Material Nonlinear Analysis of the RC Shells Considering Tension Stiffening Effects

인장강성 효과를 고려한 RC 쉘의 재료비선형 해석

In this study, material nonlinear finite element program is developed to analyze reinforced concrete shell of arbitrary geometry considering tension stiffening effects. This study is capable of tracing the load-deformation response and crack propagation, as well as determining the internal concrete and steel stresses through the elastic, inelastic and ultimate ranges in one continuous computer analysis. The cracked shear retention factor is introduced to estimate the effective shear modulus including aggregate interlock and dowel action. The concrete is assumed to be brittle in tension and elasto-plastic in compression. The Drucker-Prager yield criterion and the associated flow rule are adopted to govern the plastic behavior of the concrete. The reinforcing bars are considered as a steel layer of equivalent thickness. A layered isoparametric flat finite element considering the coupling effect between the in-plane and the bending action was developed. Mindlin plate theory taking account of transverse shear deformation was used. An incremental tangential stiffness method is used to obtain a numerical solution. Numerical examples about reinforced concrete shell are presented. Validity of this method is studied by comparing with the experimential results of Hedgren and the numerical analysis of Lin.

본 논문에서는 콘크리트 균열 사이의 인장강성 효과를 고려한 임의의 기하하적 형상을 갖는 철근 콘크리트 쉘을 해석하기 위하여 재료비선형 유한요소 프로그램을 작성하였다. 본 논문은 연속적인 컴퓨터 해석으로 탄성, 비탄성 및 극한 범위에서의 철근과 콘크리트의 응력은 물론, 하중-변위 응답과 균열전파를 추적할 수 있었다. 골재억물림과 철근의 다울작용을 포함하는 유효전단계수를 평가하기 위하여 균열상태의 전단유지계수를 도입하였다. 콘크리트는 인장에서는 취성으로 압축에서는 탄소성으로 가정하였다. 콘크리트의 소성거동은 Drucker-Prager 항복기준과 결합유동법칙에 따르는 것으로 가정하였다. 철근은 Von Mises 항복기준으로 가정하였으며 등가의 두께를 가지는 철근층으로 모델화 하였다. 수치해석을 위하여는 증분형접선강성도 방법을 사용하였다. 수치예제를 제시하여 본 연구결과를 Hedgren의 실험 결과와 Lin의 수치해석과 비교하였다.