This study was conducted to analysis the distribution of the rectangular stress block for high-strength polymer concrete beam. C-shaped specimens were produced and tested to compute parameters of the rectangular stress block. They were $\kappa_{1}$ = 0.73, $\kappa_{3}$ = 0.94 and $\gamma$= 0.845, respectively. Experimental value of flexural strength of beam was same to be compared with theoretical value. But there is desirable to need many experimental data in order to exact design of polymer concrete structure.
The ACI 318 stress block parameters have been closely examined for validity of their values in evaluation of flexural strength and deformability. For this the conventional definition of stress block has been used. The comparison of parameter values between ACI stress blocks and the exact approach implies that an alternative idealization other than the rectangular stress block may be required.
The mass concrete structures are generally constructed in an incremental manner by deviding the whole structures by a series of many blocks. The temperature and stress distributions of any specific block are continuously affected by the blocks placed before and after the specific block. For an accurate analysis of mass concrete structures, the sequence of all the blocks must be accordingly considered including the change of material properties with time for those blocks considered. The purpose of this study is to propose a realistic analysis method which can take into account not only the influence of the sequence, time interval and size of concrete block placement on the temperatures and stresses, but also the change of material properties with time. It is seen from this study that the conventional simplified analysis, which neglects material property changes of some blocks with time and does not consider the effect of adjacent blocks in the analysis, may yield large discrepancies in the temperature and stress distributions of mass concrete structures. This study gives a method to choose the minimum number of blocks required to obtain reasonably accurate results in analysis. The study provides a realistic method which can determine the appropriate size and time interval of block placement, and can be efficiently used in the design and construction of mass concrete structures.
본 연구는 고강도 콘크리트 유효응력 블록 계수 추정과 관련한 연구이다. 현행 KCI 코드에서 제시하는 등가직사각형 응력 분포는 고강도 콘크리트의 강도 분포를 정확히 예측하지 못하며, 실험 데이터에 기반한 제안식이 대부분이므로, 본 연구에서는 기존 연구자의 실험 데이터와 응력매개벼수의 이론적 개념을 바탕으로 하여 고강도 콘크리트의 유효응력블럭 계수 추정에 관한 연구를 수행하였다.
Replacement of actual stress distribution in a reinforced concrete (RC) flexural member with a simpler geometrical shape, which maintains magnitude and location of the resultant compressive force, is an acceptable conceptual trick. This concept was originally perfected for normal strength concrete. In recent years, high strength concrete (HSC) has been introduced and widely used in modern construction. The stress block parameters require updating to account for special features of HSC in the design of flexural members. In future, more varieties of concrete may be developed and a corresponding design procedure of RC flexural members will be required. The usual practice is to conduct large number of experiments on various sizes of specimen and then evolve an empirical relation. This paper presents a numerical procedure through which the stress block parameters can be numerically derived for a given strain ratio variation. The material model for concrete is presented and computational procedure is described. This procedure is illustrated with several variations of strain ratio. The advantages of numerical procedure are that it costs less and it can be used with new material models for any new variety of concrete.
In flexural strength design of unconfined reinforced concrete (RC) members, the concrete compressive stress-strain curve is scaled down from the uni-axial stress-strain curve such that the maximum concrete stress adopted in design is less than the uni-axial strength to account for the strain gradient effect. It has been found that the use of this smaller maximum concrete stress will underestimate the flexural strength of unconfined RC members although the safety factors for materials are taken as unity. Herein, in order to investigate the effect of strain gradient on the maximum concrete stress that can be developed in unconfined flexural RC members, several pairs of plain concrete (PC) and RC inverted T-shaped specimens were fabricated and tested under concentric and eccentric loads. From the test results, the maximum concrete stress developed in the eccentric specimens under strain gradient is determined by the modified concrete stress-strain curve obtained from the counterpart concentric specimens based on axial load and moment equilibriums. Based on that, a pair of equivalent rectangular concrete stress block parameters for the purpose of flexural strength design of unconfined RC members is determined.
Compression stress distribution used to concrete structure design substitutes equivalent rectangle, trapezoid and parabola-rectangle stress block for actual concrete stress distribution. Presently, rectangular stress block of Korea Concrete Design Code is equal to it of ACI code that doesn't reflect the material feature of the high strength concrete. The study does an experiment on concrete compression stress distribution to know the material feature of the concrete used in korea.
현행 콘크리트구조설계기준(2007)은 콘크리트 구조물의 설계에 적용하는 콘크리트의 압축응력 분포로 ACI 318의 등가 직사각형 응력 분포를 규정하고 있다. 단면의 휨강도 해석에는 등가 직사각형 응력 분포가 충분하겠지만, 성능 중심 설계의 한계 상태 검증에는 실제와 가까운 압축응력-변형률 관계가 필요하다. 또 등가 직사각형 응력 분포는 고강도 콘크리트 기둥의 휨강도 해석에 비안전측의 결과를 준다는 것이 알려져 있으므로, 이를 대신하는 새로운 응력 분포 모델이 필요하다. 이 연구에서는 Eurocode와 일본 토목학회의 설계기준에서 채택하고 있는 포물선-직선 형상의 새로운 모델을 제안하였다. 이 응력 분포 모델은 이 연구에서 수행된 압축응력 분포 실험과 타 연구자들의 실험 결과를 분석하여 도출된 것으로서, 보통 강도뿐만 아니라 고강도 콘크리트를 포함한 것이다. 제안 모델의 특성은 미국 ACI 318, 캐나다 CSA, 유럽의 Eurocode, 일본 토목학회 설계기준의 응력 분포 모델과 함께 실험 결과와 비교하여 정리하였다.
동일한 인장철근배근상태($\rho$/$\rho_b$=constant)에서 휨을 받는 고강도 철근 콘크리트 보는 보통강도의 철근 콘크리트보에 비해 더욱 취성적인 거동을 하게 된다. 본 실험결과 연성적인 파괴를 유도하기 위하여 콘크리트의 강도가 830kg/$cm^2$이상일 경우 철근비를 $0.6\rho_b$이하로 배근하여야 할 것으로 나타났다. 또한 콘크리트 강도가 830kg/$cm^2$ 이상일 경우 사각형응력 블록을 사용한 ACI 휨강도식의 안전율이 감소하였으며, 삼각형에 가까운 압축응력 분포를 나타내었다. 이는 콘크리트 강도가 증가할수록 응력-변형률 곡선이 거의 선형적으로 증가하는 재료적 성질에 기인하는 것으로 사료된다.
본 논문은 고강도 콘크리트기둥에 대한 설계방법을 검증하는 연구의 일부로서, 보통강도 및 고강도 콘크리트기둥시편에 대하여 편심하중의 재하실험을 수행하여 파괴거동을 관찰하고 기둥강도를 측정하였다. 기둥시편은 모두 32개로 콘크리트 압축강도, 종방향 철근비, 세장비, 재하편심을 실험의 주요변수로 선정하였다. 콘크리트 압축강도는 356~951 kg/$cm^$ 이며, 종방향철근비는 1.13~5.51 %, 세장비는 19, 40, 61의 3 종류로 하였다. ACI의 직사각형 응력블럭, Ibrahim과 MacGregor의 수정된 직사각형 응력블럭, 사다리꼴 응력 블럭을 이용한 기둥강도해석과 축력-모멘트-곡률해석을 통한 기둥강도해석을 수행하였으며, 실험결과와 비교분석하였다. 현시방서에서 적용하고 있는 직사각형 응력블럭은 철근비가 낮은 고강도 콘크리트기둥에 대하여 비안전측의 축력-모멘트강도를 제공한다. 축력-모멘트-곡률해석을 통한 기둥강도해석시에는 콘크리트 응력-변형률곡선의 최대응력을 결정하는 $k_3$ 값에 따라 정확성 및 안전성이 좌우된다. 또한, 본 논문에서는 재하실험을 통한 기둥의 파괴거동, 압축연단 극한변형률, 응력블럭변수 등을 비교분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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