Abstract
An enhanced degenerated shell finite element (FE), which has been developed for inelastic analysis of reinforced concrete structures is described in this paper. Generally, Reissner-Mindlin (RM) assumptions are adopted to develop the degenerated shell FE so that transverse shear deformation effects is considered. However, it is found that there are serious defects such as locking phenomena in RM degenerated shell FE since the stiffness matrix has been overestimated in some situations. As remedies of locking phenomena, reduced integration, incompatible mode and assumed strain method have been used. Especially, the assumed strain method has been successfully used in many FEs. But contrarily, there is a few investigation on the performance of the assumed strains in the inelastic analysis of concrete structures. Therefore, shell formulation is provided in this paper with emphasis on the terms related to the stiffness matrix based on assumed strain method and microscopic concrete material model. Finally, the performance of the present shell element is tested and demonstrated with several numerical examples. From the numerical tests, the present result shows a good agreement with experimental data or other numerical results.
본 논문은 철근 콘크리트 구조물의 비탄성 해석을 수행하기 위하여 개발된 9절점 퇴화 쉘 요소에 대하여 기술하였다. 개발된 쉘 유한요소는 퇴화고체기법과 함께 구조물에서 발생하는 횡 전단 변형효과를 고려하기 위하여 Reissner-Mindlin (RM)가정을 도입하였다. RM가정을 바탕으로 한 퇴화 쉘 요소는 쉘의 두께가 얇거나, 즉 종횡비가 작거나, 균일하지 않은 유한요소망을 사용할 경우 구조물의 강성이 과대하게 계산되는 강성과대현상(Locking phenomenon)이 나타나게 된다. 강성과대현상은 선택적 감차 적분, 비 적합 모드, 가변형도 등을 사용하여 개선하는데 특히 가변형도법에 바탕을 둔 대체변형도는 많은 유한요소에 성공적으로 적용되어 왔다. 그러나 이와는 대조적으로 콘크리트의 비탄성 해석에 가변형도법을 도입하고 그 성능을 조사한 사례는 매우 적다. 따라서 본 연구에서는 가변형도법과 미시적 재료모델을 바탕으로 RM 쉘 요소를 정식화하고 미를 유한요소프로그램으로 개발하였다. 개발된 철근 콘크리트 쉘 요소의 성능은 수치예제를 통하여 검증하였다. 수치예제로부터 개발된 쉘요소를 이용하여 구해진 해석결과가 실험결과 또는 다른 해석결과에 근접함을 알 수 있다.
