폭발하중을 받는 철근콘크리트 부재의 비선형 동적 응답 평가를 위한 유효강성 모델 개발 = Development of Effective Stiffness Model for Evaluating the Nonlinear Dynamic Response of Reinforced Concrete Members under Blast Loads

국문 초록 (Abstract)

현재 내폭 설계 가이드라인은 전단면 이차모멘트와 균열단면 이차모멘트 의 평균값으로 제시된 비보수적인 순수 평균값 기반 유효강성을 사용하여 이를 보완하기 위해 본 연구를 진행하였다. 순수 평균값 기반 유효강성을 비교하기 위해 OpenSees를 사용해서 섬유 단면 다자유도 보 요소로 푸쉬오버 해석과 폭발해석을 수행하였다. 해석의 정확도를 검증하기 위해 유한요소 해석으로 저항함수를 비교하였고, 실제 폭발 실험과 단자유도 폭발해석 을 비교하였다. 푸쉬오버 해석으로 도출된 저항함수에서 등가 탄성-소성 에 너지 흡수법을 통해 푸쉬오버 해석 기반 유효강성을 도출하였다. 내폭 설계 가이드라인에 제시된 예제를 순수 평균값 기반 유효강성과 푸쉬오버 해석 기반 유효강성으로 비교한 결과, 유효강성비는 2.2배 차이가 나 고 폭발해석은 –41 %의 최대변위 오차율이 도출되었다. 순수 평균값 기반 유효강성이 비보수적인 내폭 설계를 도출하기 때문에 대체가능한 3가지 유효강성을 제시하였다. 3가지 유효강성은 각도 평균값 기반 유효강성, 모멘트 가중평균 기반 유효강성, 등가면적 기반 유효강성이 다. 새로운 유효강성의 타당성을 확인하기 위해 총 972개의 시편을 진행하였 다. 매개변수 해석 결과 모멘트 가중평균 기반 유효강성이 푸쉬오버 해석 기반 유효강성과 가장 유사하고 등가면적 기반 유효강성이 가장 보수적인 결과인 것을 확인하였다. 추가적인 매개변수 연구를 통해 더 검증이 이루어진다면, 제안된 유효강성은 더욱 정확하고 보수적인 설계를 위한 대안이 될 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Current blast-resistant design guidelines use a non-conservative effective stiffness defined as the simple average of the gross-section moment of inertia and the cracked-section moment of inertia, and the present study was conducted to address this limitation. To compare this Arithmetic mean-based effective stiffness, pushover analysis and blast analysis were performed using fiber-section multi-degree-of-freedom beam elements in OpenSees. To verify the accuracy of the analysis, resistance functions were compared through finite element analysis, and actual blast experiments and single-degree-of-freedom blast analysis were also verified. From the resistance function derived by pushover analysis, the pushover-based effective stiffness was obtained through the equivalent elastic–plastic energy absorption method. When the example presented in the blast-resistant design guideline was compared using the Arithmetic mean-based effective stiffness and the pushover-based effective stiffness, the effective stiffness ratio showed a difference of 2.2 times, and the blast analysis resulted in a maximum displacement error rate of –41%. Because the Arithmetic mean-based effective stiffness leads to non-conservative blast-resistant design, three alternative effective stiffnesses were proposed. The three effective stiffnesses are the rotation-angle mean effective stiffness, the moment-weighted average effective stiffness, and the equal-area effective stiffness. To confirm the validity of the newly proposed effective stiffnesses, a total of 972 specimens were analyzed. As a result of the parametric analysis, it was confirmed that the moment-weighted average effective stiffness is the most similar to the pushover-based effective stiffness, and that the equal-area effective stiffness is the most conservative. If further verification is conducted through additional parametric studies, proposed effective stiffnesses can become an alternative for more accurate and conservative design.

목차 (Table of Contents)

• 표목차 ⅱ
• 그림목차 ⅲ
• 국문초록 ⅳ
• 제1장 서론 1
• 제1절 연구배경 및 현황. 1
• 제2절 연구목적 및 방법. 2
• 제2장 폭발하중을 받는 구조물 해석 4
• 제1절 폭발하중 특성 및 구조물의 응답 4
• 제2절 단자유도 해석 방법 8
• 제3장 유효강성 산정방법에 따른 해석 비교 12
• 제1절 푸쉬오버 해석과 단자유도 시스템의 폭발해석 12
• 1. 비선형 저항함수 도출 방법 및 검증 12
• 2. 등가 SDOF 시스템을 활용한 폭발해석 및 검증 16
• 3. 푸쉬오버 해석 기반 유효강성 17
• 제2절 유효강성 산정 방법의 영향 분석 18
• 1. 내폭 설계 가이드라인 대비 유효강성 비교. 18
• 2. 유효강성 제시안. 21
• 제4장 매개변수에 따른 정적해석 및 동적해석. 27
• 제1절 매개변수에 따른 정적해석 27
• 제2절 매개변수에 따른 동적해석 31
• 제5장 결론 36
• 참고문헌 38
• ABSTRACT 41