콘크리트 균열과 비선형 해석

조순호 광주대학교 산업기술연구소 2002 産業技術硏究 Vol.16 No.-

콘크리트 비선형 거동을 주로 지배하는 균열 혹은 균열진전(Crack Propagation) 모델에 관하여 현재까지 제시된 여러 배경이론 등을 비교/분석하였다. 보다 복잡한 파괴역학(Fracture Mechanics) 개념에 근거한 균열모델을 채택하기보다는 구조적 혹은 기계적 거동(Mechanical Behaviour)에 의하여 유도된 콘크리트의 압축 및 인장 강도기준을 적용한 실용적 비선형 유한요소법에 관하여 설명하였다. 한편, 유한요소법과는 별도로 특수한 목적의 비선형 해석을 우수하게 수행할 수 있는 보통의 단순 보 이론(Engineering Beam Theory)을 적용한 Layer Approach, MCFT/CFT(Modified Compression Field Theory) 혹은 극한 및 소성이론(Limit Analysis and Concrete Plasticity) 등을 제시하였다. Various background theories to model concrete crack or crack propagation, which is the major source of nonlinear behaviour in structural concrete, were analyzed and compared. Compression softening and tensile stiffening based on behavioral models, rather than based on more complicated theoretical models such as fracture mechanics models, were suggested for the formulation of nonlinear finite element analysis. Apart from the finite element method, the layer-by-layer, the modified compression field and the limit analysis and concrete plasticity which can provide better solutions than to the finite element method in certain cases were proposed.

회전선반에 의한 자동화 버섯재배 방법

조순호 충북대학교 농과대학 1996 농업생산 Vol.1 No.-

-본문참고-

벽체-슬래브 건물구조의 고유주기 산정식 제안

조순호 광주대학교 1996 産業技術硏究 Vol.7 No.-

벽체-슬래브 구조형식을 갖는 아파트 건물의 고유주기를 결정하기 위하여 특별히 고안된 일련의 기기를 사용하여 상시 미진동을 측정하였으며, 그 결과에 따라 고유주기를 산정할 수 있는 단순식이 제안되었다. 제안식에 의해 예측된 고유주기 값은 여러나라 규준 및 다른 해석식에 의한 값과 비교 검토하였으며, 그결과 장변방향에 대한 제안식은 각국의 규준식 보다 긴 주기값 나타내고 있으나, 단변방향에서는 유사한 주기값을 예측하고 있는 것으로 나타났다. 따라서, 벽량을 고려한 본 연구의 제안식은 벽체-슬래브 구조시스템에 보다 적합한 것으로 판단된다. Full-scale measurements were carried out on R/C residential buildings having slab-wall structural configurations to estimate their natural periods. Based on them, simple empirical formula were derived, and also comparisons with those calculated from various code equations and other analytical procedures were made. From these experimental and analytical investigations, it was found that in the longitudinal building direction, the proposed equations reflecting the amount of shear walls provide better predictions than the code equations involving simple building dimensions only, while they show close agreement in the transverse direction. Therefore, it can be concluded that the proposed prediction based on T=α(B/Bs)+β format is more appropriate for this set of data representing wall-slab structured buidings.

고강도 콘크리트 기둥-강재 보 외부 접합부의 강도 및 변형

조순호,선성규 한국지진공학회 2000 한국지진공학회논문집 Vol.4 No.3

전편의 실험적 연구에 이어서, 기 수행된 4개의 외부 접합부 시험체에 현존하는 여러 강도 예측식을 사용하여 콘크리트 기둥-강재 보 접합부의 내진 성능을 결정하는 패널 전단 및 지압 강도를 평가하였다. 또한, 접합부 패널지역의 변형특성을 묘사할 수 있는 일련의 스프링을 사용한 macro 형태의 해석모델이 논의되었으며, 이에 따라 Drain-2DX 및 IDARC 등의 상용프로그램을 사용하여 접합부의 패널전단 및 지압 파괴형태의 변형을 포함하는 단순해석이 수행되었다. 강도 예측결과에 의하면 본 연구에서 제시하는 수정된 내부 콘크리트 패널 전단 강도식을 포함하고 있는 ASCE 방법이 실험결과에 가장 근접한 것으로 나타났으며, 본 연구에서 검토된 패널지역 변형을 고려한 단순해석모델은 향후 전체 건물해석에 사용할수 있는 것으로 판단되었다.

압축응력장 이론을 적용한 콘크리트 유한요소법 개발

조순호 한국전산구조공학회 1996 한국전산구조공학회논문집 Vol.9 No.1

구조용 콘크리트의 비선형 거동을 예측하기 위하여, 압축강도 연화현상, 거시적 및 회전균열모델등의 내용을 포함하고 있는 압축장 응력장 이론(CFT)에 근거한 유한요소법이 개발/제시되었다. 또한, 이와 관련하여 CFT가 암시하는 탄젠트 및 세칸트 재료강성이 반복계산해법의 관점에서 정의/논의되었다. 최종적으로 계산상의 효율성 증대 및 최대하중 이후의 거동 포착에 주안점을 두어 초기재료 강성을 채택한 변위증분법 논리 및 빠른 수렴을 위한 Over-Relaxtion방법이 Isoparametric계의 8-Node요소에 포함/유도되었다. 이와 같이하여 제시된 비선형 해석 프로그램 NASCOM은 응력 혼돈지역에 위치하는 콘크리트 평면요소의 하중 지지능력, 탄성범위 이후의 변형 특성, 균열양상 및 보강근의 항복범위등의 예측을 가능하게 하였다. NASCOM의 제한된 검증을 위하여, Cervenka의 판넬 시험결과에 대한 하중지지능력 및 변형이력등을 예측한 결과가 전체적인 의미에서 실험결과와 상응하는 일치를 나타내었다. A finite element formulation based on the CFT(Compression Field Theory) concept such as the effect of compression softening in cracked concrete, and macroscopic and rotating crack models etc. was presented for the nonlinear behaviour of structural concrete. In this category, tangential or secant material stiffnesses for cracked concrete were also defined and discussed in view of the iterative solution schemes for nonlinear equations. Considering the computational efficiency and the ability of modelling the post-ultimate behaviour as major concerns, the incremental displacement solution algorithm involving initial material stiffnesses and the relaxation procedure for fast convergence was adopted and formulated in a type of 8-noded quadrilateral isoparametric elements. The analysis program NASCOM(Nonlinear Analysis of structrual Concrete by FEM : Monotonic Loading) developed baed on the CFT constitutive relationships and the incremetal solution strategy described enables the predictions of strength and deformation capacities in a full range. crack patterns and their corresponding widths, and yield extents of reinforcement. As the verfication purpose of NASCOM, the prediction of Cervenka's panel test results including the load resistance and the deformation history was made. A limited number of predictions indicate a good correlation in a general sense.

콘크리트 구조요소의 비선형 유한요소해석

조순호 광주대학교 1998 産業技術硏究 Vol.11 No.-

콘크리트 구조요소의 비선형 거동을 예측하기 위하여, 균열된 콘크리트의 압축강도 및 변형도 연화현상, 거시적 회전 및 분포된 균열모델 등의 내용을 포함하고 있는 압축응력장이론(Modified Compression Field Theory: MCFT)에 근거한 유한요소법이 개발·제시되었다. 계산상의 효율성 증대 및 최대하중 이후의 거동 포착에 주안점을 두어 초기재료 강성을 채택한 변위증분법 논리 및 빠른 수렴을 위한 Over- Relaxtion 방법이 Isoparametric계의 8-Node 평면요소 및 3-Node 선요소에 포함·유도 되었다. 이리하여 제시된 비선형 해석 프로그램 NASCOM(Nonlinear Analysis of Structural Concrete by FEM : Monotonic Loading)은 응력 혼돈지역에 위치하는 콘크리트 평면요소의 하중 지지능력, 탄성범위 이후의 변형 특성, 균열양상 및 보강근의 항복범위 등을 예측할 수 있다. NASCOM의 성능을 검토하고 이에 따라 응력 혼돈지역에 위치하는 구조요소의 거동을 조사하기 위하여 최근 Hanyang Univ.에서 실시된 전단스팬이 2.5이하인 고강도 콘크리트 보실험에 대한 해석이 수행되었다. 전체적으로 해석결과는 실험결과와 비교하여 허용할 수 있는 정도의 하중 지지능력, 균열양상 및 콘크리트 응력분포 등을 예측하고 있다(총 30개의 시험체에 대한 극한하중 실험치/예측치 평균=1.174, 편차계수=19.4%). 하지만, 수직 보강근이 전혀 없는 시험체, 특히 MHB1.5-0, MHB2.0-0, HB2.5-0 시험체(실험치/예측치 = 1.726, 1.854, 1.793))에 대해서는 큰 안전측의 결과를 예측하고 있어 추후 이의 규명이 요구된다. A finite element formulation based on the CFT concept such as the effect of compression strength and strain softening in cracked concrete, and macroscopic and rotating crack models etc. was presented for the nonlinear behaviour of structural concrete. Considering the computational efficiency and the ability of modelling the post-ultimate behaviour as major concerns, the incremental displacement solution algorithm involving initial material stiffnesses and the relaxation procedure for fast convergence was adopted and formulated with 8-noded quadrilateral and 3-noded line elements in a isoparametric class. The analysis program NASCOM developed in this way enables the predictions of strength and deformation capacities in a full range, crack patterns and their corresponding widths, and yield extents of reinforcement. For the verification e of NASCOM, and accordingly to investigate the behaviour of structural elements in stress-disturbed regions, the predictions were made for high-strength concrete beams having shear span-to-depth ratios less than 2.5 tested at Hanyang Univ. The predictions show good correlation with test results in terms of ultimate strengths(the mean value of observed to predicted strength ratios for thirty one tests is 1.174, and the coefficient of variation is 19.4%). However, they were significantly conservative for beams without or light web reinforcement.

NASCOM에 의한 실험결과 예측

조순호 한국콘크리트학회 1996 콘크리트학회지 Vol.8 No.3

A finite element formulation based on the CFT(Compression Field Theory), considering the effect of compression softening in cracked concrete, and macro-scopic and rotating crack models etc., was presented for the nonlinear behaviour of structural concrete. Considering the computational efficency and the ability of modelling the post-ultimate behaviour as major concerns, the Incremental displacement solution algorithm involving initial material stiffnesses and the relaxation procedure for fast convergence was adopted and formulated in a type of 8-noded quadrilateral isoparametric elements. The analysis program NASCOM(Non1inear Analysis of Structural Concrete by FEM : Monotonic Loading) developed in this way enables the predictions of strength and deformation capacities in a full range, crack patterns and their corresponding widths, and yield extents of reinforcement. As the verification purpose of NASCOM, the predictions were made for Bhide's Panel(PB21) and Leonhardt's deep beam tests. The predicted results shows somewhat stiff behaviour for the panel test, and vice versa for deep beam tests. More refining process would be necessary hereafter in terms of more accurately simulating the effects of tension-stiffening and compression softening in concrete. 콘크리트 구조요소의 비선형거동을 예측하기 위하여 압축응력장 이론의 기본개념인 압축강도 연화 현상, 거시적 및 회전균열 모델을 고려한 유한요소해석이 제시되었다. 수치해석상의 효율성 및 최대하중 이후의 거동에 주안점을 두어 초기재료 강성을 채택한 변위증분법 논리 및 빠른 수렴을 위한 Over-Relaxation 방법이 Isoparametric계의 8-Node 요소에 포함.유도되었다. 상기에 근거하여 제작된 비선형 프로그램, NASCOM은 다조하중을 지지하는콘크리트 구조요소의 내력, 변형특성, 균열 분포 상황 및 보강근의 항복 분포를 예측하는데 사용할 수 있다. NASCOM의 성능을 검토하기 위하여 이러한 목적에 빈번히 사용되는 Bhide의 패널(PB21) 및 Leonhardt의 춤이 큰보에 대한 해석이 실시되었다. 패널에 대한 해석결과는 대체로 변형이력 및 강도가 강한 거동을 나타내는 반면에, 춤이 큰보에 대해서는 변형이력이 유연한 거동을 나타내고있어, 향후 보다 정확한 결과를 예측하기 위해서는 콘크리트의 인강강화 및 압축강도 연화현상에 대하여 좀더 향상된 재료모델의 고려가 필요한 것으로 판단되었다.

전단보강근이 없는 보의 거동

조순호,Cho, Soon-Ho 한국콘크리트학회 1999 콘크리트학회지 Vol.11 No.1

전단보강근이 없는 보의 거동을 이해하기 위하여 서로 다른 트러스 개념으로부터 출발한 두 종류의 해석방법 및 배경이론[압축응력장(MCFT) 및 균열마찰 (CFTM)이론]을 수단으로 콘크리트 기여강도($V_c$)를 구성하는 i)압축지역의 전단응력, ii)균열면의 마찰작용, iii)주근의 장부작용, iv)아치작용 및 최근에 추가된 v)비균열 부위 잔류 인장강도의 상대적인 중요도를 물리적으로 설명하였다. 또한, 두 해석모델의 평가를 위하여, 최근 국내에서 파괴역학 개념의 크기 효과식 개발에 보다 초점을 맞추어 수행된 일련의 고강도 콘크리트보의 실험결과(20개, $f'_c$=53.7Mpa)를 예측하였다. 예측결과에 의하면, 두 해석모델은 a/d비, 주근량 및 보의 춤이 변화함에 따라 관측된 물리적 현상을 정확하게 포착하고 있었으며, 특히 MCFT로부터 얻어낸 보다 자세한 응력 및 변형도 분포 등에 관한 정보는 일련의 추가적인 설명을 가능하게 하였다. 하지만, 보다 완전한 이론적 배경을 지니고 있는 MCFT는 P4.6 및 D915의 파괴하중을 각각 다소 과소 및 과대 평가하는 경향을 나타내고 있어, 주근량 및 크기효과에 대한 보다 완전한 결론을 유도하기 위해서는 추가적인 실험적 연구가 필요한 것으로 판단되었다. To deepen the understanding of shear behaviour in beams without transverse reinforcement, the relative importance of five contributing factors to concrete shear resistance($v_c$), which are i)flexural compression zone, ii)friction at crack faces, iii)dowel action, iv)arch action and recently identified, v)residual tensile stresses across cracks, was explained physically using two analytical methods based on the truss concept. One is called "Modified Compression Field Theory(MCFT)" considering ii) and v) explicitly, and the other "Crack Friction Truss Model(CFTM)" more dominantly ii) in determining concrete resistance. To verify their effectiveness, the predictions using MCFT and CFTM were also made for twenty KAIST beam tests($f'_c$=53.7Mpa), designated more likely to the development of the size effect law based on the fracture mechanics concept. Experimental findings with varying of a/d, longitudinal reinforcement ratios, and obtained from MCFT enabled additional explanations for some phenomena which were difficult to measure in tests. However, MCFT seemed somewhat conservative for beams with higher longitudinal reinforcement, while somewhat unsafe for beams with larger depths. More tests are necessary leading to firm conclusions in these areas.

[맥시조 탐방] 황지연못

조순호 고요아침 2007 시조시학 Vol.- No.-

비닐하우스 아치구조의 모달실험

조순호 한국지진공학회 2010 한국지진공학회논문집 Vol.14 No.2

비닐하우스를 구성하는 세장한 강재 파이프 아치의 정적좌굴 하중을 결정하고 전체구조성능을 평가하기 위하여 수직하중을 단계별로 부가하고 고정햄머 및 이동센서 형식을 취한 일련의 충격하중 진동실험을 수행하였다. 수직 및 수평보조재가 없는 내부아치의 거동 조사에 보다 중점을 두었으며, 계측한 입력-출력 진동기록에 대하여 최신 개발된 고급판별법인 PolyMAX법을 적용하여 고유진동수, 모드형태 및 감쇠율 등과 같은 모달계수를 추출하였다. 이러한 실험결과는 상용 유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 사용하여 수행한 다양한 조건의 해석결과와 비교하였으며, 상당히 일치된 경향을 나타냈다. 하지만, 내력의 38%정도에 해당하는 수직하중의 부가에 따른 고유진동수의 감소는 미미한 것으로 나타났다. 이와 관련하여 본 연구의 아치와 같이 매우 세장한 구조물의 현장 진동실험 및 시스템판별 해석을 수행하는데 있어서 예상되는 여러 문제점을 신중하게 토의하였다. To determine the static buckling loads and evaluate the structural performance of slender steel pipe-arches such as for greenhouse structures, a series of modal tests using a fixed hammer and roving sensors was carried out, by providing no load, then a range of vertical loads, on an arch rib in several steps. More attention was given to an internal arch where vertical and horizontal auxiliary members are not placed, unlike an end arch. Modal parameters such as natural frequencies, mode shapes and damping ratios were extracted using more advanced system identification methods such as PolyMAX (Polyreference Least-Squares Complex Frequency Domain), and compared with those predicted by commercial FEA (Finite Element Analysis) software ANSYS for various conditions. A good correlation between them was achieved in an overall sense, however the reduction of natural frequencies due to the existence of preaxial loads was not apparent when the vertical load level was about up to 38% of its resistance. Some difficulties related to the field testing and parameter extraction for a very slender arch, as might arise from the influences of neighboring members, are carefully discussed.