부착슬립효과를 모사하기 위한 해석기법의 개발

곽효경,Kwak, Hyo Gyoung 대한토목학회 1994 대한토목학회논문집 Vol.14 No.4

본 논문은 철근콘크리트 구조물의 해석시 부착슬립의 효과를 효율적으로 고려하기 위한 새로운 알고리즘의 개발에 관한 것으로 2중절정을 사용해야 하는 기존의 고전적인 부착요소와는 달리 부착슬립 효과를 고려한 철근의 등가강성을 산정하므로써 2중절점의 고려없이 부착슬립 효과를 고려할 수 있도록 도모하였다. 또한 콘크리트 변위를 산정한 후 철근의 각 절점에서 힘과 변위의 평형관계와 철근과 콘크리트 사이의 관계식을 이용하여 구성된 관계식을 토대로 철근요소의 각 절점변위와 부재력을 첫번째 철근요소부터 역으로 산정하는 반복해석 과정을 통해 최종 결정하게 된다. This paper deals with the development of an efficient algorithm which can consider the bond-slip effect in numerical analysis of reinforced concrete structures. Unlike the classical bond-link or bond-zone element using double nodes, the proposed model is considering the bond-slip effect without taking double nodes by incorporation of the equivalent steel stiffness. Moreover after calculation of nodal displacements, the deformation of steel at each node can be found out through the back-substitution technique from first up to final steel element using a governing equation constructed based on the equilibrium at each node of steel and the compatibility condition between steel and concrete.

FCM공법으로 시공되는 교량의 경간비 결정

곽효경,손제국 대한토목학회 2003 대한토목학회논문집(정기학술대회논문집) Vol.23 No.2

연속 PSC-Beam 교량의 지점부 균열제어

곽효경,서영재,정찬묵,박영하 한국전산구조공학회 1999 한국전산구조공학회논문집 Vol.12 No.2

이 연구는 2경간 연속 PSC-Beam 교량의 경간 내측 지지점의 바닥판에서 발생할 수 있는 균열의 제어에 관한 내용을 다루고 있다. PSC-Beam 교량은 주형인 PSC-Beam을 거치시킨후 바닥판을 현장타설 콘크리트로 시공된다. 이로 인하여 주형 콘크리트와 바닥판 콘크리트의 시간의존적 거동차이, 주형의 연속화에 따른 거동 등에 의하여 부모멘트가 가장 크게 걸리는 지점부에서 균열이 쉽게 발생된다. 따라서 이 논문에서는 2경간 연속 PSC-Beam 교량의 연속화에 따른 거동을 수치적 방법으로 해석하여 지점부 바닥판의 균열거동이 예측되었다. 이를 위하여 해석모델에는 콘크리트의 시간의존적 현상인 크리프와 건조수축이 고려되었으며, 2경간 연속 PSC-Beam 교량의 거동에 영향을 나타내는 여러 가지 인자가 고려되어 해석되었다. 끝으로 콘크리트의 모델식을 이용하여 지점부 균열을 억제하기 위한 현장에서 관리가능한 방안이 수치적으로 제안되었다.

ESO기법을 이용한 스트럿-타이 모델의 결정

곽효경,노상훈 대한토목학회 2003 대한토목학회논문집(정기학술대회논문집) Vol.23 No.1

충격하중을 받는 판형콘크리트 구조물의 요소의존성 최소화 기준식

곽효경,강한글,박이주,Kwak, Hyo-Gyoung,Gang, Han-Gul,Park, Lee-Ju 한국전산구조공학회 2014 한국전산구조공학회논문집 Vol.27 No.3

충격 및 폭발하중으로 인한 위험으로부터 구조물의 안정성을 확보하기 위한 필요성의 증대에 따라 고율변형을 받는 콘크리트의 거동은 중요한 연구주제가 되었다. 콘크리트의 고율변형 거동은 정적인 상태와는 다른 독특한 거동을 보이기 때문에 다양한 고율변형모델들이 제안되어 고율변형 상태를 수치해석하는데 사용되고 있다. 이러한 수치해석 과정에서 발생하는 문제가 요소의 크기에 따라 수치해석결과가 크게 변하는 요소의존성 문제이다. 본 논문에서는 파괴에너지이론에 기초하여 요소의존성을 최소화할 수 있는 기준식을 제안하고 HJC(Holmquist Johnson Cook)모델을 이용한 관통수치해석을 통해 기준식을 검증하였다. 그 결과 기준식을 통해 산정된 파괴변형률을 수치해석상에 적용해줌으로써 해석결과의 요소의존성이 감소하였고 해의 정확성 또한 향상되는 것을 파악할 수 있었다. In the context of an increasing need for safety in concrete structures under blast and impact loading condition, the behavior of concrete under high strain rate condition has been an important issue. Since concrete subjected to impact loading associated with high strain rate shows quite different material behavior from that in the static state, several material models are proposed and used to describe the high strain rate behavior under blast and impact loading. In the process of modelling high strain rate conditions with these material models, mesh dependency in the used finite element(FE) is the key problem because simulation results under high strain-rate condition are quite sensitive to applied FE mesh size. This paper introduces an criterion which can minimize the mesh-dependency of simulation results on the basis of the fracture energy concept, and HJC(Holmquist Johnson Cook) model is examined to trace sensitivity to the used FE mesh size. To coincide with the purpose of the perforation simulation with a concrete plate under a projectile(bullet), the residual velocities of projectile after perforation are compared. The analytical results show that the variation of residual velocity with the used FE mesh size is quite reduced and accuracy of simulation results are improved by applying a unique failure strain value determined according to the proposed criterion.

합성보의 부착슬립 효과를 고려한 유한요소 기반의 수치해석모델

곽효경,황진욱,Kwak, Hyo-Gyoung,Hwang, Jin-Wook 한국전산구조공학회 2010 한국전산구조공학회논문집 Vol.23 No.1

본 논문에서는 합성보의 부착슬립 효과를 고려할 수 있는 유한요소 수치모델을 제안하고자 한다. 전단연결재가 설치된 슬래브와 거더 경계에서 선형 전단력-슬립 관계를 가정하여, 부착슬립 거동을 해석할 수 있는 수치모델이 구현되었다. 본 수치모델을 통하여 축 방향의 자유도를 부가하지 않고 2절점의 보 요소를 적용하여 합성보 경계에서의 슬립 거동을 고려하는 것이 가능하다. 선형 부분전단 연결이론을 토대로 한 슬립 거동의 지배방정식은 슬래브와 거더 경계에서 힘의 평형상태와 단면 내에서 상수로 가정된 곡률을 바탕으로 결정된다. 또한, 지배방정식 구성에 있어서 요소 양 절점에서의 휨 모멘트 값을 필요로 하기 때문에 유한요소 해석으로 도출되는 상수 모멘트를 요소 내에서 선형으로 분포시켰다. 제안된 수치모델을 적용한 해석결과를 기존 연구의 수치해석 결과 및 실험결과와 비교하였으며, 하중-처짐 곡선의 비교를 통하여 본 모델의 성능을 검증하였다. A numerical model to simulate bond-slip behavior of composite beam bridges is introduced in this paper. Assuming a linear bond stress-slip relation along the interface between the slab and girder, the slip behavior is implemented into a finite element formulation. Adopting the introduced model, the slip behavior can be taken account even in a beam element which is composed of both end nodes only. Governing equation of the slip behavior, based on the linear partial interaction theory, can be determined from the force equilibrium and a constant curvature distribution across the section of a composite beam. Since the governing equation for the slip behavior requires the moment values at both end nodes, the piecewise linear distribution of the constant bending moment in an element is assumed. Analysis results by the model are compared with numerical results and experimental values, and load-displacement relations of composite beams were then evaluated to verify the validity of the proposed model.

분할타설되는 콘크리트 슬래브의 소성수축균열 특성에 대한 해석적 연구

곽효경(Kwak Hyo-Gyoung),하수준(Ha Soo-Jun) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 A Vol.26 No.4A

이 논문에서는 참고문헌(곽효경 등, 2004; 곽효경 등, 2005)에서 제안된 소성수축균열 해석모델을 바탕으로 분할타설되는 콘크리트 슬래브의 소성수축균열 해석방법을 제안하였다, 이 해석방법을 이용해 슬래브의 분할타설이 소성수축균열에 미치는 영향에 대해 알아보았고 분할타설방법에 따른 소성수축균열 발생 특성을 정량적으로 분석하였다. 나아가 콘크리트 배합과 외 기조건 및 분할타설방법을 변수로 하여 수행한 소성수축균열 해석으로부터 얻어진 해석결과를 바탕으로 슬래브의 표면 건조 시기와 먼저 타설된 콘크리트의 표면 건조를 방지하기 위한 임계 타설시간간격에 대한 모델식을 제안함으로써 슬래브에 소성수축균열이 발생하지 않도록 분할타설방법을 계획하거나 소성수축균열의 제어를 위해 적절한 시기에 양생을 시작할 수 있도록 하였다. In this paper, an analytical method which can predict the occurrence of plastic shrinkage cracking on concrete slabs with sequential placement is proposed on the basis of the numerical model introduced in the previous study. The influence of many design variables on plastic shrinkage cracking such as the number of layers and the time interval between layers is quantitatively analyzed through parametric studies using the analytical method. In advance, two equations are introduced to take into account the effect of sequential placement on the plastic shrinkage cracking of concrete slab; The first one is to calculate the time at which the surface of concrete slab begins to dry, and the second one is to determine the critical time interval to prevent the surface drying of previously placed concrete layers. The timing of curing and the sequence of concrete placement, which are important for the prevention of plastic shrinkage cracking, can be effectively planned using the introduced both equations without any rigorous analysis.

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.

부분 강합성보의 시간의존적 거동해석

곽효경,서영재 한국전산구조공학회 2000 한국전산구조공학회논문집 Vol.13 No.4

이 논문은 콘크리트의 크리프와 건조수축 현상을 고려한 강재와 콘크리트의 부분 합성보의 거동의 해석을 위한 모델을 제안하고 있다. 부분합성 거동은 선형 부분전단 연결이론을 토대로 합성보를 일정한 수의 요소로 분할한 후 각 절점에서 평형조건과 적합조건을 기초로하여 구성 방정식을 구성하고 경계조건과 각 요소에 대한 구성 방정식을 순차적으로 적용하는 방법으로 해석모델이 구성되었다. 또한 콘크리트의 시간에 따른 현상인 크리프와 건조수축의 영향도 고려되었다. 제안된 해석모델은 다경간 연속 합성보의 슬립거동을 효과적으로 나타낼 수 있다. 제안된 해석 모델의 검증을 위해 기존 연구의 결과와 비교되었으며, 여러 조건에 대한 합성보의 해석을 통해 제안된 모델의 적용성을 입증하였다. This paper deals with a numerical model for the time-dependent analysis of steel and concrete composite beams with partial shear connection. A linear partial interaction theory is adopted in formulation of structural slip behavior, and the effect of concrete creep and shrinkage are considered. The proposed model is effective in simulating the slip behavior, combined with concrete creep and shrinkage, of multi-span continuous composite beams. Finally, correlation studies and several parameter studies are conducted with the objective to establish the validity of the proposed model.

MSS공법으로 시공되는 교량의 설계 모멘트 결정

곽효경,손제국 한국전산구조공학회 2001 한국전산구조공학회논문집 Vol.14 No.3

이 논문에서는 이동식 지보를 이용한 MSS공법에 의해 건설되는 콘크리트 교량의 설계 모멘트를 산정하기 위한 관계식을 제안하고 있다. 각 시공 단계에 따른 시간 의존적 거동해석을 통해 교량의 부재력 변화와 처짐 변화를 고찰하였으며 변위와 하중조건을 토대로 한 지배방정식을 구성한 후 복잡한 장기 거동 해석 없이 탄성 해석 결과를 토대로 설계 부재력과 임의의 시간 경과 후 모멘트 변화를 예측할 수 있는 관계식을 구성하였다. 나아가 다양한 예제 해석을 통해 제안한 관계식의 적용성을 검증하였으며 모멘트 포락선을 토대로 보다 합리석인 설계 부재력의 산정 방안을 소개하였다. In this paper, a relation to calculate design moments for reinforced concrete(RC) bridges constructed by movable scaffolding system(MSS) is introduced. Through the time-dependent analysis of RC bridges considering the construction sequence, the structural responses related to the member forces and deflections are reviewed, and a governing equation for determination of the design moment, which includes the creep deformation, is derived on the basis of the displacement-force condition at every constructuion stage. By using the relation, the design moment and its variation over time can easily be obtained only with the elastic analysis results without additional time-dependent analysis. In addition, correlation studies with the results by rigorous numerical analyses are conducts to verify the applicability of the introduced relation, and a more reasonable guideline for the determination of design moments is proposed on the basis of the obtained moment envelop.