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3차원 격자요소를 활용한 콘크리트 구조부재의 스트럿-타이 모델 설계 방법 - (I) 방법의 제안
김병헌,윤영묵,Kim, Byung Hun,Yun, Young Mook 대한토목학회 2014 대한토목학회논문집 Vol.34 No.2
스트럿-타이 모델 방법은 응력교란영역을 갖는 콘크리트 구조부재의 설계에 효과적이다. 그러나 현행 설계기준의 스트럿-타이 모델 방법은 3차원 응력교란영역을 갖는 콘크리트 구조부재의 설계에 관한 명확한 개념 및 기준을 제시하지 못하고 있다. 이 연구에서는 현행 설계기준의 문제점을 개선하기 위한 새로운 스트럿-타이 모델 설계 방법을 제안하였다. 제안한 방법에서는 스트럿-타이 모델을 한 절점에서 주변의 인접한 모든 절점들로 힘을 전달할 수 있는 3차원 기본격자요소를 활용하여 형성한다. 또한 콘크리트 스트럿 및 절점영역의 유효강도를 이들이 위치한 곳의 철근의 영향 및 3차원 응력상태를 고려할 수 있는 수치해석적 방법을 사용하여 결정한다. 뿐 만 아니라 스트럿 및 타이의 하중전달능력을 격자요소의 최대단면적 개념을 도입하여 검토한다. Although the strut-tie model approaches of current design codes are regarded as the valuable methods for designs of structural concretes with D-regions, the approaches have to be improved because of the uncertainties in terms of the concepts and provisions for designs of 3-dimensional structural concretes. To improve the uncertainties, a new strut-tie model approach is proposed in this study. In the proposed approach, the concepts of employing a 3-dimensional grid element allowing load transfers in all directions at a node to construct a strut-tie model, a numerical analysis approach to determine the effective strengths of concrete struts and nodal zones by reflecting the effects of reinforcing bars and 3-dimensional stress state, and maximum areas of struts and ties to examine their load carrying capacities are integrated into the strut-tie model approaches of current design codes.
철근콘크리트 파일캡의 해석 및 설계를 위한 개선 3차원 스트럿-타이 모델
김병헌,채현수,윤영묵,Kim, Byung Hun,Chae, Hyun Soo,Yun, Young Mook 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.1
The sectional methods of current design codes have been broadly used for the design of various kinds of reinforced concrete pile caps. Lately, the strut-tie model approach of current design codes also became one of the attracting methods for pile caps. However, since the sectional methods and the strut-tie model approach of current design codes have been established by considering the behaviors of structural concrete without D-regions and two-dimensional concrete structures with D-regions, respectively, it is inappropriate to apply the methods to the pile caps dominated by 3-dimensional structural behavior with disturbed stress regions. In this study, the refined 3-dimensional strut-tie models, which consider the strength characteristics of 3-dimensional concrete struts and nodal zones and the load-carrying capacity of concrete ties in tension regions, are proposed for the rational analysis and design of pile caps. To examine the validity of the proposed models and to verify the necessity of appropriate constituent elements for describing 3-dimensional structural behavior and load-transfer mechanism of pile caps, the ultimate strength of 78 reinforced concrete pile caps tested to failure was examined by the proposed models along with the sectional and strut-tie model methods of current design codes. 철근콘크리트 파일캡의 설계 시 사용되고 있는 현행 설계기준의 단면법 및 스트럿-타이 모델 방법은 각각 B-영역으로 이루어진 철근콘크리트 구조부재의 거동과 2차원 응력교란영역을 갖는 철근콘크리트 구조부재의 거동에 기초한 것으로, 이를 응력교란영역(D-영역)을 갖고 3차원 거동이 지배적인 철근콘크리트 파일캡의 설계에 적용하는 것은 적절하지 않다. 이 연구에서는 3축 응력을 받는 콘크리트 스트럿 및 절점영역의 강도특성과 철근이 배치되지 않은 인장영역에서의 콘크리트 타이의 하중저항능력 등을 반영하여 철근콘크리트 파일캡을 합리적으로 설계할 수 있는 개선 3차원 스트럿-타이 모델을 제안하였다. 파괴실험이 수행된 78개 철근콘크리트 파일캡 시험체의 극한강도를 현행 설계기준의 단면법 및 스트럿-타이 모델 방법, 그리고 이 연구의 개선 3차원 스트럿-타이 모델을 이용하여 평가하였으며, 그 결과의 비교분석을 통해 스트럿-타이 모델 방법 적용 시의 3차원 거동 및 하중전달 메커니즘을 묘사하기 위한 적절한 구성요소의 필요성과 이 연구에서 제안한 개선 3차원 스트럿-타이 모델의 타당성을 검증하였다.
단순지지 RC 깊은 보 부정정 스트럿-타이 모델의 하중분배율 : (Ⅱ) 적합성 평가
김병헌(Kim Byung Hun),정찬핵(Jeung Chan Haek),윤영묵(Yun Young Mook) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 A Vol.28 No.2A
본 논문에서는 전편논문에서 제안한 부정정 스트럿-타이 모델 및 하중분배율 결정식을 ACI 318-05 스트럿-타이 모델 설계기준에 적용하여 파괴실험이 수행된 229개 단순지지 철근콘크리트 깊은 보의 극한강도를 평가하였다. 또한 229개 깊은 보의 극한강도를 실험식, 실험 전단강도모델에 기초한 설계기준, 이론 전단강도모델에 기초한 설계기준, 그리고 현 스트럿-타이모델 설계기준 등으로 평가하고, 그 결과를 본 연구의 방법에 의한 결과와 비교분석하여 본 연구에서 제안한 방법의 적합성을 검증하였다. In this study, the ultimate strengths of 229 simply supported reinforced concrete deep beams tested to shear failure were evaluated by the ACI 318-05's strut-tie model approach implemented with the presented indeterminate strut-tie model and its load distribution ratio. The ultimate strengths of the deep beams were also estimated by the experimental shear equations, design codes that were based on experimental and theoretical shear strength models, and current strut-tie model design codes. The validity of the present strut-tie model and its load distribution ratio was examined through the comparison of the strength analysis results classified according to the prime design variables of the shear span-to-effective depth ratio, flexural reinforcement ratio, and compressive strength of concrete.