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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

김승규 (건국대학교, 건국대학교 대학원)

지도교수
이용학
발행연도
2021
저작권
건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수10

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

초록· 키워드

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콘크리트 구조물들은 도시가 고도화될수록 환경과 비용 등을 고려하여 신규 건설보다는 유지보수·보강을 통한 수명연장을 통해 구조물 노후화에 대처하고 있다. 하지만 현재는 현재의 수동적으로 정기적인 검사 등에 따라 구조물들을 유지·보수하는 방법을 사용중이다. 비효율적이고 비경제적인 방법에서 벗어나 능동적으로 콘크리트 구조물의 장수명화와 노후화에 대응하기 위해서는 구조물의 거동을 미리 예측하고 선제적으로 대응하는 것이 매우 중요하고 이때 가장 중요한 것이 콘크리트 구조물의 장기거동 예측정확도이다. 본 논문에서는 복잡한 도시의 도로환경에 유연하게 건설할 수 있는 곡선형 콘크리트 교량의 시간종속적 장기거동 예측정확도를 높이는 것을 목적으로 연구를 수행하였다.
실제 구조물의 장기거동 예측에 활용할 수 있도록 건조상태에서 압축, 인장, 휨, 비틀림의 각기 다른 단일하중을 받는 콘크리트 재령종속적 특성 실험을 수행하여 실험결과를 적용한 재령종속적 구성모델을 개발하였다. 구성모델은 하중 종류에 구분 뿐만아니라 탄성계수의 증가, 탄성계수의 증가에 따른 재령종속적 변형, 하중이 증가되는 jumping 상태와 하중이 감소되는 unloading 상태 등의 응력 상태의 변화까지 고려할 수 있도록 하였다. 곡선형 PSC 교량의 콘크리트 단면의 총 가상 변형에너지를 재령종속적 구성관계를 이용하여 압축, 휨, 비틀림에 대해 각각 비역학적 변형관계를 적용할 수 있도록 유도하였다. 여기에 PS 강선의 가상 변형에너지와 철근의 가상 변형에너지를 중첩하여 총 가상 변형에너지를 만들고 이를 통해 2절점 7자유도를 갖는 3차원 보요소로 유한요소 정식화 과정을 수행하고 강성행렬을 유도하였다. 유도된 외력벡터에는 압축, 휨, 비틀림에 대해 각각 다른 크리프 함수식을 적용할 수 있도록 구성되었다.
조합하중을 받는 PSC 거더의 예측정확도 분석을 각 단일하중의 크리프 함수로서 예측하는 것의 문제점을 인지하고 콘크리트 구조물의 현재 축 응력을 일정 응력과 휨 응력의 비로 구분하여 응력비 함수를 계산하여 크리프 함수를 변환하여 적용하는 방법을 제안하였다. 제안된 응력비 크리프 함수방법을 포함하는 유한요소모델의 시간종속적 장기거동 예측성능 검증을 위해 2경간 곡선형 PSC 연속 거더를 제작하여 압축, 휨, 비틀림 등의 조합하중을 받는 장기거동 실험과 해석을 수행하였다. 실험과 유한요소 수치해석의 비교 분석을 통해 제안하는 콘크리트의 재령종속적 특성을 고려하는 방법의 필요성과 중요성을 확인하고 새롭게 고려된 건조수축 인자와 크리프 인자의 영향성을 확인하였다. 추가적으로 구조물의 시간종속적 해석에 널리 이용되는 AAEM 구성모델을 이용하여 해석한 결과의 비교하였다.

목차

1. 서 론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구내용의 구성 4
2. 콘크리트의 재령종속적 구성모델 5
2.1 재료정수의 수학적 모델링 6
2.1.1 건조수축 모델 6
2.1.2 크리프 모델 7
2.1.2.1 유효탄성계수법 (EMM) 8
2.1.2.2 재령계수보정법 (ACM) 9
2.1.2.3 크리프율법 (RCM) 10
2.1.2.4 평행 크리프법 (PCM) - (Park 등, 2016) 11
2.1.2.5 탄성계수의 증가를 고려하는 크리프 모델 (변형 크리프함수) 13
2.2 재령종속적 구성모델 16
2.2.1 재령종속적 구성방정식 ? AAEM 19
2.2.2 재령종속적 구성방정식 ? ADITM (Park & Lee, 2016) 20
2.2.3 재령종속적 구성방정식의 비교 (Kim 등, 2019) 21
3. 시간종속적 유한요소 정식화 26
3.1 합성 부재의 휨-비틀림 거동 26
3.2 단면의 구성요소 별 가상일 (Timoshenko & Goodier, 1970) 29
3.2.1 콘크리트 단면 가상변형에너지 (Lee 등, 2011) 30
3.2.2 PS 강선의 가상 변형에너지 (Park & Lee, 2016) 37
3.2.3 철근의 가상 변형에너지 (Lee 등, 2011) 41
3.2.4 총 가상변형에너지 44
3.3 시간종속적 강성행렬의 유도 45
4. 콘크리트의 재령종속적 특성 실험 48
4.1 실험개요 및 목적 48
4.2 콘크리트의 역학적 성질 51
4.3 압축 크리프 54
4.3.1 실험체 제작 및 실험 수행 54
4.3.2 건조수축 및 압축 크리프 실험결과 56
4.4 인장 크리프 59
4.4.1 실험체 제작 및 실험 수행 59
4.4.2 건조수축 및 인장 크리프 실험결과 61
4.5 휨 크리프 65
4.5.1 실험체 제작 및 실험 수행 65
4.5.2 휨 건조수축 및 휨 크리프 실험결과 67
4.6 비틀림 크리프 71
4.6.1 실험체 제작 및 실험 수행 71
4.6.2 비틀림 크리프 실험결과 73
4.7 재령종속적 기본함수 및 가중계수 76
4.7.1 재령종속적 기본 함수와 정량적 비례관계 76
4.7.2 Jumping 하중에서의 가중계수 결정 82
4.7.3 Unloading 하중에서의 가중계수 결정 84
5. 2경간 곡선형 거더 실험체의 설계와 거동해석 86
5.1 실험개요 및 목적 86
5.2 실험체 설계 및 실험 수행 방법 88
5.2.1 실험체의 설계 88
5.2.2 실험체 지점부의 설계 93
5.2.3 거더 실험체 제작 및 실험수행 96
5.3 시간독립적 탄성거동해석 101
5.3.1 해석 구조물의 단면상수 101
5.3.2 시간독립적 탄성거동 해석결과 105
5.4 시간종속적 장기거동해석 108
5.4.1 재령종속적 함수 108
5.4.2 시간종속적 장기거동 해석 프로그램 구성 111
5.5 시간종속적 장기거동 해석결과 115
5.5.1 거더 단면의 축 응력에 따른 응력비 함수의 적용 115
5.5.1.1 응력비 함수 모델의 시간종속적 거동 예측정확도 향상 118
5.5.2 재령종속적 함수 구성인자의 영향성 분석 125
5.5.2.1 축 방향 크리프함수 인자의 예측정확도 영향성 126
5.5.2.2 비틀림 크리프 인자의 예측정확도 영향성 132
5.5.2.3 건조수축 인자의 예측정확도 영향성 137
5.5.2.4 건조수축 및 크리프 인자의 예측정확도 영향성 분석 143
5.5.3 구성관계 적용에 따른 영향성 분석 144
5.5.3.1 구성모델에 따른 시간종속적 거동 예측정확도의 비교 145
6. 결 론 151
References 153
Appendix A : Torsional stiffness of PSC beam 159
Appendix B : Double-T beam Specimen design 161
국문초록 165

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