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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

김민숙 (경희대학교, 경희대학교 대학원)

지도교수
이영학
발행연도
2013
저작권
경희대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수5

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이 논문의 연구 히스토리 (4)

2014

철근 콘크리트 플랫 플레이트 처짐의 변동성 평가
김민숙 ,  이영학 ,  조은선 한국전산구조공학회논문집 2014.01 학술저널

2013

철근 콘크리트 플랫 플레이트의 처짐 제어를 위한 확률론적 해석 연구
김민숙 건축공 2013.01 학위논문

2011

철근 콘크리트 플랫 플레이트의 처짐 예측을 위한 유한요소해석
김민숙 ,  이영학 ,  김대진 대한건축학회 학술발표대회 논문집 - 구조계 2011.10 학술대회자료

2010

철근콘크리트 플랫 플레이트의 뚫림전단 거동에 관한 해석적 연구
김민숙 ,  이영학 ,  김희철 한국전산구조공학회논문집 2010.01 학술저널

초록· 키워드

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불확실성을 가지는 콘크리트의 특성으로 인해 철근 콘크리트를 사용한 부재의 처짐에는 높은 변동성이 발생한다. 그러나 현행 설계 규준은 이를 고려하지 않은 경험적인 데이터에 바탕을 둔 부재의 최소두께 또는 최대 허용 처짐만을 제시하고 있다. 따라서 기존의 결정론적 방법이 아닌 확률론적 방법에 기반을 둔 처짐 평가가 필요하다. 본 논문에서는 철근 콘크리트 플랫 플레이트의 합리적인 처짐 제어를 위해 정확한 처짐 예측이 가능한 유한요소해석모델에 확률해석모델을 적용하여 처짐의 변동성을 평가하고자 하였다.
철근 콘크리트 플랫 플레이트의 처짐 예측을 위해 3차원 유한요소해석모델을 제안하였다. 제안한 유한요소해석모델은 Mindlin plate 이론을 적용한 등매개 감절점 쉘 및 적층 쉘 요소를 선택하였다. 콘크리트로 인한 재료 비선형을 고려하기 위해 균열이 발생하지 않은 콘크리트와 균열이 발생한 콘크리트 및 철근으로 나누어 재료모델을 구성하였다. 유한요소해석모델은 기존 연구자의 실험결과와의 비교를 통해 그 타당성을 검증하였으며 정확한 처짐 예측이 가능한 것으로 나타났다.
처짐의 변동성을 평가하기 위해 유한요소해석모델에 콘크리트, 철근, 건조수축, 크리프, 부재치수, Tension stiffening 및 하중에 관련된 16개 요소를 확률변수로 한 확률해석을 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하였다. 해석 결과, 스팬의 크기가 증가할수록 시공하중으로 인한 처짐에 더 민감하게 반응하는 것으로 나타났으며 재하되는 활하중의 크기가 클수록, 슬래브 두께가 작을수록 처짐의 변동성이 큰 것으로 나타났다.
유한요소해석모델에 확률모델을 적용하여, 스팬 및 활하중을 크기를 변수로 하여 ACI 318, AS 3600, Eurocode2, BS 8110 및 Scanlon and Lee의 식에서 제시하고 있는 최소두께를 평가하였다. 해석 결과, 현행 설계기준은 슬래브 스팬이 증가하거나 활하중이 크기가 클 경우, 요구되는 슬래브의 두께를 과소평가 하는 것으로 나타났다. 또한 규준에서 제시하는 최소두께 보다 작은 두께를 선택하더라도 처짐 제한을 만족하는 경우가 발생하는 것으로 나타났다.

목차

제1장 서 론 1
1.1 연구의 배경 및 목적 1
1.2 연구의 범위 및 방법 4
1.3 기존 연구의 고찰 5
1.3.1 관련 설계 규준 5
1.3.1.1 ACI 318 Building Code 5
1.3.1.2 국내 콘크리트 설계 기준 9
1.3.1.3 Australian Standard(AS3600-2009) 11
1.3.1.4 British Standard(BS 8110-1997) 13
1.3.1.5 Eurocode 2(BS EN 1992-1-1:2004) 15
1.3.2 유한요소해석을 사용한 처짐 예측 16
1.3.3 확률을 적용한 사용성 평가 18
1.4 소결 20
제2장 유한요소해석모델 21
2.1 쉘(Shell) 요소의 정식화(Formulation) 21
2.1.1 등매개 감절점 쉘 요소 25
2.1.1.1 좌표 시스템(Coordinate system) 28
2.1.1.2 기하 및 변위장의 정식화 32
2.1.1.3 응력(Stress) 및 변형률(Strain) 34
2.1.1.4 수치적분(Numerical integration) 36
2.1.1.5 적층 요소(Layered Element) 39
2.2 재료 모델 41
2.2.1 균열이 발생하지 않은 콘크리트 42
2.2.2 균열이 발생한 콘크리트 45
2.2.2.1 콘크리트의 인장 거동 45
2.2.2.2 응력-변형률 관계 45
2.2.2.3 콘크리트의 압축 거동 48
2.2.3 철근의 재료모델 50
2.3 해석 알고리즘 56
2.3.1 해석 알고리즘 56
2.3.2 평형방정식의 해 58
2.3.3 비선형 거동 59
2.3.4 하중 60
2.3.5 수렴 조건(Convergence criterion) 61
2.3.6 Transformations 62
2.3.7 유한요소해석의 실행 64
2.4 소결 67
제3장 유한요소모델의 검증 68
3.1 기존 연구자의 실험 68
3.1.1. Duddeck 등(1978)의 실험 68
3.1.2. Jofriet and McNeice(1971)의 실험 73
3.2 유한요소해석모델을 사용한 변수 해석 77
3.3 소결 80
제4장 확률모델 및 변수 81
4.1 개요 81
4.2 균일한 난수의 발생 및 정규분포에서의 난수 82
4.3 변수의 확률 모델 85
4.3.1 하중-시간 모델 86
4.3.2 콘크리트 강도 88
4.3.3 철근 90
4.3.4 부재 치수 91
4.3.5 크리프 및 건조수축 92
4.3.6 Tension stiffening 96
4.3.7 Rejection Technique 97
4.4 유한요소해석모델에서의 몬테카를로 시뮬레이션 102
4.5 반복횟수(Simulation run number) 105
4.6 소결 108
제5장 확률모델에 의한 처짐 해석 109
5.1 해석 대상 플랫 플레이트의 설계 개요 109
5.2 변수해석에 사용된 하중-시간 모델 112
5.3 즉시처짐 및 장기처짐의 확률 분포 114
5.3.1 즉시 및 장기처짐에 따른 확률 분포 114
5.3.2 스팬에 따른 확률 분포 116
5.3.3 하중에 따른 확률 분포 120
5.3.4 슬래브 두께에 따른 확률 분포 123
5.4 소결 125
제6장 최소두께 평가를 위한 해석 방법 및 해석 변수 126
6.1. 개요 126
6.2 Scanlon and Lee equation 127
6.3. 최소두께 평가를 위한 해석 방법 및 해석 변수 129
6.4 최소두께 규준에 대한 평가 130
6.5 소결 134
제7장 결 론 135
□ABSTRACT 147
□AppendixA 149

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