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중심축력하의 콘크리트 충전 각형강관 기둥의 비선형 해석
Nonlinear Analysis of Concrete Filled Steel Tubular Column under Concentric Axial Load 원문보기

한국콘크리트학회 2003년도 가을 학술발표회 논문집, 2003 Nov. 01, 2003년, pp.613 - 616  

김선웅 (서울대학교 건축학과) ,  홍성걸 (서울대학교 건축학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Steel-concrete composite columns are used extensively in modern buildings. Extensive research on composite columns in which structural steel are in concrete have been carried out. In-filled composite columns, however have received limited attention compared to encased columns. In this paper, interre...

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제안 방법

  • 콘크리트의 비선형 해석을 위해 하중을 변위제어로 하였을 경우 수렴서이 우수하며, 한계 변위를 설 정하는 Riks method에 비해 더 우수한 수렴성을 가진다. 따라서, 실험상황과 동일한 조건하의 변위제 어(O.Olmm/sec)를 통해 해석을 하였다. 또한 콘크리트 비선형 해석시에는 강성매트릭스가 대칭이 아 니기 때문에 반드시 unsymm으로 하여야 한다.
  • 콘크리트 충전강관 시험체에 사용된 강재의 기계적 성질을 파악하기 위해 KS B 0801의 금속재료 인장 시험편 규정에 따라 인장 시험편을 제작하였다. 인장 시험편은 충전강관 기둥부재의 시험체로부터 각 단면 사이즈별로 시험편을 채취하여 제작하였다.

대상 데이터

  • 인장 시험편은 충전강관 기둥부재의 시험체로부터 각 단면 사이즈별로 시험편을 채취하여 제작하였다. 본 실험에 사용된 강재는 SS400강재이다.
  • 시험체 제작에 사용된 콘크리트는 설계기준강도가 240, 360kgf/cirf로 KS F 2404에 따라 공시체를 제 작하였다. 콘크리트 압축강도 시험결과를 표 1에 나타내었다.
  • 시험편은 부재의 사이즈별로 2개씩의 시편을 제작하였다(표점거리 50mm). 시험은 KS B 0802의 금 속재료 인장시험방법에 의거해 실시하였으며, 각형강관부재에 대한 재료시험결과를 표 2에 나타내었다.
  • 특히 비선형 해석에서의 Descending부분 정의는 더욱더 어렵다. 이를 정의하기 위해서 콘크리트 압축시험 데이터와 각형강관시편시험 데이터를 사용하였다. 콘크리트과 강관 Element는 Brick Element(20-Node), Shell Element(8-node)를 사용하였다.
  • 콘크리트 충전강관 시험체에 사용된 강재의 기계적 성질을 파악하기 위해 KS B 0801의 금속재료 인장 시험편 규정에 따라 인장 시험편을 제작하였다. 인장 시험편은 충전강관 기둥부재의 시험체로부터 각 단면 사이즈별로 시험편을 채취하여 제작하였다. 본 실험에 사용된 강재는 SS400강재이다.
  • 이를 정의하기 위해서 콘크리트 압축시험 데이터와 각형강관시편시험 데이터를 사용하였다. 콘크리트과 강관 Element는 Brick Element(20-Node), Shell Element(8-node)를 사용하였다.

이론/모형

  • 이러한 상 태가 되면 내부 콘크리트는 3축 응력상태에 놓여지며 강관은 2축 웅력상태가 된다. 따라서, 실린더 실험에 의해 얻어진 uniaxial stress만 가지고 있기 때문에 이를 3축응력 값으로 변환하기 위해서 암석, 토양과 같은 재료의 3축 응력을 표현하는데 유용한 Extended Drucker-Prager model (Hyperbolic)을 사용하였다. 구조체에서는 단순하게 인장응력이 허용인장응력을 초과하여 균열이 발생하는 것이 아니라 응력의 조합에 의해서 손상을 입게 된다.
  • 구조체에서는 단순하게 인장응력이 허용인장응력을 초과하여 균열이 발생하는 것이 아니라 응력의 조합에 의해서 손상을 입게 된다. 따라서, 콘크리트의 파괴개념을 도입한 Smeared cracking model이나 Crack tip band model 아닌 Extended Drucker-Prager model을 채택하였다.
  • 시험편은 부재의 사이즈별로 2개씩의 시편을 제작하였다(표점거리 50mm). 시험은 KS B 0802의 금 속재료 인장시험방법에 의거해 실시하였으며, 각형강관부재에 대한 재료시험결과를 표 2에 나타내었다. 시험결과 각형강관 소재의 항복강도는 3.
  • 하중을 가하는 표면의 국부적인 파괴를 막기 위해 실험체 표면의 node를 Rigid MPC(Multi-Point Constraint)> 사용하여 시험체 단부 각각의 절점들과 변위제어 지점의 절점을 연결시켰다
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