An improved numerical model to simulate behavior of a reinforced concrete (RC) members and collapse of frame structures subjected to blast loading on the basis of the moment-curvature relation of an RC section is introduced. In order to consider the high strain rate effect in the moment-curvature relation of the section, the dynamic increase factor (DIF) is also newly designed as a function of the curvature rate through a section analysis with variation of the strain rate. The decrease in the bending stiffness of the member caused by bond-slip is taken into account by introducing equivalent bending stiffness. The dynamic hysteretic moment-curvature relation of an RC section is defined to exactly trace the post-peak structural response after experiencing the large nonlinear deformation, and to describe the direct shear failure, the dynamic shear stress-slip relation proposed by Krauthammer is considered in this dissertation. The validity of the introduced numerical model is verified through a comparison of the obtained numerical results with those from the experimental data. In order to compare the accuracy and efficiency of the proposed model, comparative studies are conducted between the proposed model and other numerical method such as the single-degree-of-freedom model and 3D simulation. Furthermore, the blast resistance of structural members is evaluated using pressure-impulse diagrams and factors affecting the resistance of members are identified. In addition, the catenary action and damage index are introduced into the numerical model in order to apply the proposed model to the frame structure, and the validity of the modified model is verified through simple frame cases. Finally, the collapse mechanism and influencing factors are identified through analysis for blast-induced progressive collapse with the proposed model, and a simple method for connecting member-level and structure-level analysis using P-I diagrams is introduced by modifying the alternate load path method.
철근콘크리트 단면의 모멘트-곡률 관계를 기반으로 폭발하중을 받는 철근콘크리트 부재의 거동 및 프레임 구조물의 연쇄 붕괴를 모사할 수 있는 수치해석 모델을 제안하였다. 변형률 속도 효과로 인한 재료물성 증대를 고려하기 위하여 반복적인 단면해석을 통해 단면의 모멘트-곡률 관계에서 새로운 동적증가계수식을 곡률변화율의 함수로 정의하였다. 부착슬립으로 인해 유발되는 부재의 강성저하를 설명하기 위하여 등가 휨강성을 도입하였으며, 부재의 최대 응답 이후 잔류 거동을 정확히 모사하기 위해 철근콘크리트 단면의 이력 모멘트-곡률 관계를 정의하였다. 폭발하중 재하 초기 급격하게 발생하는 직접전단파괴 모드는 동적 직접전단응력-슬립양에 대한 경험식 차용을 통해 고려하였다. 부재 단위 폭발 실험결과와 수치해석결과 간의 비교연구를 통해 제안한 수치해석 모델과 이력 곡선의 타당성 검증을 수행하고, 단자유도 모델 및 3차원 솔리드 요소를 활용한 해석결과와의 비교를 진행하여 제안한 모델의 정확성 및 해석 효율성을 입증하였다. 또한 폭발압력-충격량 곡선을 이용하여 부재의 방폭성능을 평가하고 이에 영향을 미치는 인자들을 규명하였다. 추가적으로 제안한 수치모델을 프레임 구조물에 적용하기 위하여 현수현상을 고려하고 손상 지수를 도입해 해석 알고리즘을 수정하였으며, 단순 프레임 예제를 통해 알고리즘의 타당성을 검증하였다. 마지막으로 폭발로 유발되는 철근콘크리트 프레임의 연쇄붕괴 거동에 대한 수치해석을 통해 연쇄붕괴 메커니즘 및 영향 인자를 파악하였으며, 기존 대체하중경로법을 수정하여 부재단위해석과 구조물단위해석의 연결 기법을 간단하게 제시하였다.
