Direct Inelastic Design of Reinforced Concrete Members Using Strut-and-Tie Model

스트럿-타이 모델을 이용한 철근콘크리트 부재의 직접 비탄성 설계

In the previous study, direct inelastic strut-and-tie model (DISTM) was developed to perform inelastic design of reinforced concrete members by using linear analysis for their secant stiffness. In the present study, for convenience in design practice, the DISTM was further simplified so that inelastic design of reinforced concrete members can be performed by a run of linear analysis, without using iterative calculations. In the simplified direct inelastic strut-and-tie model (S-DISTM), a reinforced concrete member is idealized with compression strut of concrete and tension tie of reinforcing bars. For the strut and tie elements, elastic stiffness or secant stiffness is used according to the design strategy intended by engineer. To define the failure criteria of the strut and tie elements, concrete crushing and reinforcing bar fracture were considered. The proposed method was applied to inelastic design of various reinforced concrete members including deep beam, coupling beam, and shear wall. The design results were compared with the properties and the deformation capacities of the test specimens.

선행 연구에서는 할선강성에 대한 선형해석을 수행함으로써 편리하게 비탄성 설계를 할 수 있는 직접 비탄성 스트럿-타이 모델이 개발되었다. 본 연구에서는 기존 직접 비탄성 스트럿-타이 모델을 개선하여, 반복계산 없이 할선강성에 대한 한번의 선형해석으로 철근콘크리트 부재의 비탄성 설계를 수행할 수 있는 간략화된 직접 비탄성 스트럿-타이 모델 (simplified direct inelastic strut-and-tie model, 이하 S-DISTM)을 개발하였다. S-DISTM은 철근콘크리트 부재를 콘크리트 압축 스트럿과 철근 인장 타이로 모델링한다. 스트럿과 타이 요소는 설계자의 설계 전략에 따라 탄성강성 또는 할선강성의 선형 재료 모델을 사용한다. 스트럿과 타이 요소의 파괴 기준을 정의하기 위하여 콘크리트 압축파괴 및 철근 인장파단 등을 고려하였다. S-DISTM을 사용하여 깊은보, 연결보, 전단벽 등 다양한 전단지배 철근콘크리트 부재의 비탄성 설계를 수행하였고, 비탄성 설계로 결정된 철근양, 변형 능력 등을 기존 실험 결과와 비교하였다.