KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research (대한토목학회논문집)

Korean Society of Civil Engeneers (대한토목학회)
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3-Dimensional Strut-Tie Model Analysis and Design of Structural Concrete

콘크리트 구조부재의 3차원 스트럿-타이 모델 해석 및 설계

  • 윤영묵 (경북대학교 토목공학과) ;
  • 박정웅 (일리노이대학교 토목공학과)
  • Received : 2004.12.30
  • Accepted : 2006.03.06
  • Published : 2006.05.31
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Abstract

In this study, a new approach employing 3-dimensional strut-tie models for analysis and design of 3-dimensional structural concrete with disturbed regions that are not properly occupied by current design codes is proposed. In addition, a computer graphics program for the practical application of the approach is developed. The approach adopts a grid strut-tie model to exclude the subjectivity in the selection of strut-tie model and evaluates the effective strength of concrete strut by considering the 3-dimensional failure criteria of concrete and the deviation angles between the struts and compressive principal stress trajectories. To verify the appropriateness of the approach, nine pile caps tested to failure are analyzed and a bridge pier is designed. The analysis and design results are compared with those obtained by several different methods.

본 연구에서는 현재의 설계기준에서 명확하게 제시하지 못하고 있는 3차원 응력교란영역의 설계를 위해 3차원 스트럿-타이 모델을 이용하는 새로운 설계방법을 제안하였고, 실무자들이 이 방법에 따라 콘크리트 구조부재를 설계하는데 편리함을 제공해주는 실용적인 3차원 스트럿-타이 모델 전용 그래픽 프로그램을 개발하였다. 격자 스트럿-타이 모델을 사용함으로서 모델 선정에 따른 주관성을 배제하였고, 3차원 파괴면, 압축주응력 흐름의 방향, 그리고 스트럿의 방향 등을 이용하여 3차원 스트럿의 유효강도를 계산하는 방법을 개발하였다. 본 연구의 해석과정은 스트럿의 최대단면적과 필요단면적을 이용하여 최대하중을 계산한 다음, 계산된 타이의 필요단면적을 배근된 철근의 단면적으로 대치시켜 증분하중단계를 이용한 비선형 트러스 해석을 수행하는 방법이다. 설계과정은 주어진 설계하중에 대하여 필요철근량을 산정하고 스트럿과 절점의 강도를 검토하는 일련의 설계방법이다. 따라서 제안된 방법은 유한요소해석과의 상호작용을 통하여 스트럿-타이 모델의 단점을 보완하고 장점을 최대한 활용하기 위한 컴퓨터에 기반한 스트럿-타이 모델 방법으로 분류될 수 있다. 제안된 방법의 타당성을 검증하기 위하여 파괴실험이 수행된 9개의 말뚝기초 공시체의 파괴강도 예측 및 교각코핑부의 설계를 수행하였고, 그 결과를 기존의 연구결과 및 기존 설계기준에 의한 해석 및 설계결과와 비교하였다.

Keywords

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