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문제 정의
- 이 모델은 응력전달을 발생시키면서 완전부착가 정과는 달리 슬립거동도 모사할 수 있지만, 강관과 콘크리트의 이중절점을 일대일로 연결시키는 과정에서 구조적 복잡성이 증가해 모델링과 해석에 소요되는 시간이 길다는 또다른 문제점을 안고 있다. 기존 모델들의 한계점을 극복하기 위해 본 연구에서는 슬립효과를 강관의 등가탄성계수로 치환해서 적용할 수 있는 개선된 부착슬립 모델을 적용하여 부분 CFST 기둥에 대한 수치해석을 진행하였다. 완전 CFST 기둥에서 적용성이 검증된 본 모델(Kwon et al.
- 본 연구에서는 외부 강관과 내부 콘크리트 사이의 계면에 대한 개선된 수치모델의 적용을 통해 기존의 연구자들이 제시한 CFST 해석방법의 단점을 극복하고자 하였다. 이에 더해 보다 효율적인 CFST 구조의 적용을 위해 RC (Reinfoced Concrete) 기둥의 소성힌지부를 강관으로 보강하는 부분 CFST 기둥 구조 의 디자인 컨셉을 제시하고 실험과 해석을 통해 검증하였다.
- 특히, 상대적으로 높은 강재의 재료비용은 기둥의 전장을 강관으로 둘러싸야 하는 완전 CFST 기둥의 명확한 한계점으로 지적되고 있다. 본 연구에서는 이러한 부분에 대한 개선책으로 RC 기둥에서 가장 큰 모멘트가 발생할 것 으로 예상되는 부분을 강관으로 보강하여 모멘트 저항력을 증대시킨 부분 CFST 기둥의 적용성을 평가해 보고자 한다. 완전 CFST 기둥의 경우 기존 RC 기둥과 비교해서 축방향 하중에 대한 저항력도 증가하지만, 상대적으로 휨모멘트 저항력이 훨씬 크게 증가한다.
가설 설정
- 8-node 3-D solid element(C3D8R element in ABAQUS)를 적용하였고, 메쉬 크기는 수렴성을 고려한 최적화 과정을 거쳐 20mm의 사각형 요소로 구성하였다. 경계조건은 시험체와 동 일하게 하단부를 고정단으로 가정하였고, 상단부에 P=200kN 의 연직하중과 Fig. 3(b)의 변위를 갖도록 하는 수평하중을 재하하였다.
- 5L를 가정하여 총 24가지의 모델을 구성하여 수 치해석을 수행하였다. 콘크리트는 압축강도는 35MPa을 갖는 damaged plasticity 모델을 사용하였으며, 강관은 400MPa의 항 복강도와 200GPa의 탄성계수를 갖는 linear-plastic 가정을 적 용하였다. 수치모델링에 사용된 요소는 앞서 시험 검증에 적용한 것과 동일한 조건으로 해석을 수행하였다.
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