비대칭 단면 특성을 가지는 철근콘크리트 부재의 내폭성능평가 = Blast Resistant Evaluation of Reinforced Concrete Members with Asymmetric Cross-Sections

국문 초록 (Abstract)

폭발하중은 지진하중이나 풍하중과 달리 명확한 방향성을 가지며, 비대칭 배근과 비대칭 형상을 가진 부재는 정모멘트 저항 성능의 차이를 통해 내폭 성능 향상 가능성이 존재한다. 본 연구는 폭발하중을 받는 철근콘크리트 (RC) 부재에 대한 기존의 비선형 단자유도 해석 방법을 개선하여 비대칭 단 면 특성을 가지는 철근콘크리트 부재의 내폭성능 평가에 사용하였다. OpenSees 프로그램를 활용하여 비선형 동적 해석을 수행하였으며, 부재의 압축(+) 및 인장(-) 방향 거동은 Hysteretic material 모델을 통해 정의하고 부재의 비선형 이력 거동은 Takeda 모델을 적용하였다. 폭발해석은 섬유 단 면 보-기둥 요소를 사용하여 각 방향의 저항함수를 독립적으로 도출한 후, 이를 등가단자유도 시스템으로 변환하여 폭발해석을 수행하였다. 폭발해석은 비대칭 배근만 적용된 경우, 비대칭 형상만 적용된 경우, 마지 막으로 비대칭 배근과 형상이 함께 고려한 경우의 세 유형으로 구분하여 수 행하였으며, 각 경우에서 비대칭 단면 특성이 철근콘크리트 부재의 내폭성 능에 미치는 영향을 비교·평가하였다. 비대칭 배근의 경우 내폭성능 향상이 효과적으로 나타났으나, 비대칭 형상 의 경우 가력측 유효면적 증가로 인해 하중 증대 효과가 비대칭 형상의 휨 강도 향상 효과를 상쇄하고, 오히려 동적 변위가 증가하는 결과를 보였다. 하중 유효면적이 동일하게 조정된 조건에서는 비대칭 형상이 대칭 단면 대 비 미약한 성능 향상을 야기하는 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 단면의 비대칭 특성과 폭발하중의 방향성을 함께 고려하여 설계에 반영하는 것이 철근콘크리트 부재의 효과적인 내폭설계를 위해 활용 될 수 있음을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Blast loads, unlike seismic or wind loads, have a clear directional characteristic, and members with asymmetric reinforcement and asymmetric geometry can improve their blast resistance through differences in positive moment capacity. This study improves an existing nonlinear single-degree-of-freedom (SDOF) analysis method for reinforced concrete (RC) members subjected to blast loading and applies the improved method to evaluate the blast resistance of RC members with asymmetric cross-sections. Nonlinear dynamic analysis was performed using the OpenSees program. The compressive(+) and tensile(−) behaviors of the members were modeled using the Hysteretic material model, and the nonlinear hysteretic behavior was represented by the Takeda model. For the blast analysis, fiber-section beam–column elements were used to independently derive the resistance functions in each direction, which were then converted into an equivalent SDOF system to perform the blast analysis. The blast analyses were conducted by dividing the models into three types: members with asymmetric reinforcement only, members with asymmetric geometry only, and members in which both reinforcement and geometry asymmetry were considered. The influence of each asymmetric cross-sectional property on the blast performance of reinforced concrete members was compared and evaluated.In the case of asymmetric reinforcement, the improvement in blast performance was clear and effective. However, in the case of asymmetric geometry, the increase in the effective loaded area on the loading side caused the total blast load to increase, offsetting the flexural-strength improvement caused by the asymmetric shape and
resulting in larger dynamic displacements. Under conditions where the effective loaded area was adjusted to be the same, asymmetric geometry showed only a slight improvement compared to the symmetric section.The results of this study suggest that considering both asymmetry cross-sections and the direction of blast load can be useful for effective blast-resistant design of reinforced concrete members.

목차 (Table of Contents)

• 표목차 ⅲ
• 그림목차 ⅳ
• 국문초록 ⅵ
• 제1장 서론 1
• 제1절 연구배경 및 필요성 1
• 1. 연구 배경 1
• 2. 연구 필요성 3
• 제2절 연구목적 및 방법 4
• 제2장 폭발하중을 받는 철근콘크리트 부재 해석 6
• 제1절 폭발하중 6
• 1. 폭발하중 특성 및 이상화 6
• 2. 폭발하중을 받는 부재 거동 7
• 제2절 폭발해석 방법 10
• 1. 비선형 동적 해석 10
• 2. 등가단자유도 시스템 10
• 제3장 철근콘크리트 부재 해석법 비교 분석 13
• 제1절 폭발해석 13
• 1. 폭발해석 상세 13
• 2. 폭발해석 검증 16
• 제2절 매개변수 해석 18
• 1. 해석 매개변수 18
• 2. 매개변수에 따른 폭발해석 응답 비교 19
• 제4장 비대칭 단면 특성을 가진 부재 폭발해석 21
• 제1절 비대칭 단면 부재의 특성 21
• 제2절 비대칭 단면 특성을 고려한 폭발해석 22
• 1. 비대칭 단면 부재 저항함수 도출 22
• 2. 이력규칙 정의 24
• 3. 비대칭 단면 부재 해석 검증 26
• 제5장 비대칭 단면 부재의 내폭성능 비교 29
• 제1절 비대칭 배근 부재의 동적 응답 비교 29
• 제2절 비대칭 형상 부재의 동적 응답 비교 31
• 제3절 비대칭 배근 및 형상 부재의 동적 응답 비교 33
• 제6장 결론 37
• 참고문헌 39
• ABSTRACT 42