철근 및 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 비선형 해석

Nonlinear Analysis of Reinforced and Prestressed Concrete Slabs

본 논문에서는 단조증가하중을 받는 철근 및 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 비선형거동, 즉 탄성, 비탄성, 극한영역에 이르기까지의 모든 하중이력에 대한 응력-변형도 관계와 균열의 진행 및 철근 및 텐던과 콘트리트의 응력과 변형도 등을 정확히 해석할 수 잇는 해석법의 제시를 목적으로 한다. 이러한 목적을 위하여 본 연구에서는 재료적 및 기하학적 비선형성을 고려하였다. 기하학적 비선형성은 Von Karman의 가정에 기본을 둔 total Lagrangian formulation에 의해 고려하였으며 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 중에 있는 철근 및 텐던모델을 조합하여 고려하였다. 이에 대한 콘크리트의 균열모델로서는 분산균열모델을 사용하였으며, 철근 및 텐던에 대해서는 1축 응력상태로 가정하여 등가의 분산분포된 철근 및 텐던층으로 모델화하였다. 본 논문에서 제안한 해석방법의 타당성을 검증하기 위하여 몇 개의 실험치를 해석치와 비교.검토한 결과, 본 논문의 해석방법에 의하면 철근 및 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 비선형거동을 보다 정확하게 예측할 수 있었다.

The purpose of this paper is to present an analysis method by using the finite element method which can exactly analyze load-deflection relationships, crack propagations. and stresses and strains of reinforcements, tendons, and concrete in behaviors of elastic. inelastic and ultimate ranges of reinforced and prestressed concrete slabs under monotonically increasing loads. For t h i s purpose, the m a t e r i a l and geometric nonlinearities are taken into account in this study. The total Lagrangian formulation based upon the simplified Von Karman strain expressions is used to take into account the geometric nonlinearities of the structure. The material nonlinearities are taken into account by comprising the tension, compression. and shear models of cracked concrete and models for reinforcements and tendons in the concrete : and also a so-called smeared crack model is incorporated. The reinforcements and t,endons are assumed to be in a uniaxial stress state and are modelled as smeared layers of equivalent thickness. For the verification of application and validity of the method proposed in this paper, several numerical examples are analyzcd and compared with experimental results. As a result, this method can successfully predict the nonlinear and inelastic behaviors throughout the fracture of reinforced and prestressed concrete slabs.