Journal of the Korea Concrete Institute (콘크리트학회논문집)

Korea Concrete Institute (한국콘크리트학회)
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Seismic Analysis of RC Subway Station Structures Using Finite Element Method

유한요소법을 이용한 철근콘크리트 지하철 정거장 구조물의 내진 해석

  • Published : 2003.04.01
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Abstract

Even though a lot of advanced researches on analysis, design, and performance evaluation of reinforced concrete (RC) under seismic action have been carried out, there has been only a few study on seismic analysis of underground RC structures surrounding soil medium. Since the underground RC structures interact with surrounding soil medium, a path-dependent soil model which can predict the soil response is necessary for analyzing behavior of the structure inside soil medium. The behavior of interfacial zone between the RC structure and the surrounding medium should be also considered for more accurate seismic analysis of the RC structure. In this paper, an averaged constitutive model of concrete and reinforcing bars for RC structure and path-dependent Ohsaki's model for soil are applied, and an elasto-plastic interface model having thickness is proposed for seismic analysis of underground RC structures. A finite element analysis technique is developed by applying aforementioned constitutive equations and is verified by predicting both static and dynamic behaviors of RC structures. Then, failure mechanisms of underground RC structure under seismic action are numerically derived through seismic analysis of underground RC station structure under different seismic forces. Finally, the changes of failure mode and the damage level of the structures are also analytically derived for different design cases of underground RC structures.

지진하중을 받는 철근콘크리트(이하 RC) 구조물의 해석, 설계 및 성능 평가 등에 대해서는 많은 연구가 진행되어 왔으나, 지반에 둘러싸여 있는 지하 RE 구조물의 지진 해석에 대해서는 상대적으로 연구가 부족하였다. 지중의 지하 구조물은 지상 구조물과는 달리 지반과 상호작용을 하며 거동을 하기 때문에 지반내에서 하중을 받는 RC 구조물의 거동을 해석하기 위해서는 지진하중 하에서의 지반층의 거동을 예측할 수 있는 지반의 경로의존적 구성모델이 반드시 필요하다. 또한 RC 구조물과 지반 사이의 상호작용은 매체의 경계면을 통해 전달되기 때문에 보다 정확한 RC 구조물의 내진성능을 해석하기 위해서는 경계구역의 거동이 해석시에 반드시 고려되어야 한다. 이에 따라 본 논문에서는 지하 RC 구조물의 내진성능을 해석적으로 예측하기 위해 RC구조물에 대해서는 철근과 콘크리트의 평균화된 구성모델을 적용하였고, 지반에 대해서는 경로의존적 Ohsaki 모델을 적용하였으며, 두께를 갖는 탄소성 경계면 모델을 제안하였다. 또한 지진하중을 받는 지하 RC 정거장 구조물에 대한 내진 해석을 수행하여 지진시의 지하 RC 구조물의 파괴 기구를 해석적으로 구하였고, RC 구조물에 대한 상대적인 배근 설계에 따른 파괴 모드의 변화와 구조물의 손상 정도의 변화를 해석적으로 구하였다.

Keywords

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