유한요소법에 의한 콘크리트의 진행성 파괴해석

Progressive Fracture Analyses of Concrete by Finite Element Methods

콘크리트의 파괴진행영역은 콘크리트의 균열선단의 브리징영역과 미세균열영역으로 구성되는 비선형영역으로서 콘크리트의 파기거동을 지배한다. 파괴진행영역을 고려한 파괴역학은 콘크리트에 유용하게 적용될 수 있으며 파괴진행영역 모델의 개발은 콘크리트의 파괴현상을 규명하는데 매우 중요하다. 본 논문에서는 콘크리트의 균열진행을 해석하기 위하여 선형 인장 연화곡선을 사용한 Dugdale-Barenblatt형 모델로 콘크리트의 브리징영역을 모델링하였고 이를 이산균열방법을 사용하여 단지 요소경계면에 파괴진행영역을 발생시켜 유한요소 해석하는 방법과 요소내의 불연속 균열면을 도입한 균열요소를 사용함으로써 이산균열방법의 결점을 보완한 해석방법을 제시하였다. 또한 해석 예를 통해 균열진행해석에 사용된 유한요소모델을 검증하였다.

The fracture process zone in concrete is a region ahead of a traction-free crack, in which two major mechanisms, microcracking and bridging, play important roles. The toughness due to bridging is dominant compared to toughness induced by microcracking, so that the bridging is dominani: mechanism governing the fracture process of concrete. Fracture mechanics does work for concrete provided that the fracture process zone is being considered, so that the development of model for the fracture process zone is most important to describe fracture phenomena in concrete. In this paper the bridging zone, which is a part of extended rnacrocrack with stresses transmitted by aggregates in concrete, is modelled by a Dugdale-Barenblatt type model with linear tension-softening curve. Two finite element techniques are shown for the analysis of progressive cracking in concrete based on the discrete crack approach: one with crack element, the other without crack element. The advantage of the technique with crack element is that it dees not need to update the mesh topology to follow the progressive cracking. Numerical results by the techniques are demonstrated.