강합성 상자형 교량의 바닥판 타설에 따른 거동 연구(II) - 해석적 연구 및 균열제어 -

곽효경,서영재,정찬묵,박영하,Kwak, Hyo Gyoung,Seo, Young Jae,Jung, Chan Mook,Park, Young Ha 한국강구조학회 2000 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.12 No.2

이 연구는 콘크리트 바닥판의 타설방법과 단면형태에 따른 강박스 거더 교량의 거동에 관한 것이다. 단계 타설의 경우 각 타설부분의 시간차이는 바닥판 콘크리트의 응결시간의 차이를 일으키고 이로 인하여 발생되는 교량의 시간에 따른 거동이 이 연구에서 해석되었다. 또한 거더 단면과 바닥판 콘크리트의 타설순서의 상관관계의 관한 연구를 위하여 콘크리트 크리프와 건조수축의 효과가 이 연구에서 제안된 해석모델에 포함되었다. 끝으로 바닥판 콘크리트의 초기 횡방향 균열을 방지하기 위하여 현장에서 관리할 수 있는 콘크리트 슬럼프와 상대습도가 제안되었다. This study deals with behavior of steel box girder bridges according to the concrete slab casting sequences and sectional types. The time dependent behavior of bridges caused by the differential setting of slab concrete resulting from time gap for each part of slab deck in a sequential placing method produces is analyzed. In correlation studies between girder section types and placing sequences, time dependent effects of concrete creep and shrinkage are implemented in the analytical model proposed in the previous study. Finally, field recommendations in terms of concrete slump and relative humidity are suggested to prevent early transverse cracking of concrete slabs.

시간의존적 거동을 고려한 철근콘크리트 골조의 효율적인 지지시스템 결정

곽효경,김진국,홍수미 한국전산구조공학회 2004 한국전산구조공학회논문집 Vol.17 No.3

In this paper, systematic analyses for the shoring systems installed to support applied loads during construction are performed on the basis of the numerical approach introduced in the previous study.2) Structural behaviors require changes in design variables such as types of shoring systems, shore stiffness and shore spacing. In this paper, the design variable are analyzed and discussed. The timedependent deformations of concrete and construction sequences of frame structures are also taken into account to minimize structural instability and to improve design of shoring system, because those effects may increase axial forces delivered to shores. From many parametric studies, it can be recommended that the most effective shoring system is 2S1R(two shores and one reshore). 이 논문에서는 철근콘크리트 골조 구조물의 시공 시 작용하는 사하중, 활하중, 시공하중 등의 하중에 대한 지지 및 안전한 시공을 위해 설치되는 지지시스템에 대하여 보다 체계적인 분석이 이루어졌다. 지지시스템의 종류, 비계의 강성과 간격 등의 변화에 따른 구조물의 거동특성을 비교, 분석하였고, 기존의 설계규준 및 해석방법과의 비교를 위해 크리프 등의 시간의존적 거동을 고려한 경우와 고려하지 않은 경우에 대하여 해석이 수행되었으며, 나무 비계를 사용한 경우와 강재 비계를 사용한 경우에 대한 비교 검토가 이루어졌다. 또한, 대표적인 3-경간 구조물에 대한 해석을 수행하여 내측 기둥과 외측 기둥의 부등축소에 따른 영향을 반영한 검토가 이루어졌다. 나아가 다양한 설계인자의 변화에 따른 거동분석을 통해 2S1R 지지시스템이 가장 효율적임을 제시하였다.

긴장재의 슬립거동을 고려한 원자로 격납건물의 비선형 해석

곽효경,김재홍,김선훈,정연석,Kwak Hyo-Gyoung,Kim Jae-Hong,Kim Sun-Hoon,Chung Yun-Suk 한국전산구조공학회 2005 한국전산구조공학회논문집 Vol.18 No.4

이 논문에서는 프리스트레스트 콘크리트 구조로 건설된 원자로 격납건물의 극한내압평가를 위해 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 특히, 상용프로그램 사용 시 콘크리트와 긴장재의 완전부착 가정으로 인해 고려할 수 없었던 콘크리트와 긴장재 사이의 슬립효과를 모사할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 부착된 긴장재의 경우 부착-슬립효과를 기초로 유도된 겉보기 항복응력으로 두 재료의 상호거동을 모사할 수 있고, 비부착된 긴장재의 경우 반복해석에 의해 긴장재 전체 길이방향으로의 슬립효과를 모사할 수 있다. 개발된 알고리즘을 이용하여 도출된 긴장재의 응력-변형률 관계를 이용하여 격납건물의 축소모델에 대한 비선형 해석을 수행하였고, 수행한 결과를 바탕으로 격납건물의 극한내압은 가압중수로형과 가압경수로형 모두 설계압력의 약 3배 이상 구조적 여유가 있음을 확인하였다. This paper concentrates on the nonlinear analysis of prestressed concrete (PSC) containment structures. Unlike a commercialized program which adopts the perfect bond assumption between concrete and tendon in the analysis of PSC structures, a numerical algorithm to consider the slip effect, simultaneously with the use of commercialized programs such as DIANA and ABAQUS, is introduced in this paper For bonded tendons, the apparent yield stress of an embedded tendon is determined from the bond slip relationship. And for unbonded tendons, Correction for the strength and stiffness of unbonded internal tendons is achieved on the basis of an iteration scheme derived from the slip behavior of tendon along the entire length. Finally, the developed algorithm is applied to two PSC containment structures of PWR and CANDU to verify its efficiency and applicability in simulating the structural behavior of large complex structures, and the obtained result shows that both containment structures represent the ultimate pressure capacity larger than about 3 times of the design pressure.

반복하중을 받는 철근콘크리트 전단벽의 비선형 유한요소 해석

곽효경,김도연 한국전산구조공학회 2003 한국전산구조공학회논문집 Vol.16 No.4

이 논문에서는 단조증가하중 하에서 철근콘크리트 전단벽의 수치해석을 위해 개발된 재료모델을 반복하중을 포함한 일반적인 하중 하에서의 구조 거동을 효과적으로 모사하기 위한 해석모델로 확장하여 제안하고 있다. 먼저 재료모델을 구성함에 있어 하중이력에 따라 인장과 압축이 교대로 작용하는 콘크리트는 기본적으로 회전균열모델을 따르는 직교이방성 재료로써 가정하였고, 직교하는 축에 대해 인장과 압축을 오가는 이력곡선을 중심으로 등가의 일축응력-변형률 관계를 정의하였다. 나아가 철근은 평균응력-변형률 개념을 통해 단조증가 상태의 응력-변형률 관계를 구성하였고, 역전된 반복하중으로 인해 발생하는 Bausc-hinger 효과를 고려하여 이력곡선을 정의하였으며, 전단 효과를 고려하기 위해 전단지간 비에 따라 기존에 제안된 이력곡선을 수정하였다. 특히 해석과정의 효율성을 도모하고 변형연화 거동특성 등 일반적인 하중-변위 평형경로를 갖는 철근콘크리트 구조물의 비선형 해석을 위해 arc-length 기법을 도입하였다. 또한 제안된 수치해석모델에 대한 효율성을 검증하기 위해 요소단위의 철근콘크리트 판넬 시험체와 대표적인 전단벽 시험체의 반복하중 이력에 따른 하중-변위 관계 등 전단에 의해 지배를 받는 구조체에 대한 해석 결과와의 비교가 이루어졌다. This paper describes the extension of the numerical model, which was developed to simulate the nonlinear behavior of reinforced concrete (RC) structures subjected to monotonic in plane shear and introduced in the companion paper, to simulate effectively the behavior of RE structures under cyclic loadings. While maintaining all the basic assumptions adopted in defining the constitutive relations of concrete under monotonic loadings, a hysteretic stress strain relation of concrete, which across the tension compression region, is defined. In addition, unlike previous simplified stress strain relations, curved unloading and reloading branches inferred from the stress strain relation of steel considering the Bauschinger effect we used. The modifications of the stress strain relation of steel are also introduced to reflect pinching effect depending on the shear span ratio and an average stress distribution in a cracked RC element. Finally, correlation studies between analytical results and experimental studies are conducted to establish the validity of the proposed model.

폭발하중을 받는 콘크리트 보의 요소의존성 최소화 인장기준식

곽효경,강한글 한국전산구조공학회 2017 한국전산구조공학회논문집 Vol.30 No.2

A tensile failure criterion that can minimize the mesh-dependency of simulation results on the basis of the fracture energy concept is introduced, and conventional plasticity based damage models for concrete such as CSC model and HJC model, which are generally used for the blast analyses of concrete structures, are compared with orthotropic model in blast test to verify the proposed criterion. The numerical prediction of the time-displacement relations in mid span of the beam during blast loading are compared with experimental results. Analytical results show that the numerical error is substantially reduced and the accuracy of numerical results is improved by applying a unique failure strain value determined according to the proposed criterion.

지진하중을 받는 철근콘크리트 장주의 P-Δ효과

곽효경,김진국 한국전산구조공학회 2006 한국전산구조공학회논문집 Vol.19 No.4

Different from the previous studies which investigated seismic P-Δ effect in slender columns though comparison of response spectra according to stability coefficients obtained from the analyses based on the assumed moment-curvature relationship, the axial force and P-Δ effect in RC columns are investigated on the basis of the layered section method which can effectively consider the changes of stiffness and yield strength due to the application of axial force in RC members. Practical ranges of slenderness and stability coefficient are assumed, and sixty sets of horizontal/vertical earthquake inputs are used in the analysis. From the parametric study, it is noted that the maximum deformation of the slender RC column is hardly affected by P-Δ effect or vertical earthquake but dominantly affected by the applied axial force. Therefore, it can be concluded that no additional consideration for the P-Δ effect and vertical earthquake is required in the seismic design of a slender RC column if the axial force effect is taken into account in the analysis and design procedures. 기존의 연구에서 가정된 모멘트-곡률 관계를 토대로 고정된 안정계수를 갖는 응답스펙트럼을 구성하여 동적 P-Δ 효과를 분석한 것과는 달리, 이 논문에서는 안정계수의 증가, 즉, 축력의 증가에 따른 하중-변위관계의 변화를 고려할 수 있도록하는 적층단면법을 토대로 실용범위의 세장비와 안정계수를 변화시켜가며, 해석을 수행하여 철근콘크리트 장주의 동적 P-Δ 효과를 분석하였다. 다양한 지진에 대한 보편화된 결과를 얻기위해 각기 다른 60개의 입력지진을 사용하였다. 또한, 수평지진과 수직지진을 동시에 작용하여 해석을 수행해 수직지진에 따른 P-Δ 효과를 살펴보았다. 해석결과, 철근콘크리트 장주의 최대 변형은 축력, P-Δ 효과 및 수직지진의 영향을 거의 받지 않는 반면, 부재 내력은 축력에 의한 강성과 항복강도의 증가에 의해 증가하기 때문에, 철근콘크리트 장주의 내진설계시 축력효과를 고려하여 설계할 경우 P-Δ 효과 또는 수직지진에 대한 추가적인 영향은 고려하지 않아도 될 것으로 판단된다.

모멘트-곡률 관계에 기초한 반복하중을 받는 철근콘크리트 보의 비선형 해석

곽효경,김선필 한국전산구조공학회 2000 한국전산구조공학회논문집 Vol.13 No.2

이 논문에서는 반복하중을 받는 철근콘크리트 보의 거동을 모사하기 위한 모멘트-곡률 관계를 제안하고 있다. 기존의 제안된 모멘트-곡률 관계 모델이나 적층단면법과는 달리 제안된 모델은 부착-슬립관계와 상응하는 평형방정식을 기초로 하여 구성된 단조증가 하중에 대한 모멘트-곡률 관계를 이용하여 부착-슬립에 따른 영향을 고려하고 있다. 또한 대변형 해석시 보다 개선된 결과를 얻기 위해 철근의 응력-변형률 관계에 착안한 곡선화 된 천이곡선을 사용하고 있다. 응력-변형률 관계에 기초하여 단면을 가상의 층상구조로 모사하는 적층단면법과 비교하여 제안된 모델은 단면의 거동을 모멘트-곡률 관계로 표현하는 관계로 대형구조물의 해석시 계산시간과 저장공간을 줄일 수 있는 잇점을 가지고 있다. 나아가 고정단회전과 pinching효과를 고려하기 위한 제안된 기본모델의 수정방안이 소개되고 있다. 마지막으로 제안된 모델식의 타당성을 검증하기 위하여 해석결과와 실험값들의 비교가 이루어졌다. 본 논문은 구조물의 미시적 측면에서 유효평균탄성계수를 결정하기 위한 균질화기법인 점근적 방법을 적용하였고, 탄성값을 조사하기 위하여 유한요소법으로 정식화하였다. 수치 예로서 물성치가 각기 다른 등방성 재료를 적층한 부재의 임의 단면에서 단위요소를 해석영역으로 설정하고 산출된 탄성계수를 기존의 해석방법으로부터 산출된 값과 비교하였다. 균질화기법으로 산출된 탄성계수는 과소평가되어 나타나며, 이는 해석영역을 유한요소정식화하는 과정에서 수정항만큼 차이가 난다는 것을 증명하였다. 기존 해석방법으로는 복합재료의 탄성계수가 단순히 재료의 산술적 평균값으로 계산되는 것과는 달리, 미시적으로 복합재 단위요소의 반복성을 고려함으로써 제안된 해석방법이 보다 유용하다는 것을 보여 주었다. A moment-curvature relationship to simulate the behavior of reinforced concrete beam under cyclic loading is introduced. Unlike previous moment-curvature models and the layered section approach, the proposed model takes into consideration the bond-slip effect by using monotonic moment-curvature relationship constructed on the basis of the bond-slip relation and corresponding equilibrium equation at each nodal point. In addition, the use of curved unloading and reloading branches inferred from the stress-strain relation of steel gives more exact numerical result. The advantages of the proposed model, comparing to layered section approach, may be on the reduction in calculation time and memory space in case of its application to large structures. The modification of the moment-curvature relation to reflect the fixed-end rotation and pinching effect is also introduced. Finally, correlation studies between analytical results and experimental studies are conducted to establish the validity of the proposed model.

직접탐색을 이용한 유전자 알고리즘에 의한 RC 프레임의 최적설계

곽효경,김지은,Kwak, Hyo-Gyoung,Kim, Ji-Eun 한국전산구조공학회 2008 한국전산구조공학회논문집 Vol.21 No.1

이 논문에서는 철근콘크리트 프레임 구조물을 대상으로 직접탐색기법을 도입하여 보다 개선된 유전자 알고리즘을 이용한 최적설계 기법을 제안하고 있다. 먼저 유전자 알고리즘을 이용하여 다양한 초기 가정 단면을 발생시키고, 이로부터 도출되는 각 설계 부재력 조건에 대해 미리 구성한 설계 단면 데이터베이스(DB)를 기반으로 회귀분석과 직접탐색을 이용하여 최적해를 도출한 후 여러 세대에 걸쳐 누적된 결과로부터 전역 최적해(global minimum)를 선택하였다. 제안된 알고리즘은 일반적인 유전자 알고리즘만을 이용할 경우 전역 최적해에 도달하기까지 수렴성이 떨어져서 그 결과 해의 적합도(Fitness)가 저하되는 단점을 보완하여 빠른 수렴성과 함께 최종해의 경제성에서도 향상된 결과를 보인다. 또한, 작용 하중 조건 하에서 전 부재가 최대의 효율로 저항함으로써 보다 경제적인 설계가 되도록 하기 위하여 비선형 해석을 수행하여 도출된 부재력을 바탕으로 설계 단면을 결정하였으며, 제안된 알고리즘을 예제 구조물에 적용하여 그 효율성을 검증하였다. An improved optimum design method for reinforced concrete frames using integrated genetic algorithm(GA) with direct search method is presented. First, various sets of initially assumed sections are generated using GA, and then, for each resultant design member force condition optimum solutions are selected by regression analysis and direct search within pre-determined design section database. In advance, global optimum solutions are selected from accumulated results through several generations. Proposed algorithm makes up for the weak point in standard genetic algorithm(GA), that is, low efficiency in convergence causing the deterioration of quality of final solutions and shows fast convergence together with improved results. Moreover, for the purpose of elevating economic efficiency, optimum design based on the nonlinear structural analysis is performed and therefore makes all members resist against given loading condition with the nearest resisting capacity. The investigation for the effectiveness of the introduced design procedure is conducted through correlation study for example structures.

Nonlinear analysis of prestressed concrete structures considering slip behavior of tendons

곽효경,김재홍,김선훈 한국계산역학회 2006 Computers and Concrete, An International Journal Vol.3 No.1

A tendon model that can effectively be used in finite element analyses of prestressed concrete (PSC) structures with bonded tendons is proposed on the basis of the bond characteristics between a tendon and its surrounding concrete. Since tensile forces between adjacent cracks are transmitted from a tendon to concrete by bond forces, the constitutive law of a bonded tendon stiffened by grouting is different from that of a bare tendon. Accordingly, the apparent yield stress of an embedded tendon is determined from the bond-slip relationship. The definition of the multi-linear average stress-strain relationship is then obtained through a linear interpolation of the stress difference at the post-yielding stage. Unlike in the case of a bonded tendon, on the other hand, a stress increase beyond the effective prestress in an unbonded tendon is not section-dependent but member-dependent. The tendon stress unequivocally represents a uniform distribution along the length when the friction loss is excluded. Thus, using a strain reduction factor, the modified stress-strain curve of an unbonded tendon is derived by successive iterations. The validity of the proposed two tendon models is verified through correlation studies between analytical and experimental results for PSC beams and slabs.

주차장 구조물의 보와 거더의 등가차량 하중계수에 관한 연구

곽효경,송종영 한국전산구조공학회 1997 전산구조공학 Vol.10 No.3

The Equivalent vehicle load factors of Beams and Girders on parking garage structure are proposed in this study. Without taking the sophisticated numerical analysis for the concentrated wheel loads, the design member forces of beam and girder can be easily calculated only with those for the distributed load by using the constructed relationships between the equivalent vehicle load factor and the length of member. Besides, the standard vehicle with total weight of 2.4ton is designed based on the review of many foreign design codes for parking garage and the investigation of small to medium vehicles made in Korea. Finally the efficiency and the reliability of the proposed equivalent vehicle load factors are demonstrated through the application of the typical beam and girder. 본 논문에서는 실무에서 이동 집중하중에 대한 별도의 복잡한 구조해석을 수행하지 않고도 등분포하중에 대한 부재력으로부터 손쉽게 차량하중의 영향을 고려한 거더와 보 부재의 설계 부재력을 구할 수 있도록 등가차량하중계수를 제안하였다. 먼저 국내에서 생산되는 중,소형 차량의 조사와 외국의 주차장 관련 설계규준의 비교, 검토를 통해 주차장 구조물의 한계 활하중인 총중량 2.4ton의 설계기준차량을 설정하였으며, 이를 토대로 설계 활하중인 등분포하중(500kg/m/sup 2/)과 집중하중(P=2.4ton)에 대한 구조부재의 거동 특성을 분석하고 회귀분석을 통해 상호 관계식을 부재 길이의 함수로 구성하였다. 나아가 제안된 등가차량하중계수를 대표적인 보와 거더 부재에 적용시켜 그 효율성과 신뢰성을 검증하였다.