Curved structures are interest of many researchers. A vast number of curved beam elements have been developed since 1990s. One of the most exact and efficient curved beam elements will be developed for material nonlinear analysis in this paper. Material nonlinearity due to the cracking of concrete and yielding of reinforcing bars is taken into account. The layered section approach assumes uniaxial stress-strain relation of the particular material in each layer and a perfect bond between the reinforcing steel and concrete. Iterations using the bisection method are employed to determine the neutral axis. Comparisons of results from the present curved beam element with test results and other solutions demonstrate that this curved beam element can provide accurate predictions for ultimate load and load-deflection behavior of reinforced concrete curved structures.
본 연구의 목적은 철근 콘크리트 곡선 구조물의 해석을 위해 알려진 형상함수를 사용하여 효율적이며 신뢰성 있는 유한요소 모델을 개발하는 것이다. 사용한 형상함수는 유한요소 체눈의 크기에 의존하지 않는 정해로 여겨지며, 이 형상함수에 중첩법을 적용하여 변위장을 계산하였다. 가상일의 법칙을 사용해서 요소 강성 행렬을 구하였으며, 내력의 근사계산을 포함한 비선형 방정식을 풀이하였다.
수정된 평면 탄성 응력-변형률 관계를 사용하였다. 콘크리트와 철근은 각각의 재료 모델을 적용하였다. 철근은 선형 탄성과 선형 변형 경화 모델이며, 콘크리트의 압축측 응력-변형률 관계는 효율성과 적용의 단순성을 고려하여 Kent와 Park가 제안하고 scott이 수정한 세 개의 영역으로 구분된 모델을 사용하였다. 콘크리트의 인장측 균열은 RC 구조물의 비선형 거동에 있어서 매우 중요하므로 균열된 콘크리트의 거동을 고려하여야 한다.
형상함수가 정해이므로 선형 유한 요소 해석은 유한요소 체눈 크기에 관계없이 정확한 결과를 주는 것으로 입증된 반면 비선형 유한 요소 해석의 경우 적절한 체눈의 크기에서만 좋은 결과를 주었다. 물론, 이 곡선 보 유한 요소는 선형 및 비선형 해석 모두있어서 직선 보 요소 보다는 우수하다. 곡선 보 유한 요소의 정확성과 효율성을 확인할 수 있는 몇 가지 예제를 제시하였으며 이 예제를 통하여 본 연구에서 제안된 곡선 보 유한요소는 Ghamedy의 요소보다 더 나은 해석결과를 나타냄을 알 수 있다.
