Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회논문집)

Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회)
권호 표지

Nonlinear Analysis of Steel-Concrete Composite Structures using XFINAS Interface and Solid Elements

XFINAS 계면요소와 고체요소를 이용한 콘크리트-강재 합성구조물의 비선형 거동해석

  • Received : 2009.09.25
  • Accepted : 2010.06.04
  • Published : 2010.06.30
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Abstract

Unlike the structure which has a homogeneous material property, a composite structure is coupled with materials which have different properties, namely, steel and concrete. At actual modeling, the real behavior cannot be predicted without consideration of those material characteristics. Therefore, by putting the interface element between concrete and steel, a slip of steel and concrete is made predictable. Interface element can be used properly not by an ordinary constitutive relation, but by a non-linear constitutive relation considering actual adhesion and slip. A contact surface between plate-shape steel box and concrete is described by using this interface element. Furthermore, because the general 8 node conforming element is inappropriate for describing a bending buckling behavior of steel box, the EAS(Enhanced Assumed Strain) solid-shell element is used to describe a bending behavior of plate-shape steel box.

합성구조는 전체가 동일한 재료 특성을 가지는 구조와는 달리 서로 다른 특성 즉 강재와 콘크리트의 구조로 결합되어 있다. 따라서 실제 모델링 시 이러한 재료 특성을 반영하지 않으면 실제 거동을 예측할 수 없으므로 콘크리트와 강재 사이에 인터페이스 요소를 연결하여 강재와 콘크리트의 슬립을 예측할 수 있게 한다. 인터페이스 요소는 일반적으로 사용되는 구성방정식은 적합하지 않고 실제 부착 및 슬립을 고려한 비선형 구성 방정식을 사용하여야만 적절히 사용할 수 있다. 이 계면요소를 이용하여 판형 강재 박스와 콘크리트의 접촉면을 묘사하였다. 그리고 강재 박스의 휨-좌굴 거동을 묘사하기 위해서는 일반적인 8절점 적합 요소의 사용은 부적절하므로 판형 강재 박스는 보강 변형도(Enhanced Assumed Strain) 고체요소를 사용하여 휨거동을 묘사할 수 있게 하였다.

Keywords

References

  1. 김현종, 염응준, 한택희, 강영종 (2007) 내부 구속 중공 CFT 교각의 연성도 평가, 한국전산구조공학회 학술발표회, pp.683-687.
  2. 정철헌, 송나영, 김인규, 진병무 (2009) CFT 트러스 거더의 휨강성 및 진동특성, 대한토목학회 논문집, 29(1A), pp.19-30.
  3. 황원섭, 김동조, 정대안 (2003) 콘크리트 구속효과를 고려한 CFT 단주의 극한강도, 대한토목학회 논문집, 23(5A), pp.1011-1018.
  4. Carol, I., Prat, P.C., Lopez, C.M. (1997) Normal/ Shear Cracking Model: Application to Discrete Crack Analysis, Journal of Engineering Mechanics, ASCE 123, pp.765-773. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(1997)123:8(765)
  5. Dvorkin, E., Bathe, K.J. (1984) A Continuum Mechanics Based Four-Node Shell Element for General Nonlinear Analysis, Eng. Comput., 1, pp.77-88. https://doi.org/10.1108/eb023562
  6. Freischlager, C., Schweizerhof, K. (1996) On a Systematic Development of Trilinear Three- Dimensional Solid Elements Based on Simo's Enhanced Strain Formulation, Int. J. Numer. Meth. Eng., 33, pp.2993-3017.
  7. Hauptmann, R., Schweizerhof, K. (1998) A Systematic Development of Solid-Shell Element Formulations for Linear and Nonlinear Analysis Employing Only Displacement Degree of Freedom, Int. J. Numer. Meth. Eng., 42, pp.49-70. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0207(19980515)42:1<49::AID-NME349>3.0.CO;2-2
  8. Hauptmann, R., Schweizerhof, K., Doll, S. (2000) Extension of the Solid-Shell Concept for Large Elastic and Large Elasto-Plastic Deformations, Int. J. Numer. Meth. Eng., 49, pp.1121-1141. https://doi.org/10.1002/1097-0207(20001130)49:9<1121::AID-NME130>3.0.CO;2-F
  9. Maekawa K., Pimanmas A., Okamura H. (2003) Nonlinear Mechanics of Reinforced Concrete, Spon press, London.
  10. Parisch, H. (1995) A Continuum-Based Shell Theory for Non-Linear Applications, Int. J. Numer. Meth. Eng., 38, pp.1855-1883. https://doi.org/10.1002/nme.1620381105
  11. Shakir, Khalil, H. (1993) Pushout Strength of Concrete- Filled Steel Hollow Sections, The Structural Engineer, 71(13/6), pp.230-243.
  12. Simo, J.C., Rifai, M.S. (1990) A Class Of Mixed Assumed Strain Methods and the Method of Incompatible Modes, Int. J. Numer. Meth. Eng., 29, pp.1595-1638. https://doi.org/10.1002/nme.1620290802
  13. Simo, J.C., Armero, F. (1992) Geometrically Non-Linear Enhanced Strain Mixed Methods and the Method of Incompatible Modes, Int. J. Numer. Meth. Eng., 33, pp.1413-1449. https://doi.org/10.1002/nme.1620330705