보강된 철근 콘크리트 보의 비틀림 성능평가

정영석 경상대학교 대학원 2015 국내석사

최근 곡선형교랑, 편심하중을 받는 상자형 교량 및 나선형 계단과 같이 비틀림이 거동을 주로 지배하는 구조물의 사용이 증가 하고 있다. 따라서 부재의 설계에 비틀림 효과를 고려할 필요성이 증가되고 있으며, 이러한 배경으로 여러 비틀림 관련 연구가 활발히 이루어지고 있다. 하지만, 최근에 개발되어 복수의 미세균열인 멀티플 크랙 특성과 섬유의 가교작용에 의해 균열 발생 후에도 변형의 증대에 따라 응력이 증가하는 변형 경화 특성을 가지며, 수 %의 인장변형 능력을 가진 시멘트계 복합재료인 ECC에 대하여서는 인장부로의 활용 및 에너지 흡수재, 보수·보강재 등 다양한 분야에서의 적용되고 있으나 대부분의 연구가 휨과 전단에 대한 연구가 집중되어 있는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 PVA-ECC를 사용하여 피복 보강된 철근 콘크리트 보에 대하여 순수 비틀림 실험을 수행하고, PVA-ECC 피복 보강에 따른 거동 특성 변화에 대해서 평가하였다. 이러한 실험 결과를 바탕으로 콘크리트 재료모델을 조사고, 범용유한요소해석프로그램인 ABAQUS를 활용하여 비틀림 해석을 수행하였다. 이를 통해서 비틀림 해석에 적합한 콘크리트 재료 모델에 대하여 평가하였다. Recently, the structures whose torsion mainly controls behaviors, such as curved bridges, box-shaped bridges with eccentric load and spiral staircases, are more in use. Therefore, the need for the consideration for twisting effects when designing members is increasing, and with this for the background, many researches related to torsion are being actively conducted. Yet, ECC, a mixed cement material that has been recently developed, and have the characteristics of multiple cracks with plural microcracks and the strain-hardening that stress rises as change increases after the occurrence of cracks by fiber bridging feature, and the tension stress capability of some percents, is being applied to a variety of areas as a tension member, energy absorber, repair and stiffening material and etc., but almost all the studies are concentrated in bending and shearing. Accordingly, in this study, a pure torsion experiment was carried out on a cover retrofitted RC beam by using PVA-ECC, and the change in the behavior characteristics according to the cover retrofitting of PVA-ECC were assessed. Based on the experiment results, the models for concrete materials were investigated, and the torsion was analyzed by applying ABAQUS, a general purpose finite-element analysis program. Through this, the concrete material models appropriate for the torsion analysis were evaluated.

휨 전단 비틀림의 복합하중을 받는 RC보의 破壞 상관성 평가

문정현 성균관대학교 일반대학원 2020 국내석사

현행 각국 설계 기준은 휨, 전단, 비틀림 하중에 대한 순수 내력 평가 식을 제시하지만, 전단과 비틀림이 동시에 작용하는 경우 전단 응력의 중첩에 의한 내력 제한 식만을 제시하고 있다. 따라서 현재 휨 – 전단 – 비틀림을 받는 부재의 경우 휨 설계와 비틀림-전단 설계를 중복하여 하고 있다. 합리적인 구조 설계를 위해서는 복합하중의 하중간 상관관계를 밝힘으로써 중복설계를 피하고 설계의 단순화가 필요하다. 휨 – 전단 – 비틀림을 받는 철근콘크리트 보의 각 하중간의 영향을 알아내기 위해 선행 연구들이 많이 이루어졌다. 그에 따라 모멘트에 의해 압축을 받는 철근과 인장을 받는 철근의 비율에 따라 비틀림 강도가 달라진다는 것을 알아내었으며, 비틀림 모멘트와 전단력에 의한 전단응력의 중첩이 횡방향 철근에 미치는 영향을 밝혀내었다. 하지만 상관관계 이론 식에서 이론의 단순화를 위해 인장 압축 철근만을 고려 하였으며, 비틀림 보강철근이 휨 – 전단 – 비틀림에서 미치는 영향에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 총 10개의 보통강도 철근 콘크리트 보에 대한 휨 – 전단 – 비틀림 실험을 수행하였다. 주요변수는 비틀림 보강 철근의 유무, 가력하는 모멘트 – 전단의 크기이다. 실험을 통하여 복합하중을 받는 보의 비틀림 파괴모드 및 비틀림 강도와 비틀림 보강철근이 비틀림 강도에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 실험 결과 비틀림 보강철근을 배근한 순수 비틀림 실험체의 경우 ACI318-19의 설계 기준에 의한 비틀림 내력식보다 20% 더 높은 강도를 나타냈으며, 비틀림 보강철근이 배근되지 않은 실험체의 경우 설계 기준과 유사했다. 복합하중을 받는 실험체의 경우 가력한 휨 모멘트의 크기에 따라 비틀림 내력이 증가하였으며, 비틀림 보강철근을 배근한 실험체의 경우 모멘트 가력 시 비틀림 내력이 크게 감소하는 경향을 띄었다. 복합하중 실험체의 경우 비틀림 보강철근이 비틀림에 미치는 영향을 크게 감소시켰으며, 그에따라 비틀림 내력이 크게 감소한 것으로 판단된다. 비틀림 무보강 실험체의 경우 순수 비틀림보다 복합 하중 하에서 내력이 증가하였는데, 비틀림 균열각이 휨 모멘트에 의해 감소하였고, 휨 모멘트에 의해 압축이 비틀림에 의한 인장력을 상쇄시켜 증가한 것으로 판단된다.

純粹비틀림을 받는 RC中空보의 비틀림 破壞모드 평가

김승은 성균관대학교 일반대학원 2018 국내석사

각 국의 구조설계기준은 사인장 균열폭의 제어와 과도한 배근으로 인한 취성적 비틀림 파괴를 방지하기 위해 비틀림 철근의 최대 항복강도와 최대철근량을 제한하고 있다. 두 가지 이유에서 설계기준의 비틀림 철근 최대항복강도제한에 대한 검증이 필요하다. 첫째, 전단과 거동이 유사하다는 이유로 전단과 비틀림 철근의 최대 항복강도 제한을 동일하게 제한하고 있다. 전단의 경우, 많은 연구를 통해 고강도 철근의 사용이 파괴모드 및 내력, 사용성을 만족시킨다는 것을 검증하였지만, 비틀림의 경우 아직 이에 대한 연구 결과가 많이 부족한 실정이다. 또한, 비틀림 철근의 최대 항복강도와 최대철근량 제한값이 ACI318-141), EC2-042), CSA-143), JSCE-074)에서 모두 상이하다. ACI318-14는 비틀림 철근의 최대 항복강도를 420MPa까지 허용하는 반면, JSCE-07는 60MPa이상의 고강도 콘크리트를 사용할 경우 철근의 항복강도를 800MPa까지 허용하고 있다. 비틀림 철근의 최대철근량 제한식도 각 국마다 상이하여 비틀림 파괴모드의 정확한 예측과 안전한 설계를 위해서 고강도 철근을 사용한 철근 콘크리트보의 적용성 평가가 필요하다. 본 연구는 비틀림철근의 항복강도와 최대철근량이 철근 콘크리트 부재의 비틀림 거동에 미치는 영향에 대해 평가하였다. 서로 다른 항복강도를 지닌 철근을 사용한 10체의 RC중공보와 1체의 무근보를 실험하였다. 비틀림 항복강도를 420MPa로 제 한하는 ACI318-14는 합리적이었으며 500MPa로 제한하는 CSA-14는 최대철근량에 따른 추가적인 연구가 필요하다. 최대철근량의 경우 ACI318-14는 안적측이었으나, 철근량이 증가할수록 비틀림 내력비가 감소하였다. 철근량이 같은 실험체 사이에서도 항복강도가 높을수록 내력비가 감소하는 경향을 보였다. 비틀림 철근의 항복강도가 500MPa을 초과하고 ACI318-14 기준 최대철근량이 배근된 실험체의 경우 ACI 334R-01이 제안하는 균열제한 값인 0.41mm를 초과하여 EC2의 비틀림 최대항복강도 제한값인 600MPa이 비안전측에 해당되는 것으로 판단된다.

비대칭 긴장력을 받는 프리스트레스트 휨 부재의 거동

박영성 건국대학교 대학원 2015 국내박사

When prestressing tendons in a prestressed flexural member are displaced under torsion, restoring forces are developed to resist torsional rotation. To clarify the torsional resisting mechanism provided by prestressing tendons, the torsional stiffness of prestressing tendons was derived based on the principle of virtual work for the cases of which the prestressing tendons are placed and tensioned non-symmetrically along the centerline of member. The derived stiffness matrix revealed that the prestrssing force and axial stiffness of prestressing tendons have a significant role to resist torsional rotation. The energy-based formulation yielded nodal forces corresponding to the degrees of freedom of torsion and warping which resist the torsional rotation. It was suggested that the conventional solution of beam finite element formulation based on the transformed cross section be improved by adopting the two nodal forces. Through numerical analysis carried out on the existing three-span double-T beam, it was observed that the torsional rotation of prestressed girder can be controlled by changing the prestressing forces and location of prestressing tendons. The internal or external restraint of non-mechanical strain in concrete structures causes mechanical strain and becomes a source of persistent change in creep-causing stress conditions. The mathematical modeling of creep under a time-varying stress history is generally achieved with consideration of the ages of concrete and concrete properties at the times of loadings, and stress history. This study presents a single-curve formulation of concrete creep due to loading at different ages, which is equivalent to a time-varying stress history. The formulation was attained by introducing a horizontal parallel assumption of creep curves and combining it with the rate of creep method, where each curve depicts the development of creep strain due to the load applied at different ages. Laboratory experiments including axial stepwise loads are carried out to validate the performance of the presented creep model. An incremental format of the age-dependent constitutive equation was derived to account for the persistent change of creep-causing stress. The derivation was achieved by expanding the total form of the constitutive equation by a first-order Taylor series with respect to stress, non-mechanical strain, and elastic modulus of concrete. The underlying creep model was based on the two-way parallel creep curve method. The resulting incremental constitutive equation was defined by three basic equations of basic creep, drying shrinkage, and the development of the elastic modulus. Two sets of laboratory experiments were carried out to validate the performance of the presented age-dependent constitutive formulation, which included cylindrical concrete specimen tests with and without axial reinforcements. 오늘날 교량은 경제적, 심미적인 이유로 단면의 슬림화를 요구하고 있고 환경적인 이유로 곡선형 교량의 필요성이 증가하고 있다. 이러한 요구들을 충족시키기 위해서는 슬림한 단면의 곡선형 PSC 구조형식이 적합하다. 그러나 PSC 휨 부재는 단면의 슬림화로 인해 비틀림 저항성이 약화되는 단점이 있고 콘크리트의 재령 종속적 성질들에 의해 발생하는 거동의 난해함에 의해 적용되기 어렵다. 이러한 PSC 휨 부재의 단점들을 극복하기 위해 본 연구에서는 비대칭 PS 강선의 긴장력에 의해 비틀림 저항성을 증가 시키는 역학적 개념과 시간 이력하중을 받는 구조물의 크리프 모델의 개발에 관한 연구들을 수행하였다. PSC 거더의 비틀림 해석은 순수 비틀림(pure torsion)과 뒴 비틀림 거동(warping torsion)으로 구성되며 뒴 비틀림 포함된 거동 해석을 위해서는 2절점 7자유도 유한요소 정식화 과정이 필요하다. 유한요소 정식화는 비대칭 PS 강선의 기하학적 변위 형상에 근거한 가상 변형에너지의 유도를 통해 수행하였다. 이를 통해 PS 강선의 긴장력이 포함된 비틀림 강성과 PS 강선의 배치 위치와 관계된 비틀림 저항력을 유도하였고 이 과정에서 비대칭 PS 긴장력에 의해 비틀림 저항성이 증가하는 역학적 원리를 확인하였다. 유도된 비틀림 해석 방법의 신뢰성 확인과 긴장력에 의한 비틀림 저항성 증가 효과를 확인하기 위하여 수치해석을 수행하였다. 수치해석은 유도된 해석 방법과 범용 프로그램인 MIDAS civil 2012를 이용한 3차원 유한요소 해석 방법에 의한 결과를 비교 분석하는 과정으로 수행되었다. PSC 거더는 콘크리트의 재령 종속적 성질들로 인하여 시간 종속적 거동 해석이 필요하고 이를 위해서는 콘크리트의 재령 종속적 세 가지 기본 관계식인 탄성계수 발현과 건조수축 및 크리프 함수의 정의가 필요하다. 기본 크리프 함수는 일정한 압축응력에서 재령에 따른 변형률의 계측으로 정의한다. 그러나 실제 콘크리트 구조물은 일정한 압축응력 상태에만 있지 않고 재령에 따라 응력 변화가 발생한다. 그러므로 시간 이력에 따라 발생하는 응력 변화를 고려하는 크리프 모델이 필요하다. 시간 이력에 따라 응력의 변화를 고려하는 크리프 모델의 개발은 크리프 함수 변화율 개념(rate of creep method, RCM)을 수정 및 확장하는 과정을 통해 유도하였다. 제안된 크리프 모델의 유도과정은 기존 RCM 모델의 크리프 함수 개념인 수직방향 평행이동 크리프 개념에 수평방향 평행이동 크리프 개념을 도입하고 두 크리프 함수들을 가중 계수()를 통해 통합하는 과정으로 이루어졌다. 유도된 크리프 모델의 신뢰성을 확인하기 위하여 시간에 따라 단계별 하중을 받는 원통형 무근 공시체 실험을 수행하였고 기본 크리프 개념, 크리프 함수 변화율 개념 (rate of creep method, (RCM)), 재령 계수 개념 (ageing coefficient, AC)등의 크리프 모델들과 비교하였다. 콘크리트의 재령종속적 구성관계는 현재시간에 관한 총 응력-변형률 관계를 Taylor의 선형급수 확장을 이용하여 기준시간에 관하여 확장한 증분 구성관계인 재령 종속적 증분 접선계수법(Age-Dependent Incremental Tangent Modulus, ADITM)를 이용하였다. 재령 종속적 증분 구성관계에 제안된 크리프 개념을 적용하여 구성방정식을 유도하였고 원통형 철근 공시체 실험과 3경간 PSC Double T beam 수치해석을 통해 적용성을 확인하였다.

순수비틀림을 받는 고강도 철근을 사용한 RC보의 파괴모드

윤석광 성균관대학교 일반대학원 2013 국내석사

각 국의 현행 전단 및 비틀림 설계식들은 모두 트러스이론에 근거로 하고 있다는 점에서 동일하다. 그러나 취성적인 콘크리트 압축파괴 방지를 위한 최대철근비 제한에 있어서는 설계식마다 다르다. ACI 318-08(2008) 설계식 에서는 경험적인 실험결과를 바탕으로 규정하고 있고, EC2-02(2002) 설계기준에서는 공간트러스이론에 바탕을 두고 최대철근비 제한을 규정하고 있다. Lee등(2010)의 선행연구에 의하면 전단의 경우 ACI 318-08(2008) 최대철근비 제한 규정은 매우 안전측인 보수적 결과를 보였으며, EC2-02(2002) 설계기준의 최대철근비제한에는 매우 적합한 결과를 보였다. 하지만 전단과 달리 비틀림의 경우 3차원 입체트러스 작용에 의해 콘크리트 압축대의 면적이 상대적으로 작기 때문에 이에 대한 연구가 필요하다. 또한, 최근 국내외적으로 초고층 빌딩이나 장대 교량들이 많이 건설되면서 고강도 철근에 대한 필요성이 증가하고 있다. 고강도 철근을 구조물에 사용할 경우 철근 밀집으로 인한 콘크리트 품질 저하를 해결하여 구조물의 안전성 및 시공성 향상과 철근물량을 감소시킬 수 있으므로 경제성 향상의 효과를 거둘 수 있다. 그러나 현행 ACI 규정에서는 전단과 같이 비틀림보강철근의 최대항복강도를 420MPa로 제한하고 있으며 EC2규정은 600MPa로 규정하고 있다. 따라서 본 연구에서는 순수비틀림을 받는 철근콘크리트 보의 철근량에 따른 파괴모드를 평가하여 최대철근비 제한을 검토하고 고강도 비틀림 보강철근의 적용성을 평가하였다. 철근강도, 배근간격, 철근량, 콘크리트강도 등을 주요 변수로하여, 총 12개의 순수비틀림 보 실험체를 제작하여 실험을 수행하였으며, 순수비틀림 파괴하는 부재의 파괴모드와 최대철근비 제한, 콘크리트 강도에 따른 비틀림강도 등을 평가하였다. 실험결과 전단력을 받는 부재와는 달리 비틀림을 받는 부재의 경우 고강도 철근을 사용하면 콘크리트 압축대에 의한 파괴가능성이 높은 것으로 나타나 고강도 철근의 적용이 부적합한 것으로 판단되며 또한, 비틀림 보강철근이 항복한 경우 고강도 콘크리트를 사용한 경우가 더욱 큰 비틀림내력을 보여 콘크리트강도에 대한 고려도 필요할 것으로 판단된다. Each country’s current shear and torsion design equations are the same as a theory based on the truss analogy. However, The design equations of the maximum amount of shear reinforcement provided by the current design codes differ substantially from one another. The maximum shear reinforcement in ACI318-08 code are based on the experimental tests, whereas those in EC2-02 are derived from a truss model. The amount of maximum shear reinforcement in ACI318-08 needs to increase, whereas EC2-02 predicted the shear failure modes with reasonable agreement according to previous studies. However, In case of torsion, the three-dimensional truss action of compressive strut is relatively small. Therefore, the experimental studies of the maximum torsional reinforcement. The number of high-rise reinforced concrete(RC) buildings has been steadily incresing since the 1980s. The use of high-strength concrete is indispensable in high rise RC construction to ensure the sufficient strength of the structure. The effect of high-strength concrete can be significantly improved by the use of high-strength, large-sized reinforcing bars. Thus, the experimental studies of the high-strength steel bars in torsion. Therefore, this study evaluated the torsional failure modes and the maximum torsional reinforcement of reinforced concrete beams with high-strength steel bars in pure torsion.

純粹비틀림을 받는 鐵筋콘크리트 部材의 耐力 및 變形特性

김은겸 성균관대학교 대학원 1987 국내박사

In 1929 Rausch derived an equation to predict the torsional strength of reinforced concrete members based in a space truss model. This equation, however, was found to overestimate the actual strength of a member. During the past five decades four approaches have been proposed to modify this equation. They include (1) the addition of an efficiency factor for reinforcement by Anderson in 1934, Cowan in 1959, (2) an arbitrary definition for the center line of the shear flow by Lampart and Thurlimann, (3) the deletion of the concrete cover for adjust the Raush's equation. But these equations have been made arbitrary assumptions to reduce nominal torsional strength proposed by Raush and to vary the center line of the shear flow, though the theoretical results are according to experimental results at the ultimate state. Then the fourth approach proposed by T.T.C. Hsu is the torsional equation which is suitable in view of the theory taken by introduction which is concrete sorftening effect developed when concrete strut is in biaxial stress. Particulatly, T.T.C. Hsu proved the propriety of the equation by appling to 108 test beams and predicted not only the torsional strength, but also the angules of twist, the steel strains and the concrete strains throughout the loading history. It is impossible to estimate cracking torque and the the state of zoneⅠand Ⅱ which are before and after cracking development state, though the resultss of T.T.T. Hsu's theory are very reasonable to predict ultimate torsional strength. Thin paper will show that ultimate torque and cracking torque can be calculated by the derivation of the theory that concrete tensile strength resist the shear flow and deny the theory proposed by T.T.C. Hsu that concrete strut softening effect is almost constant value. Also it is Shown in this paper that the cracking width and the spacing of crack throughout the Loding history is Calculated. A complete set of Design Recommendations based on the serviceability is proposed for torsional reinforced concrete members.

비틀림비정형을 고려한 한옥의 내진 구조계획 및 보강방안

이민위 명지대학교 대학원 2022 국내석사

본 연구는 전통목구조인 한옥의 내진 구조계획 및 보강방안에 관한 것으로, 지진 발생빈도가 점차 증대하고 있는 한반도의 현 실정에 지진 안전성을 확보하기 위해 진행되었다. 전통목구조로 구분되어지는 한옥은 RC조 및 강구조와 같은 일반건축물에 비해 실무활용성 있는 내진설계 방안이 상대적으로 미비한 실정이다. 특히나, 전통목구조 중 문화재건축물로 지정된 경우 내진보강을 진행할 때 구조적인 효율성과 더불어 문화재의 역사 및 예술적 가치에 대한 원형 보존의 원칙을 동시에 고려해야 하므로 내진설계 및 보강이 쉽지 않다. 최근 들어 국내에서 중규모 이상의 지진 발생빈도가 점차 증가하고 있기 때문에 한옥에 대한 실무적 차원의 내진설계 및 보강방안이 시급하다. 본 연구에서는 한옥의 내진성능과 보수 · 보강을 판단하는 지표로 구조물의 비정형성 중 비틀림비정형을 주요 사항으로 고려하였다. 한옥의 비틀림비정형 여부를 판단하는 검증방법으로는 한옥의 구조적 특성을 반영한 GUI 기반의 비틀림비정형 평가 소프트웨어를 제작하여 활용하였다. 전통한옥의 사례를 통해 한옥의 비틀림비정형 여부를 해석한 결과, 평면유형에 따라 편심비율의 일정한 경향성을 발견할 수 있다. 이러한 경향성을 활용하면 한옥의 내진성능을 판단할 수 있으며, 이를 토대로 내진보강의 방향성을 예측할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 경향성을 체계화하여 한옥의 내진설계 및 내진보강의 가이드라인을 제시하였다. To secure earthquake safety in the current situation of the Korean Peninsula, where the frequency of earthquakes is gradually increasing, this study proposed a seismic design and retrofit method for a Korean traditional timber structure(Hanok). Compared to general buildings such as RC and steel structures, Hanok, which is classified as a traditional timber structure, has a relatively incomplete seismic design plan for practical use. In particular, it is complicated to retrofit traditional Hanoks designated as a cultural property because the preservation of historical and artistic values ​​and structural efficiency must be considered at the same time. Therefore, It is a vital time to develop a practical seismic design and retrofit method for Hanok. In this study, the torsional irregularity of Hanok was investigated as a main issue for evaluating seismic performance. As a methodology for anaylzing the torsional irregularity of Hanok, a GUI-based software reflecting the structural characteristics of Hanok was developed. After analysis, Traditional Hanok shows a certain tendency of the eccentricity ratio according to the plan type. In this study, structural guidelines for seismic design and retrofit of Hanok were outlined.

복합하중을 받는 철근콘크리트 보의 비틀림 거동

김나영 성균관대학교 일반대학원 2021 국내석사

실제 구조물에는 다양한 하중이 동시에 작용하며, 대부분의 부재는 휨, 전단 및 비틀림이 모두 작용한다. 현행 기준에서는 비틀림과 휨에 대한 설계를 한 뒤, 이것들을 합산하여 비틀림 내력을 산정한다. 이처럼 복합하중을 받는 철근콘크리트 부재의 설계 방법이 명확하지 않고, 비틀림 내력 산정에는 철근의 기여분만 고려된다는 한계점이 있다. 철근콘크리트 부재의 최종파괴는 콘크리트에 의해 결정되기 때문에 부재의 내력을 정확하게 평가하기 위해서는 콘크리트의 기여분을 고려해야 한다. 또한, 철근콘크리트 부재는 충분한 연성능력을 갖도록 설계된다. 충분한 연성능력을 갖는 부재에서는 휨모멘트 재분배가 일어나며 부재의 내력은 달라지게 된다. 따라서 복합하중을 받는 부재에서는 힘의 재분배가 일어날 수 있기 때문에 부재의 각 방향에서의 비틀림 거동을 각각 평가하는 연구가 필요하다. 콘크리트의 기여분을 고려하여 철근콘크리트 부재의 비틀림 내력을 평가하기 위해 기존에 실험이 진행된 순수비틀림을 받는 20개의 철근콘크리트 보에 측정된 콘크리트 변형률을 사용하였다. 부재의 비틀림 내력은 힘의 평형방정식으로 유도한 비틀림 평가식에 4가지의 유효압축강도를 반영하여 평가하였다. 현행 비틀림내력평가식으로 계산된 비틀림 내력의 평균은 1.10이며, Hsu가 제안한 유효압축강도를 사용할 경우 평균 1.08로 비교적 정확히 예측하는 것으로 나타났다. 복합하중을 받는 부재의 비틀림 거동 평가를 위해서 14개의 휨-전단-비틀림을 받는 철근콘크리트 보 실험을 수행하였다. 주요변수는 부재에 작용시키는 전단력 및 휨모멘트의 크기, 상하철근비였다. 실험을 통하여 변수에 따른 하중간의 상관관계와 부재의 파괴모드를 분석하였고 기존 연구와의 비교를 통해 복합하중을 받는 부재의 비틀림 거동을 평가하였다. 실험 결과 복합하중을 받는 철근콘크리트 부재의 비틀림 내력은 순수비틀림을 받는 부재의 비틀림 내력과 비슷하게 나타났다. 철근의 변형률 분석을 통해 힘의 재분배가 발생하는 것을 확인하였다. 추가적인 분석을 위해 기존 연구자들의 실험 데이터를 사용하였다. 분석 결과, 힘의 재분배는 철근량에 영향을 받으며, 기존 데이터에서는 최대철근량 이상 배근한 실험체가 다수였기 때문에 힘이 재분배되지 않고 파괴가 일어났다고 판단된다. In actual structures, various loads are simultaneously applied, and most of the members are subjected to bending moment, shear, and torsion. In current design code, after designing the torsion and bending moment, these are summed to calculate the torsional strength. The design method of reinforced concrete members subjected to combined loading is not clear, and there is a limitation that only the contribution of reinforcing bars is considered in the calculation of torsional strength. Since the final failure of a reinforced concrete member is determined by concrete, the contribution of concrete must be considered in order to accurately evaluate the strength of the member. RC members are designed to have sufficient ductility capacity. In members with sufficient ductility capacity, the bending moment redistribution occurs and the strength of the member varies. Therefore, since force redistribution may occur in a member subjected to a combined loading, a study is needed to evaluate the torsional behavior in each direction of the member. To evaluate the torsional strength of reinforced concrete members considering the contribution of concrete, the concrete strain measured in 20 reinforced concrete beams subjected to pure torsion was used. The torsional strength of the member was evaluated by reflecting the four effective compressive strengths in the torsion evaluation equation derived by the force equilibrium equation. The average of the torsional strength calculated by the existing torsional strength evaluation equation is 1.10, and when the effective compressive strength proposed by Hsu is used, the average is 1.08, which is a relatively accurate prediction. In order to evaluate the torsional behavior of a member subjected to a combined loading, an experiment was performed on 14 reinforced concrete beams subjected to bending-shear-torsion. The main variables were the amount of shear force and bending moment applied to the member, and the top and bottom rebar ratio. Through the experiment, the correlation between the loads according to the variables and the failure mode of the member were analyzed. The torsional behavior of members subjected to combined loading was evaluated through comparison with previous studies. As a result of the experiment, the torsional strength of the reinforced concrete member subjected to the combined loading was similar to that of the member subjected to pure torsion. It was confirmed that force redistribution occurred through strain analysis of the reinforcing bar. Existing researchers' experimental data were used for further analysis. As a result of the analysis, the redistribution of force was affected by the amount of reinforcement. In the existing data, it is judged that the failure occurred without redistributing the force because there were a large number of specimens with more than the maximum reinforcement.

축계 비틀림진동 신호를 이용한 왕복동 내연기관 착화실패 및 기진력 진단

박정근 부산대학교 대학원 2021 국내박사

산업현장에서 수행하는 대부분의 엔지니어링 과정에서 운용 설비의 안전 진단은 기계의 효율과 이차 피해 및 치명적인 고장을 회피하기 위한 핵심 기술이다. 기계의 상태 변화를 감시하기 위해 온도, 압력, 진동, 소음 등 측정 가능한 데이터들이 개별적으로 또는 조합하여 사용되고 있으며, 이들 중에서 진동 기반의 진단 기술이 기계의 상태 감시와 결함 검출을 위해 광범위하게 적용되고 있다. 하지만, 비틀림진동 신호는 왕복동 내연기관의 운전 상태와 안전성을 진단하기 위한 매우 유용한 도구임에도, 선형 진동 신호를 이용한 안전 진단 기술에 비하여 상대적으로 주목을 받지 못하고 있다. 동양 의학에서 진맥이 인체의 병인을 파악하기 위한 주요 진단 방법인 것처럼, 비틀림진동 신호는 내연기관 시스템의 안전 진단을 위한 유용한 방법으로 다른 방법들과 비교하여 정확도, 시간 및 비용 측면에서 매우 효과적이다. 이 연구는 왕복동 내연기관 시스템의 고장을 일으키는 주요 원인으로 보고되는 특정 실린더에서 연소가 일어나지 않는 착화실패 현상과 내연기관 축계의 결함 부품 발생으로 인한 기진력의 변화를 비틀림진동 신호를 이용하여 효과적으로 진단하는 방법을 제안한다. 착화실패가 발생하면 기본주파수 성분이 비틀림진동 신호의 대부분을 차지하는 현상으로부터 진폭을 비교하여 착화실패 여부를 판정하고, 기본주파수 성분이 최대일 때의 크랭크 각도와 위상으로부터 착화실패 실린더의 위치를 정확히 검출하는 방법에 관한 것이다. 제안한 방법은 2행정 기관, 4행정 직렬형 및 브이형 기관의 실제 시스템에 대하여 수치해석 시뮬레이션으로 그 유용성을 확인하였다. In most engineering processes of industrial sites, safety diagnosis is a key technology to avoid machine faults, secondary damage and fatal failures. Measurable data such as temperature, pressure, vibration, and noise are used individually or in combination, to monitor any changes in the state of the machine. Among them, vibration-based diagnostic technology is widely applied for an condition monitoring and a defect detection. However, the torsional vibration signal has not received attention relatively in comparison with the linear vibration signal, although it is a very useful tool for monitoring the operating state of the reciprocating internal combustion engine. Similar to the pulse signal in our body serves the basic diagnostic tool in oriental medicine for assessing the pathogenesis of human body, the torsional vibration signal gives very effective methods in terms of the accuracy, time and cost, comparing with other diagnosis means. This study proposes a method for detecting a misfiring cylinder using the measured torsional vibration signal. The fundamental frequency amplitude and phase angle of the torsional vibration signal are found to distinguish the misfire occurrence and misfiring cylinder position, respectively. The proposed method is verified by analysis and numerical simulation using two-stroke, four-stroke, in-line, and V-type engines.

비틀림보강재의 위치변화 및 강성변화에 따른 철근콘크리트 코아의 거동

권명하 全州大學校 大學院 2006 국내석사

고층건물에 작용하는 비틀림하중은 수평하중을 지지하는 구조요소들의 반력중심에 대한 풍하중이나 지진하중과 같은 수평하중의 편심작용에 의한 결과라고 할 수 있다. 구조물의 각층에서 질량의 중심이 건물의 강성중심과 차이가 나면 지진하중은 편심을 가지게 되며, 이로 인해 구조물에 비틀림이 발생하게 된다. 멕시코와 칠레를 비롯한 여러나라에서 발생한 지진들을 분석한 결과 비틀림이 구조물의 손상과 붕괴에 지대한 영향을 준 것으로 보고되었으며, 코아의 비틀림거동에 대한 여러 연구들이 진행되어 왔다. 비틀림하중을 받는 개단면 코아에 비틀림보강재가 설치될 경우, 보강재의 뒤틀림 구속효과로 인해 보강재가 위치하는 지점에서 비틀림각의 증가율이 크게 감소함에 따라 코아의 비틀림변형이 전체 높이에 걸쳐 크게 감소하며, 보강재가 설치된 지점에서 바이모멘트의 부호가 바뀌면서 응력의 변화가 발생하여 코아의 바이모멘트 감소에도 크게 기여할 수 있다. 비틀림하중을 받는 코아구조물의 응력과 변형의 크기는 비틀림보강재의 설치위치에 따라 크게 좌우되며, 비틀림보강재를 적절한 위치에 설치함으로서 개단면 코아의 비틀림변형 뿐아니라 뒤틀림응력을 크게 감소시킬 수 있다. 컴퓨터와 구조해석용 프로그램들이 크게 발달한 오늘날, 컴퓨터를 이용한 유한요소해석이 코아의 비틀림거동을 해석하는데 중요한 수단이 되고있으나, 이 방법은 구조해석 과정에서 수많은 시간과 노력이 소요된다. 본 연구에서는 초기 설계단계에서 코아의 비틀림거동을 빠르고 신속하게 예측할 수 있는 근사식들을 제시하였으며, 서로 다른 단면과 높이를 갖는 코아 구조물들을 대상으로 비틀림보강재의 강성변화가 코아의 비틀림거동과 보강재의 최적위치 결정에 미치는 영향을 분석하였다. Torsional load acting on tall buildings is the result of eccentricity in relation to reaction center of structural factors, supporting horizontal load, like wind and seismic load. If there is the difference between the mass center of each floor of a structure, and the center of the building, seismic load gets eccentricity which causes torsion of the structure. It is reported that torsion has a great effect on damage and collapse of structures by the analysis of earthquakes occurred in Mexico and Chile, and researches about torsional behavior of cores have been carried out. If reinforcing members for torsion are installed in open section cores under torsional load, torsional deformation of cores, extended over the whole heights, is decreased a lot as increasing rates of torsion angles at the point of reinforcing members decrease largely by confining effect of reinforcing members, and as signs of bimoments are changing at the point of reinforcing members, changes of stress are generated, which can contribute to decrease of cores' bimoments. The stress and deformation of core structures under torsional load is controlled largely by installation locations of reinforcing members for torsion, and torsional deformation of open section cores, as well as torsional stress, can be decreased greatly by appropriate installation of reinforcing members for torsion. At present with advanced computer and structural analysis programs, although the finite element analysis using computers is an important means to analyze torsional behavior, this requires a lot of time and effort in the structural analysis procedure. In this research, approximate expressions that can promptly predict torsional behavior of cores in the early stage of analysis and design are presented, and targeting core structures that have different sections and heights, effect of stiffness changes of reinforcing members on torsional behavior of cores, and optimum locations of reinforcing members is analyzed.