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박찬수,이용원 대한건축학회지회연합회 2011 대한건축학회연합논문집 Vol.13 No.2
현재 대부분의 파일캡의 해석 및 설계에 보이론을 적용한다. 그러나 파일캡은 응력이 집중되고 전단경간 깊이비가 작아 보이론 적용에 논리적 모순이 있다. 현행 구조 기준에서는 파일캡과 같은 부재 설계를 할 때, 스트럿-타이모델(STM) 또는 비선형해석 방법을 적용하도록 하고 있으나 실제 적용된 사례는 거의 없다. 본 연구에서는 파일캡과 같이 응력교란영역(D-영역)에 적용 가능한 STM의 활용도를 높이고자 보이론 해석 결과에 만족하는 단면 및 철근량을 갖는 파일캡에 STM을 적용하여 서로 비교하였다. 그 결과 STM이 보이론 대비 약 0.74~0.82의 내력을 나타내었다. 그러나 보이론을 적용하여 설계된 기존 파일캡 중 구조적 문제가 발생된 예는 거의 없다. 따라서 연구 대상 파일캡에 비선형유한요소해석을 수행하여. 스트럿 및 절점영역 유효강도에 영향을 주는 계수(, )의 적정성을 검토하였다. 결론적으로 전반적인 요소의 응력은 스트럿 및 절점영역 유효압축강도에 0.47~0.55, 0.41~0.61에 각각 분포하는 것으로 나타났다.
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철근콘크리트 파일캡의 해석 및 설계를 위한 개선 3차원 스트럿-타이 모델
김병헌,채현수,윤영묵,Kim, Byung Hun,Chae, Hyun Soo,Yun, Young Mook 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.1
The sectional methods of current design codes have been broadly used for the design of various kinds of reinforced concrete pile caps. Lately, the strut-tie model approach of current design codes also became one of the attracting methods for pile caps. However, since the sectional methods and the strut-tie model approach of current design codes have been established by considering the behaviors of structural concrete without D-regions and two-dimensional concrete structures with D-regions, respectively, it is inappropriate to apply the methods to the pile caps dominated by 3-dimensional structural behavior with disturbed stress regions. In this study, the refined 3-dimensional strut-tie models, which consider the strength characteristics of 3-dimensional concrete struts and nodal zones and the load-carrying capacity of concrete ties in tension regions, are proposed for the rational analysis and design of pile caps. To examine the validity of the proposed models and to verify the necessity of appropriate constituent elements for describing 3-dimensional structural behavior and load-transfer mechanism of pile caps, the ultimate strength of 78 reinforced concrete pile caps tested to failure was examined by the proposed models along with the sectional and strut-tie model methods of current design codes. 철근콘크리트 파일캡의 설계 시 사용되고 있는 현행 설계기준의 단면법 및 스트럿-타이 모델 방법은 각각 B-영역으로 이루어진 철근콘크리트 구조부재의 거동과 2차원 응력교란영역을 갖는 철근콘크리트 구조부재의 거동에 기초한 것으로, 이를 응력교란영역(D-영역)을 갖고 3차원 거동이 지배적인 철근콘크리트 파일캡의 설계에 적용하는 것은 적절하지 않다. 이 연구에서는 3축 응력을 받는 콘크리트 스트럿 및 절점영역의 강도특성과 철근이 배치되지 않은 인장영역에서의 콘크리트 타이의 하중저항능력 등을 반영하여 철근콘크리트 파일캡을 합리적으로 설계할 수 있는 개선 3차원 스트럿-타이 모델을 제안하였다. 파괴실험이 수행된 78개 철근콘크리트 파일캡 시험체의 극한강도를 현행 설계기준의 단면법 및 스트럿-타이 모델 방법, 그리고 이 연구의 개선 3차원 스트럿-타이 모델을 이용하여 평가하였으며, 그 결과의 비교분석을 통해 스트럿-타이 모델 방법 적용 시의 3차원 거동 및 하중전달 메커니즘을 묘사하기 위한 적절한 구성요소의 필요성과 이 연구에서 제안한 개선 3차원 스트럿-타이 모델의 타당성을 검증하였다.
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윤영묵,Yun, Young Mook 대한토목학회 2014 대한토목학회논문집 Vol.34 No.2
For the reliable design of the structural concrete by the strut-tie model approaches of current design codes, the effective strengths of concrete struts must be determined with sufficient accuracy. Many values and equations for the effective strengths have been suggested until now. As those are for the two-dimensional concrete struts, however, it is inappropriate to employ them in the strut-tie model designs of three-dimensional structural concretes. In this study, an approach, that determines the effective strengths of three-dimensional concrete struts consistently and accurately by reflecting the state of 3-dimensional stresses, the 3-dimensional failure criteria of concrete, the degree of cracks (or tensile strains of reinforcing bars crossing the struts), the strut's longitudinal length, the deviation angle between strut orientation and compressive principal stress flow, compressive strength of concrete, and the degree of concrete confinement by reinforcing bars, is proposed. To examine the validity of the proposed approach, the ultimate strength analyses of 115 reinforced concrete pile caps tested to failure by previous investigators were conducted by the ACI 318-11's strut-tie model approach with the existing and proposed effective strengths of concrete struts. 스트럿-타이 모델 방법을 이용한 콘크리트 구조부재의 설계 시 가장 중요한 요소 중 하나는 콘크리트 스트럿의 유효강도를 정확하게 결정하는 것이다. 콘크리트 스트럿의 유효강도를 결정하기 위한 많은 연구가 진행되어 왔으며, 여러 종류의 스트럿의 유효강도 값 및 산정식이 제안되었다. 그러나 이들은 2차원 콘크리트 구조부재의 스트럿-타이 모델 설계를 위한 것으로, 그 값을 3차원 콘크리트 구조부재의 설계에 적용하는 것은 적절하지 않다. 이 연구에서는 콘크리트 스트럿이 위치한 곳의 3축 응력 상태, 콘크리트의 3차원 파괴기준, 스트럿 길이의 영향, 스트럿과 압축 주응력 흐름과의 불일치의 영향, 콘크리트 압축강도의 영향, 그리고 철근에 의한 콘크리트 스트럿의 구속의 정도 등을 고려하여 3차원 콘크리트 스트럿의 유효강도를 일관성 있게 결정할 수 있는 방법을 제안하였다. 제안한 방법의 타당성을 검증하기 위해 기존 연구자들에 의해 파괴실험이 수행된 115개의 철근콘크리트 파일캡 시험체의 극한강도를 평가하였으며, 그 결과를 실험결과 및 현행 설계기준에서 제안한 스트럿의 유효강도 값을 이용하여 평가한 결과와 비교분석하였다.
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