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Nonlinear Finite Element Analysis of UHPFRC I-Beam on the Basis of an Elastic-Plastic Fracture Model
한상묵,궈이홍,Han, Sang-Mook,Guo, Yi-Hong Computational Structural Engineering Institute of 2009 한국전산구조공학회논문집 Vol.22 No.3
본 논문은 단조하중을 받는 초고강도 섬유보강 콘크리트 I형보의 파괴거동에 대한 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 보통 또는 고강도 콘크리트의 구성방정식과 달리 초고강도 섬유보강 콘크리트의 재료적 특성을 나타내기 위해 인장변형률 경화관계를 고려한 탄소성 파괴역학 모델을 제안하였다. 인장영역에서는 인장경화 변형률을 고려한 다차원적 균열기준을 정의하였고, 압축영역에서는 associated flow rule을 고려한 Drucker-Prager기준을 채택하여 해석을 수행하였다. UHPFRCI형보의 지간, 프리스트레스 하중 및 단면의 영향에 관한 수치해석 결과를 실험 거동와 비교한 결과 정확한 해석 결과를 보여주었다. This paper deals with the three-dimensional finite element analysis of failure behavior of UHPFRC I-beam under monotonic load. Different from the constitutive law of normal and high strength concrete, an elastic-plastic fracture model that considers the tensile strain hardening is proposed to describe the material properties of UHPFRC. A multi-directional fixed crack criterion with tensile strain hardening is defined in the tensile region, and Drucker-Prager criterion with an associated flow rule is adopted in the compressive region. The influence of span, prestressing force and section on the behavior of UHPFRC I-beam are investigated. The comparison of the numerical results with the test results indicates a good agreement.
과보강 프리스트레스트 고강도 섬유보강 콘크리트보 휨실험
한상묵,궈칭용,Han,Sang-Mook,Guo,Qing Yong 한국방재학회 2011 한국방재학회논문집 Vol.11 No.5
압축강도 93 MPa의 고강도 섬유보강 콘크리트를 사용한 길이 20 m의 과보강 프리스트레스트 거더의 휨실험을 수행하였다. 경제적인 제작단가를 위해 전형적인 초고강도 섬유보강 콘크리트 배합성분에서 국내산 규사, 직경 0.5 mm 길이 30 mm 강섬유가 대체 사용되었고, 실리카플로우는 사용되지 않았다. 고강도 분체콘크리트의 상대적으로 큰 0.004의 최대압축변형률과 체적대비 2%대의 강섬유 구속효과으로 인해, 최대 파괴하중 600 kN에서 과보강 프리스트레스트 거더가 중앙단면 처짐 275 mm를 나타내었다. 균열발생 전 인장 및 압축응력 블록의 선형관계를 가정한 균열모멘트는 실험결과와 근접한 결과를 보여주었다. A flexural test of 20 m over reinforced prestressed concrete girder made by high performance fiber reinforced concrete which has 93 MPa compression strength was carried out. To reduce the production cost, domestic fine aggregate, steel fiber which has 0.5 mm diameter and 30 mm long are substituted and silica flour is removed from typical ultra -high peformance concrete mixing portion. Due to the relatively big ultimate compressive strain 0.004 of powder concrete and confinement of volume ratio 2% steel fiber, over reinforced prestressed girder showed 275 mm displacement at 600 kN failure load. Cracking Moment considering the linear relationship of compressive and tensile stress block before crack displayed very close results compared with the test.
초고강도 섬유보강 직사각형 콘크리트보의 모멘트-곡률 관계
한상묵,궈칭용,Han,Sang-Mook,Guo,Qing-Yong 한국방재학회 2011 한국방재학회논문집 Vol.11 No.3
압축강도 100 MPa, 140 MPa 초고강도 섬유보강 콘크리트 직사각형보와 기하하적 조건 및 PS힘이 동일한 160 MPa RPC 직사각형보의 휨거동 비교를 통하여 압축강도가 낮은 초고강도 섬유보강 콘크리트 구조물의 거동 특성을 파악하였다. 직사각형보에 철근은 배근되지 않았으며 실험변수로는 강섬유, 콘크리트 압축강도, 프리스트레스 도입 방식, PS강재비 등이다. 모멘트-곡률관계와 하중-처짐관계를 통하여 압축응력이 작은 UHPC 직사각형보의 거동 특징을 분석하였다. 초고강도 섬유보강 콘크리트에 대한 간단한 형태의 응력-변형률 관계를 제안하였으며 이를 이용하여 UHPC 직사각형보에 대한 모멘트-곡률관계를 산정하였다. 실험에 의한 모멘트-곡률관계를 비교한 결과 상당히 일치함을 알 수 있었다. The flexural behavior of the UHPFRC rectangular beam which has 100 MPa, 140 MPa compressive strength were compared with that of the typical RPC rectangular beam which has same geometrical shape, prestressd force and 160 MPa compressive strength. UHPFRC beam was not reinforced at all and the variable of test is fraction of steel fiber, compressive strength of concrete, method of prestressing and ratio of prestressing bar. The behavior of UHPFRC beam was analysed by relationship of moment - curvature and load - deflection. Simple modeling of stress-strain of UHPFRC was proposed. Based on the proposed constituted, the flexural moment-curvature relationship was calculated and compared with experimental data on prestressed UHPFRC beams. Good agreement between calculated strengths and experimental data is obtained.