In this dissertation, methods for predicting the entire behaviors including the softening of reinforced concrete beams and frames due to flexural failure are developed.
For structural analysis considering the strain-softening, it is very important to the accurate evaluation for the material nonlinearity. Then the model for the stress-strain relationship of concrete in uniaxial compression is proposed by the regression analysis of the test data by others. In the strain-softening analysis, the displacement control method is one of the widely used methods. But it is a fatal shortcoming for the loss of the symmetrical and banded nature of the stiffness matrix. Therefore, in order to keep the symmetry and to include the nonproportional loading, the displacement control method is newly modified.
To predict the entire load-deformation characteristics, solution techniques are developed. The nonlayered method in beams is proposed by using the model for the moment-curvature relation. For frames, the combined layered and nonlayered method is suggested. To demonstrate the validity of this algorithm, the analytical results are compared with the experimental results by several investigators. The proposed method reduce greatly the computational time and needs the very small space of the computer main memory with comparison to the present layered method. Therefore, this method provides a more efficient and economical method for a complete analysis of reinforced concrete structures. Accordingly, it is possible to application for analysis of some more large scaled structures without using additional auxiliary system.
The analytical result leads to spurious sensitivity to the chosen element size in both beams and frames. This problem is overcome by modifying regidities and curvatures for each element based on the concept of concentrated inelastic rotations at plastic hinge considering the applied axial load.
본 논문에서는 철근콘크리트 보와 골조의 비선형 파괴거동 해석에 있어서의 보다 효율적인 방법을 제안하였다.
철근콘크리트 구조물의 비선형 해석에 있어서 가장 중요하면서도 기본적인 요인이 되는 재료의 비선형 거동에 관한 연구를 수행하였으며, 이중 일축압축 상태의 콘크리트 응력-변형도 관계의 모델식을 기존의 실험치들에 의한 수치해석으로부터 제안하였다. 일축인장 상태의 콘크리트 모델은 인장강성 증진효과를 고려한 Vebo와 Ghali의 식을 사용하였으며, 철근은 완전 탄소성 거동을 하는 것으로 가정하였다. 그리고 변형연화 거동을 해석하기 위하여 재료의 이력거동을 고려하였다.
구조물의 변형연화 거동을 해석하기 위한 방법으로는 변위제어법이 가장 일반적으로 사용되고 있으나, 비례하중과 상시하중을 고려하는 경우 강성행렬과 하중항의 치환으로 인한 비대칭 강성행렬이 형성되어 전체 강성행렬을 그대로 사용하여야만 하는 단점이 있다. 따라서 강성행렬의 대칭성을 그대로 유지하면서 비례하중 및 상시하중을 고려하는 방법을 제안하여 사용하였다.
구조 해석을 위하여 보에서는 모멘트-곡률 곡선의 모델을 사용한 비층상화 방법을 적용하였으며, 골조에서는 축력과 모멘트의 상호 연관성 및 하중이력을 고려하기 위하여 층상화 방법과 비층상화 방법을 조합하는 새로운 기법을 제안하여 사용하였다. 본 제안 방법의 타당성을 검증하기 위하여 기존의 여러 연구자들에 의한 구조실험치들과 비교하였으며, 또한 현재까지 대표적으로 많이 사용되는 층상화 방법에 의한 해석결과와도 비교를 수행하였다. 그 결과 본 제안방법은 해석 수행시간의 큰 단축효과와 사용되는 컴퓨터 기억용량의 현저한 감소효과를 얻을 수 있었으며, 따라서 본 제안 방법은 동일한 해석 결과의 신뢰도 하에서 보다 경제적이고 효율적인 방법이라고 사료된다.
한편, 유한요소법을 이용한 구조물의 비선형 해석은 선택된 요소크기에 따라 연화거동이 다르게 나타나게 된다. 그 이유는 부재의 파괴가 실제 소성길이가 아닌 요소의 길이에서 발생되기 때문이다. 따라서, 동일한 연화거동을 얻기 위하여 축력을 고려한 파괴 에너지의 개념에 근거하여 요소의 강성들을 보정하는 방법을 사용하였다.
