Fracture Analysis on Crack Propagation of RC Frame Structures due to Extreme Loadings

극한 진동에 의한 철근콘크리트 뼈대구조물에 균열전파의 파괴 역학적 특성 연구

The inelastic response of many structural steel and reinforced concrete structures subject to extreme loadings can be characterized by elastoplastic behaviors. Although excursion beyond the elastic range is usually not permitted under normal conditions of service, the extent of permanent damage a structure may sustain when subjected to extreme conditions, such as severe blast or earthquake loading, is frequently of interest to the engineer. A blast is usually the result of an explosion defined as a "sudden expansion". This paper discusses the basic concept that defines blast loadings on structures and corresponding elastoplastic structural response (displacement, velocity, and acceleration) and try to explain a crack propagation of concrete in sudden expansion. According to nonlinear finite element analysis, the crack forms of static and dynamic states displayed different in RC structural members. This paper also provides useful data for the dynamic fracture analysis of RC frame structures.

대부분 강구조 및 철근콘크리트 구조물은 탄소성 거동에 의해 극한강도가 지배된다. 비록 평상시에는 탄성 범위를 초과하는 진폭(振幅)이 발생하지 않지만 심각한 폭발이나 지진하중과 같은 극단적인 경우가 발생할 때, 엔지니어는 구조물에 영구적인 손상을 줄 수 있는 상황들을 접하게 된다. 이러한 상태 평가를 위해 본 연구는 폭발 등의 극한하중에 특성에 의해 발생되는 구조물의 동적거동을 분석하였다. 그리고 본 연구는 극한진동 특성을 분석하기 위해 비선형 유한요소프로그램(ATENA2D, FRANC2DL)을 사용하였다. 본 연구의 해석결과, 평상시와 횡하중시의 균열은 발생 위치와 양태가 매우 다르게 나타났다. 또한, 초기 손상균열이 있는 RC라멘의 보에 단면형상과 기하학적 형상비 변화를 고려하여 균열각의 변화를 분석하였으며 이를 통해 동적 횡하중 작용에 의한 피해여부를 판단할 수 있었다.