초록 ▼

본 연구는 Tension stiffening 효과를 고려한 고강도 수평부재의 처짐에 관한 연구로서, 고강도 콘크리트의 Tension stiffening 모델 연구 및 수평부재의 처짐 해석 모델을 수립하고자 하였다. 수립된 처짐 해석 모델을 통해 고강도 콘크리트 수평부재의 처짐을 평가하고자 하였으며, 이를 통해 처짐에 관련된 현행 설계기준의 수정안을 제시하는 것을 최종목표로 하였다. 이를 달성하기 위해 아래 세 개의 연구 세부 목표를 설정하고 이를 연차별(단계별)로 수행하였다.

• 고강도 콘크리트 재료모델 및 Tensio

본 연구는 Tension stiffening 효과를 고려한 고강도 수평부재의 처짐에 관한 연구로서, 고강도 콘크리트의 Tension stiffening 모델 연구 및 수평부재의 처짐 해석 모델을 수립하고자 하였다. 수립된 처짐 해석 모델을 통해 고강도 콘크리트 수평부재의 처짐을 평가하고자 하였으며, 이를 통해 처짐에 관련된 현행 설계기준의 수정안을 제시하는 것을 최종목표로 하였다. 이를 달성하기 위해 아래 세 개의 연구 세부 목표를 설정하고 이를 연차별(단계별)로 수행하였다.

• 고강도 콘크리트 재료모델 및 Tension stiffening effect 모델에 관한 연구
① 고강도 콘크리트 재료모델 조사 및 분석 : Hognestad, Vecchio and Collins, Thorenfeldt, Collins의 모델을 조사 및 분석하여 고강도 콘크리트를 사용한 철근 콘크리트 부재의 처짐 예측을 위한 유한요소해석모델 수립시 적합한 콘크리트 압축강도 재료모델을 선정하는데 기초자료로 활용하였다.
② 콘크리트의 Tension stiffening 모델 조사 및 분석 : 현행 설계기준인 ACI 318, Lin and Scordelis, Owen and Damjanic, Scanlon이 제안한 Tension stiffening 모델을 조사 및 분석하였으며 이를 통해 콘크리트 파괴계수 도달 후 강성 감소를 여러 단계로 고려한 모델이 보다 정확한 균열 이후 거동을 예측하는 것으로 분석되었다.

•고강도 콘크리트의 Tension stiffening을 고려한 처짐 해석모델 연구
① 고강도 콘크리트 및 철근의 재료모델 : 고강도 콘크리트의 압축 거동은 최대응력까지 선형에 가깝게 거동하며 최대응력에 도달한 이후 응력이 감소되는데 이에 대한 곡선을 κ로 표현함. 인장은 Tension stiffening을 고려할 수 있는 재료모델을 선정하였으며 Tension stiffening parameter를 통해 콘크리트 인장응력 도달 이후 거동을 고려하였다. 콘크리트에 보강되는 철근은 요소 전체의 강성에 기여하도록 모델링하였으며 철근의 응력-변형률은 항복점까지 선형탄성 거동 후 완전 소성하는 것으로 고려하였다.
② 해석모델의 타당성 평가 : 본 연구에서 제시한 Tension stiffening 효과를 고려한 비선형 유한요소해석기법의 타당성을 평가하기 위해 실험결과와 해석결과를 비교하였다. 비교결과는 그림 1 및 그림 2에 나타내었으며 초기 강성을 다소 과대평가 하는 경향이 있으나 균열 발생 시점 및 균열 발생 이후 거동을 비교적 정확히 고려하는 것으로 분석되었다. 또한 인장강도 및 인장철근비를 변수로 한 해석 결과, 인장강도 및 인장철근비에 따라 하중-변위가 다르게 도출되는 것으로 미루어보아 본 연구에서 제안한 해석모델은 인장강도 및 인장철근비의 영향을 정확히 고려하고 있는 것으로 판단된다.

•고강도 콘크리트 수평부재의 처짐 제어를 위한 Tension stiffening model 제안 및 이를 고려한 해석모델
① 현행 설계기준의 조사 및 분석 : Tension stiffening을 고려하는 방법은 유효휨강성에 이를 반영하는 방법과 콘크리트 응력-변형률 관계에 이를 반영하는 방법 두 가지가 있다. 현행 설계기준인 ACI 318 및 BS 8110은 균열 발생 전은 단면2차모멘트를 수평부재(보)의 곡률 산정에 반영하여 균열 모멘트를 기준으로 균열 발생 이후에는 유효단면이차모멘트를 곡률 산정에 반영하고 있다. 본 연구에서는 고강도 콘크리트를 사용한 철근 콘크리트 수평부재의 정확한 처짐 예측을 위해 Tension stiffening model을 고려하는 것이 주 목적이므로, 유효휨강성을 사용한 접근방법이 아닌 응력-변형률 관계에 기초한 모델을 제시하고 이를 통해 처짐을 계산하는 것으로 수정안을 제시하고자 하였다.
② 콘크리트의 인장거동을 고려하기 위한 응력-변형률 관계에 균열 발생 이후 강성 저감을 두 개의 선을 통해 고려하였다. 최대 인장강도인 f_t도달 이후 Tension stiffening parameter를 곱한 αf_t에 도달하면 이후 강성 저감에 대한 기울기는 변화하게 되며 콘크리트 인장측 변형률에 두 번째 parameter를 곱한 βε_ct값에 도달할 때까지 일정한 기울기로 강성은 감소하는 것으로 표현하였다. α, β 두 개의 parameter는 기존 연구자들이 제시한 값을 포함한 범위를 설정하여 본 연구에서 제시한 유한요소해석모델의 변수해석을 통해 산정하였다.
③ 본 연구에서 제안한 처짐 예측 기법으로 도출한 고강도 콘크리트 보의 곡률과 현행 설계 기준인 ACI 318, BS 8110, 실험결과에 대하여 인장 철근비를 기준으로 제안 모델의 타당성을 검증한 결과, 제안한 모델은 낮은 철근비에서도 비교적 정확한 곡률을 예측하는 것으로 나타났으며 현행 설계기준인 ACI 318의 경우 낮은 철근비의 경우 곡률을 과소평가 하는 것으로 나타났다.

(출처 : Ⅰ. 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 9