This dissertation presents a numerical analysis model for economical and efficient structure design using circular concrete filled steel pipe (CFT) columns. The creep effect, which is a major nonlinear effect on concrete, was modified by considering the morphological characteristics of CFT. Through the modified CFT creep prediction model, the P-M interaction diagram of the column reduced according to the time effect was predicted. To confirm the effect of ductility of the CFT column, plastic analysis was introduced and compared with the RC column. At this time, in order to reduce the excessive analysis cost, a direct search method based on the section database was introduced. The plastic analysis was performed by introducing a plastic hinge, which was inserted into the stiffness matrix based on the spring element. Differential axial shortening, one of the effects of columns on structures, was identified by comparing CFT and RC columns. In this process, the influence of each influencing factor on the differential axial shortening was identified by considering the time stage, construction stage, and layer flattening stage. In this dissertation, in order to confirm the cost and performance advantages of CFT columns, they were compared with RC columns with differences in time-dependent behavior and ductility of concrete.
본 논문은 원형 콘크리트 충전 강관(CFT) 기둥을 이용한 경제적이고 효율적인 구조물 설계를 위한 수치해석 모델을 제시한다. CFT의 형태적 특성을 고려하여 콘크리트에 미치는 주요한 비선형 효과인 크리프 효과를 수정하였다. 수정된 CFT 크리프 예측 모델을 통해 시간 영향에 따라 감소된 기둥의 P-M 상관도를 예측하였다. 다음으로는 CFT 기둥의 연성의 영향을 확인하기 위해 소성 해석을 도입 하여 RC 기둥과 비교하였다. 이 때 과도한 해석 비용을 줄이기 위해 데이터 베이스를 바탕으로 한 직접 탐색 기법을 도입하였다. 소성 해석은 소성 힌지를 도입하여 이루어졌으며, 소성 힌지는 스프링 요소를 바탕으로 강성 행렬에 삽입하였다. 마지막으로, 기둥이 구조물에 미치는 영향 중 하나인 부등 단축 현상을 CFT와 RC 기둥을 비교하여 파악하였다. 이 과정에서 시간 단계, 시공 단계, 평탄화 등을 고려하여 부등 단축에 미치는 각 영향 인자들의 영향력을 파악하였고, 프로그램의 정확도를 검증하기 위해 3차원 구조해석모델을 도입하여 상용프로그램과 비교하였다. 본 논문에서는 CFT 기둥의 비용 및 성능적인 이점을 확인하기 위해 콘크리트의 시간 의존적 거동, 연성 등의 차이가 있는 RC 기둥과 비교하여 차이를 제시하였다.
