Nonlinear Fracture Analysis of Concrete Structures Based on Stress-Strain Relation

응력(應力)-변형도관계(變形度關係)를 이용(利用)한 콘크리트 구조(構造)의 비선형파괴해석(非線型破壞解析)

Developed is a nonlinear fracture theory which can model the complex fracture behavior of concrete. This theory is based on the nonlinear behavior due to progressive microcracking and strain-softening in the fracture process zone of concrete cracks. The simplified realistic fracture model which preserves the same fracture energy for the different fracture process zone widths is also derived. By modeling fracture through stress-strain behavior, the effect of compressive stresses parallel to the crack plane can be easily taken into account. The comparisons of the present theory with valuable fracture test data available in the literature show good agreements, and the existing linear theory exhibits in many cases large deviations from the actual test results. A simple approximate formula for the fracture energy of concrete which should, be necessary for the fracture analysis of concrete structures is derived. Finally, the application of fracture theory to reinforced concrete and the necessity of further research are discussed.

콘크리트의 복잡한 파괴거동(破壞擧動)을 모델할 수 있는 비선형파괴이론(非線型破壞理論)이 본(本) 논문(論文)에서 유도되었다. 본(本) 이론(理論)은 콘크리트균열끝의 파괴진행대(破壞進行帶)에서의 미세균열현상(微細龜裂現象)과 변형연화현상(變形軟化現象)으로 인한 비선형거동(非線型擧動)에 그 근거(根據)를 두고 있다. 이로부터 실제적이고도 단순화(單純化)된 파괴해석(破壞解析)모델이 유도되었으며, 이 단순화된 모델은 파괴진행대(破壞進行帶)의 변화에도 콘크리트의 파괴(破壞)에너지를 일정하게 유지할 수 있는 특정을 가지고 있다. 파괴해석(破壞解析)에 비선형응력(非線型應力)-변형거동(變形擧動)을 이용함으로써 균열면에 평행하게 작용하는 압축응력에 대한 영향이 쉽게 고려될 수 있다. 본 모델을 콘크리트의 많은 파괴실험자료와 비교한 결과 만족스러운 결과를 얻었으며, 종래의 선형파괴이론에 의한 결과는 실제 콘크리트 실험결과와 많은 차이를 보이고 있음을 알 수 있다. 콘크리트 구조의 균열 및 파괴해석에 필요한 콘크리트 파괴에너지의 근사공식이 본 이론으로부터 유도되었다. 끝으로, 철근콘크리트에 대한 파괴이론의 응용 및 확장연구 문제가 토의되었다.