 결과를 보여주고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The material and geometrical nonlinear finite elment analysis of UHPFRC 50M composite box girder was carried out. Constitute law in tension and compressive region of UHPFRC and HPC were modeled based on specimen test. The accuracy of nonlinear FEM analysis was verified by the experimental result of ...

주제어

#초고강도 콘크리트   #비선형 유한요소해석   #합성박스거더  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 6M인 UHPC 파이거더에 대한 유한요소해석을 수행하였다. 이제까지 초고강도 콘크리트 구조물 의 유한요소해석은 주로 30M 이내의 실험체에 대해 수행되었으나, 본 논문에서는 50M급과 같은 큰 규모의 구조물에 유한요소해석을 수행하였고, 초고강도 콘크리트의 인장과 압축구역의 구성방 정식, 균열모델 및 비선형 해석방법의 적용성을 실험 결과와 비교하여 검증하고자 한다.
  • 초고강도 섬유보강 콘크리트는 높은 압축응력과 인장응력, 낮은 크리프 변형과 건조수축 변형을 가지고 있으며 가혹한 환경하에서도 우수한 내구성을 갖는 뛰어난 품질의 구조재료이다. 초고강도 섬유보강 콘크리트는 건축외장 자재, 작은 규모의 구조물에 많이 적용되었지만 큰 규모의 구조물 적용 예는 많지 않으며 이의 역학적 거동에 대한 해석과 설계 등에 대해 규명되어야 할 부분이 많다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
50M UHPFRC 합성 박스거더는 무엇으로 구성되나? 50M UHPFRC 합성 박스거더는 압축강도 135MPa의 초고강도 섬유보강 콘크리트 U거더와 압축강도 40MPa 고강도 철근 콘크리트 슬래브로 구성되었다.
초고강도 섬유보강 콘크리트의 장점은? 초고강도 섬유보강 콘크리트는 높은 압축응력과 인장응력, 낮은 크리프 변형과 건조수축 변형을 가지고 있으며 가혹한 환경하에서도 우수한 내구성을 갖는 뛰어난 품질의 구조재료이다. 초고강도 섬유보강 콘크리트는 건축외장 자재, 작은 규모의 구조물에 많이 적용되었지만 큰 규모의 구조물 적용 예는 많지 않으며 이의 역학적 거동에 대한 해석과 설계 등에 대해 규명되어야 할 부분이 많다.
50M UHPFRC 합성 박스거더의 재료적 비선형, 기하학적 비선형 해석을 수행한 결과와 실험 결과를 비교하여 재료특성, 모델링 방법 및 비선형 해석방법에 대한 유효성을 검증한 결과는? 1. 하중-변위 관계에서 실험 결과와 유한요소해석 결과는 상당히 근사한 관계를 보이고 있다. 따라서 초고강도 압축응력-변형률 관계, 휨인장응력-변형률 관계를 다중선형 모델로 채택하고, Von Mises 항복기준을 가진 프리스트레스 강연선 1차원 모델링, 초고강도 콘크리트는 8개 절점을 가진 3차원 육면체 모델링의 타당성이 있다고 판단된다. 2. 선형관계에서 비선형 관계로 변하는 하중의 차이가 1.04%, 변위의 차이를 9.37%로서 초고강도 콘크리트 박스구조물의 선형한계 하중을 산정하는 데 유효성이 있다고 본다. 3. 합성박스 구조물에 발생한 균열은 독립적으로 발생하는 이산균열이고, 본 해석에서 사용한 smeared crack 모델은 연속적인 균열분포로서 실제 균열 분포와 폭으로 볼 때 비슷한 양상을 보여주고 있어 균열해석의 유효성을 가지고 있다고 판단된다.
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참고문헌 (8)

  1. AFGC Ultra High Performance Fibre-Reinforced Recommendations. (2013). 83-90. 

  2. Guo, Y.H., Han, S.M. (2010). Fracturel simulation of UHPFRC girder with the interface type model, Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea, 23(4), 81-94. 

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  4. Mahmud, G.H., Yang, Z., Hassan, A.M.T. (2013). Experimental and numerical studies of size effects of Ultra High Performance Steel Fiber Reinforced Concrete beams, Construction and Building materials, 48, 1027-1034. 

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  5. Midas Developers and Distributors. (2015). Analysis and Algorithm Midas FEA - Advanced Nonlinear and Detail Analysis Programs. 

  6. Singh, M., Sheikh, A.H., Mohamed Ali, M.S., Visintin, P., Griffith, M.C. (2017). Experimental and numerical study on the flexural behavior of ultra-high performance fibre reinforced concrete beams, Construction and Building Materials, 138, 12-25. 

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  7. U.S. Department of Transportation Federal Highway. (2010). Finite Element Analysis of Ultra-High Performance Concrete: Modeling Structural Performance of AASHTO Type II Girder and 2nd Generation Pi-Girder, FHWA Publication No.FHWA-HRT-11-020. 

  8. Yang, J., Su, J.Z., Chen, B., Luo, X., Shen, X. (2017). Experimental Studies and Numerical Analysis on the Flexural Behavior of Reinforced UHPC Beams, AFGC-ACI-fib-RILEM Int, Symposium on Ultra-High Performance Fibre-Reinforced Concrete, UHPFRC 2017, 365-374. 

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