In this dissertation, the size effect in concrete structures is investigated on the basis of nonlinear fracture mechanics, and new prediction models are suggested.
In most structural members with initial cracks (or initial notches), strength tends to decrease as the member size increases : a phenomenon known as size effect. In contrast to other structural materials (wood, steel etc.), concrete shows the size effect with or without initial crack. Published experimental results.
본 논문에서는 비선형 파괴역학 이론에 근거하여 콘크리트 구조물의 크기가 커짐에 따라 저항능력이 감소하는 현상인 크기효과에 대해 연구하였으며, 기존의 할열인장강도, 전단강도 및 압축강도 실험치에 대한 회기분석을 통하여 보다 나은 모델식을 제시하였다.
일반적으로 초기균열을 갖는 대부분의 구조부재는 크기효과를 나타낸다. 특히 콘크리트는 유리, 철과 같은 구조재료와는 달리 초기균열이 없는 경우에도 이러한 크기효과를 나타낸다는 것이 많은 실험에 의해 나타나고 있다. 기존의 크기효과법칙을 따르면 크기가 매우 큰 콘크리트 부재는 응력을 거의 받을 수 없는 것으로 나타나나, 실험에 의하면 강도의 감소율이 현저하게 둔화되어 기존의 크기효과법칙과 큰차이를 보인다. 따라서, 본 연구에서는 놋치와 같은 인위적인 초기균열이 없는 경우에 콘크리트 구조물의 강도에 미치는 크기효과를 두가지 이론적 측면에서 규명하였다. 첫째는 동일한 최대골재크기를 사용할 경우에 부재의 크기에 관계 없이 초기균열길이가 일정하다고 가정한 비유사 균열 개념에 근거한 것이다. 콘크리트는 골재와 시멘트풀로 구성된복합체로서 수화반응이나 제반 환경요인에 의해 그 경계면에 미세한 부착균열이 항상 존재하며, 이것이 초기균열로서 작용한다고 볼 수 있다. 둘째는 콘크리트의 균열 발생 양상을 미세균열의 발생 및 성장, 응력-변형도 관계곡선의 비선형성 증가 그리고 주 균열의 발생 및 파괴에 이르는 과정으로 나누어 고찰함으로써, 초기의 어느 한계까지는 강도기준을 따르나 일단 균열이 발생한 후에는 그 해석에 파괴역학을 적용해야 함을 보인 것이다.
한편, 최대골재크기가 크기효과에 미치는 영향을 고려하여 새로운 모델식을 유도하였다. 크기효과의 주된 영향인자인 미세균열영역의 폭은 최대골재크기에 따라 선형적으로 변하는 것이 아니라 어떤 지수승 형태의 함수로 봄이 타당할 것으로 판단된다. 이는 콘크리트에서 균열이 발생할 때 변형이 한곳에 집중되므로 골재크기가 커진다고 해서 균열폭의 확대량이 정확히 비례하는 것으로 기대할 수 없기 때문이다. 미세균열의 폭과 더불어 주균열이 일어날 수 있는 길이, 즉 특성길이는 크기효과에 미치는 가장 큰 요인이다. 따라서 높이-직경의 비가 2 아닌 비표준형 실린더공시체에 대한 크기효과의 특성길이로는 단부구속효과가 일어나는 부분을 뺀 높이로 보는 것이 합리적임을 알 수 있었다.
