An improved numerical model that that can simulate the nonlinear behavior of RC members subjected to uniformly distributed blast loadings is introduced in this thesis. Both flexural and direct shear behavior are incorporated in the one-dimensional finite element numerical formulation on the basis of Timoshenko beam theory. The moment-curvature relationship of an reinforced concrete (RC) section is adopted to describe the flexural behavior. A dynamic increase factor (DIF), usually defined in the stress-strain relations of concrete and steel, is newly designed to be defined in the moment-curvature relation. The plastic hinge region is considered in the finite element (FE) idealization of RC members and a modification of the moment-curvature relation is also performed within the region in order to accurately reflect the effects of the plastic deformation concentrated at the mid-span or beam-column joint due to the bond-slip after yielding of the main reinforcement. The advantages of the proposed model, compared with the layered section approach, are reduced calculated time and memory space in application to large frame structures with many degrees of freedom. Upon the construction of monotonic moment-curvature relation, the hysteretic moment-curvature behaviors of unloading and reloading are defined on the basis of the hysteretic relation of steel. Moreover, direct shear behavior, which can be observed under very high amplitude and short duration blast loading, is taken into account through implementation of the shear stress-slip relation. Finally, the validity of the introduced numerical model is established by correlation studies between analytical results and experimental data, and the effect of the finite element mesh size is also discussed. Additionally, the pressure-impulse (P-I) diagrams are constructed and compared to review the change in the resisting capacity of an RC member according to the variation of the axial force and slenderness ratio.
폭발하중을 받는 철근 콘크리트 구조물의 비선형 해석을 수행하기 위한 수치해석 모델을 소개하였다. Timoshenko 빔 이론을 기반으로 휨 거동과 직접전단 거동을 1차원 유한요소 해석 모델에 반영하였다. 폭발하중을 받는 구조물의 경우, 변형률 속도(strain rate)의 영향으로 물성치의 증가가 발생하게 되며, 일반적으로 각 재료에 대해 변형률 속도에 따른 Dynamic Increase Factor (DIF)식으로 표현된다. 단면의 모멘트-곡률 관계를 기반으로 해석을 수행할 경우 기존 DIF식을 직접 적용할 수 없기 때문에 단면의 curvature rate를 기반으로 한 DIF식을 구하는 절차에 대해 제안하였다. 또한, 보의 중앙 및 양 고정단 경우와 같이 큰 소성변형이 집중되는 영역을 고려하기 위해 소성힌지 영역을 해석모델에 반영하였으며, 해당 영역에 철근의 항복 이후에 부착슬립으로 인해 발생하는 강체회전을 묘사하기 위해 등가 휨 강성을 도입하였다. 단면의 monotonic 모멘트-곡률 관계를 기반으로, 구조물의 최대 변위 도달 이후의 거동을 보다 정확하게 묘사하기 위해 하중이력을 고려한 hysteretic 모멘트-곡률 관계를 도입하였다. 또한, 굉장히 큰 하중 크기와 짧은 하중시간을 갖는 폭발하중이 구조물에 작용할 경우, 구조물은 지점 부위에서는 직접전단 거동을 보이게 되며, 이러한 거동은 실험을 통해 제안된 전단응력-슬립 관계를 해석모델에 적용함으로써 반영하였다. 마지막으로, 폭발하중을 받는 RC 구조물의 실험결과와 수치해석 결과를 비교함으로써 해석 모델의 검증을 수행하였다. 또한, 요소 개수가 해석 수렴성에 미치는 영향에 대한 고찰을 수행하였으며, RC 구조물의 저항력 평가를 수행하기 위해 pressure-impulse (P-I) 곡선을 도입하여 축력 및 세장비 변화 등 변수에 따른 구조물의 저항력 경향성을 분석하였다.
