보강된 철근 콘크리트 보의 비틀림 성능평가

국문 초록 (Abstract)

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.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

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.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구배경 및 목적 1
• 2. 연구 동향 3
• Ⅱ. 철근콘크리트 보의 비틀림 실험계획 4
• 1. 시험체 계획 4
• 2. PVA-ECC 배합설계 6
• 3. 재료실험 7
• 1) 콘크리트압축강도실험 7
• 2) PVA-ECC 압축강도실험 7
• 3) 콘크리트, PVA-ECC쪼갬 인장강도 시험 8
• 4) 철근인장시험 8
• 4. 시험체 제작 10
• 5. 비틀림 실험 방법 11
• Ⅲ. 철근콘크리트 보의 비틀림 실험결과 13
• 1. Normal-21 시험체 13
• 1) 균열 진전 및 파괴모드 13
• 2) 비틀림 모멘트-비틀림 각 관계 15
• 3) 철근 변형률-비틀림 각 관계 16
• 2. Normal-40 시험체 19
• 1) 균열 진전 및 파괴모드 19
• 2) 비틀림 모멘트-비틀림 각 관계 21
• 3) 철근 변형률-비틀림 각 관계 22
• 3. PVA-ECC 시험체 25
• 1) 균열 진전 및 파괴모드 25
• 2) 비틀림 모멘트-비틀림 각 관계 27
• 3) 철근 변형률-비틀림 각 관계 28
• 4. 실험결과 고찰 31
• Ⅳ. 유한요소해석 34
• 1. 해석상의 재료모델 34
• 1) Lee & Fenvas의 재료모델 34
• 2) Vecchio & Collins의 재료모델 37
• 3) Okamura & Maekawa의 재료모델 38
• 3) Cho et al.의 재료모델 39
• 2. 콘크리트 보의 비틀림 해석수행 결과 40
• 1) 해석수행 방법 40
• (1) 해석 모델링 40
• (2) 해석계획 42
• 2) 철근콘크리트 보의 비틀림 해석결과 및 분석 43
• (1) Normal-21 시험체 해석결과 43
• (2) Normal-40 시험체 해석결과 44
• (3) PVA-ECC 시험체 해석결과 45
• (4) 유한요소 해석 결과 분석 45
• Ⅴ. 결론 47
• 참고문헌 49