Structural Behavior of RC Beams with Headed Bars using Finite Element Analysis

유한요소해석 기반 확대머리 이형철근 상세 따른 RC보의 구조성능 효과 분석

In this study, the structural behavior by the details of the lap region with the headed bar was estimated through finite element analysis. To solve the finite element analysis of the anchorage region with complex contact conditions and nonlinear behavior, a quasi-static analysis technique by explicit dynamic analysis was performed. The accuracy of the finite element model was verified by comparing the experimental results with the finite element analysis results. It was confirmed that the quasi-static analysis technique well reflected the behavior of enlarged headed bar connection. As a result of performing numerical analysis using 21 finite element models with various development lengths and transverse reinforcement indexes, it was confirmed that the increase of development length and transverse reinforcement index improved the maximum strength and ductility. However, to satisfy the structural performance, it should be confirmed that both design variables(development length and transverse reinforcement index) must be enough at the design criteria. In the recently revised design standard(KDS 14 20 52 :2021), a design formula of headed bar that considers both the development length and the transverse reinforcing bar index is presented. Also the results of this study confirmed that not only the development length but also transverse reinforcing bars have a very important effect.

본 연구에서는 확대머리 정착이음을 갖는 연결부의 상세에 따른 구조거동을 유한요소해석을 통해 분석하였다. 복잡한 접촉조건과 비선형 거동을 나타내는 연결부의 유한요소해석을 위하여 외연적 동해석을 활용한 준정적 해석 기법을 적용하였다. 기존 실험결과와 해석결과를 비교하여 유한요소모델의 정확성을 검토하였으며, 준정적 해석 기법은 확대머리 연결부의 비선형성을 잘 반영하는 것을 확인하였다. 다양한 정착길이, 횡방향 철근지수를 갖는 21가지 유한요소모델을 활용하여 구조해석을 수행한 결과 정착길이와 횡방향 철근지수의 증가는 강도와 연성도를 증가 시키는 것을 확인하였으나, 충분한 구조성능을 확보하기 위해서는 두 가지 설계변수 모두 일정수준을 확보해야 함을 확인하였다. 최근 개정된 확대머리 정착이음 설계기준에서는 정착길이와 횡방향 철근지수를 모두 고려하는 설계식을 제시하고 있으며, 본 연구의 결과에서도 정착길이 뿐만 아니라 횡방향 보강철근이 매우 중요한 영향을 미치는 것을 확인하였다.