고성능 섬유보강 시멘트 복합체를 적용한 무량판 구조의 뚫림전단 성능에 관한 수치해석 연구 = A Numerical Study on Punching Shear Performance of Flat Plate Structures Reinforced with High-Performance Fiber-Reinforced Cementitious Composites(HPFRCC)

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study investigates the effectiveness of High-Performance Fiber-Reinforced Cementitious Composites(HPFRCC) strengthening in enhancing the punching shear resistance of slab–column flat plate structures. A 3D nonlinear finite element model was developed based on existing test data, and material properties from HPFRCC direct tensile tests were incorporated. A total of 24 numerical models were analyzed considering strengthening method, range, depth, and reinforcement arrangement.
Results show that HPFRCC strengthening significantly improves ultimate load, deformation capacity, and energy dissipation. Layer-type strengthening was the most effective, while puddling strengthening showed gradual improvement with increasing area. Strengthening in the tension zone was more influential than increasing depth. Banded reinforcement improved strength and stiffness but reduced ductility.
Comparison with existing design codes revealed that they do not adequately capture the behavior of HPFRCC-strengthened slabs. An improved punching shear evaluation equation based on KDS 14 20 is proposed, incorporating material performance, reinforcement ratio, and critical perimeter, and demonstrated higher accuracy and consistency.
This study provides quantitative insights into key strengthening parameters and presents an improved evaluation method that enhances the practical applicability of HPFRCC punching shear reinforcement in flat plate structures.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 기존 연구동향 3
• 1.3 연구내용 및 방법 5
• 제 2 장 이론적 배경 7
• 2.1 무량판 구조의 뚫림전단파괴 7
• 2.2 무량판 구조의 기존 전단보강공법 8
• 2.3 국내외 뚫림전단 설계기준 10
• 2.3.1 KDS 14 20 10
• 2.3.2 ACI 318-19 12
• 2.3.3 EC2 13
• 2.4 HPFRCC의 개념 및 구조적 특성 15
• 제 3 장 수치해석 방법 17
• 3.1 수치해석 모델 검증 대상 개요 17
• 3.2 수치해석 신뢰성 검증 20
• 3.2.1 콘크리트 재료 모델 20
• 3.2.2 철근 재료 모델 25
• 3.2.3 수치해석 모델 구축 및 설정 26
• 3.2.4 최적 모델 선정 28
• 3.3 HPFRCC 재료 모델 30
• 3.3.1 모델 대상 개요 30
• 3.3.2 재료 모델 구축 32
• 3.4 수치해석 변수설정 34
• 3.5 수치해석 모델의 성능평가 방법 37
• 3.5.1 강성 37
• 3.5.2 연성 37
• 3.5.3 에너지 소산능력 38
• 제 4 장 수치해석 결과 및 분석 40
• 4.1 수치해석 결과 40
• 4.1.1 변수별 수치해석 결과 40
• 4.1.2 변수별 대표 모델 선정 42
• 4.2 최대하중 및 강성 분석 43
• 4.2.1 HPFRCC 보강 방식 43
• 4.2.2 HPFRCC Puddling 보강 범위 46
• 4.2.3 HPFRCC 보강 깊이 49
• 4.2.4 철근 배근 방식 52
• 4.3 균열 및 응력분포 분석 55
• 4.3.1 HPFRCC 보강 방식 55
• 4.3.2 HPFRCC Puddling 보강 범위 59
• 4.3.3 HPFRCC 보강 깊이 62
• 4.3.4 철근 배근 방식 66
• 4.4 연성 및 에너지 소산능력 분석 69
• 4.4.1 HPFRCC 보강 방식 69
• 4.4.2 HPFRCC Puddling 보강 범위 71
• 4.4.3 HPFRCC 보강 깊이 73
• 4.4.4 철근 배근 방식 75
• 4.5 변수별 수치해석 결론 78
• 4.5.1 성능 지표간 상관관계 분석 78
• 4.5.2 최적 보강방안 제시 81
• 제 5 장 뚫림전단 성능평가식 제안 85
• 5.1 현행 설계기준의 적용 및 한계 85
• 5.1.1 주요 모델별 강도계산 85
• 5.1.2 정확도 비교 및 한계점 분석 87
• 5.2 성능평가식 제안 및 검증 89
• 5.2.1 제안된 성능평가식 분석 89
• 5.2.2 정확도 비교 95
• 제 6 장 결 론 99
• 참고문헌 101
• ABSTRACT 104