• Computers and Concrete
• /
• 제20권2호
• /
• pp.129-143
• /
• 2017

Seismic design of reinforced concrete (RC) structures requires a certain minimum level of flexural ductility. For example, Eurocode EN1998-1 directly specifies a minimum flexural ductility for RC beams, while Chinese code GB50011 limits the equivalent rectangular stress block depth ratio at peak resisting moment to achieve a certain nominal minimum flexural ductility indirectly. Although confinement is effective in improving the ductility of RC beams, most design codes do not provide any guidelines due to the lack of a suitable theory. In this study, the confinement for desirable flexural ductility performance of both normal- and high-strength concrete beams is evaluated based on a rigorous full-range moment-curvature analysis. An effective strategy is proposed for flexural ductility design of RC beams taking into account confinement. The key parameters considered include the maximum difference of tension and compression reinforcement ratios, and maximum neutral axis depth ratio at peak resisting moment. Empirical formulae and tables are then developed to provide guidelines accordingly.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제37권2호
• /
• pp.277-287
• /
• 2017

이 연구는 한계상태설계법을 기반으로 하는 도로교설계기준에 의해 철근콘크리트 휨부재 설계 시 적용하는 균형철근비와 최대 철근량에 대한 규정을 검토한 것이다. 현행 도로교설계기준(한계상태설계법)에서는 휨부재 철근량 산정의 기준이 되는 균형철근비에 대한 명시적 규정이 없고, 휨모멘트 재분배 효과를 반영한 최대 중립축 깊이 및 콘크리트 단면적의 0.04배로서 최대 철근량을 산정한다. 그런데, 최대 중립축 깊이 규정에 의하면 최대 철근량이 적게 산정되어 단면을 크게 하여야 하며, 콘크리트 단면적의 0.04배라는 한계값이 적용될 경우에는 인장 철근의 변형률이 항복 변형률의 2배 이하로 되어 충분한 연성거동을 보장할 수 없는 문제점이 있다. 이 연구에서는 연성거동을 확보할 수 있는 휨부재 설계를 위한 사용 철근량 산정의 기준이 되는 균형철근비를 극한한계상태 검증 규정 및 재료 특성과 콘크리트 기준압축강도에 따른 극한한계변형률을 도입하여 설계 실무에 적용할 수 있도록 간편한 식으로 유도하였다. 그리고, 설계된 휨부재가 충분한 연성이 확보되도록 인장철근의 최소허용변형률을 항복변형률의 2배로 가정하고 철근의 기준항복강도 및 콘크리트 기준압축강도에 상관없이 만족할 수 있도록 최대 중립축 깊이 비 보정계수를 도입하여 수정하고, 이로부터 최대철근비를 산정할 수 있도록 하였다.

• Computers and Concrete
• /
• 제8권4호
• /
• pp.445-463
• /
• 2011

In the design of reinforced concrete (RC) beams, apart from providing adequate strength, it is also necessary to provide a minimum deformability even for beams not located in seismic regions. In most RC design codes, this is achieved by restricting the maximum tension steel ratio or neutral axis depth. However, this empirical deemed-to-satisfy method, which was developed based on beams made of normal-strength concrete (NSC) and normal-strength steel (NSS), would not provide a consistent deformability to beams made of high-strength concrete (HSC) and/or high-strength steel (HSS). More critically, HSC beams would have much lower deformability than that provided previously to NSC beams. To ensure that a consistent deformability is provided to all RC beams, it is proposed herein to set an absolute minimum rotation capacity to all RC beams in the design. Based on this requirement, the respective maximum limits of tension steel ratio and neutral axis depth for different concrete and steel yield strengths are derived based on a formula developed by the authors. Finally for incorporation into design codes, simplified guidelines for designing RC beams having the proposed minimum deformability are developed.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제29권2호
• /
• pp.179-187
• /
• 2017

철근콘크리트 휨 부재의 최대철근비에 대한 설계 규정은 일반적으로 부재 파괴 시 철근이 항복하도록 하여 충분한 연성과 경제성을 보장 하도록 하고 있다. 콘크리트구조기준(2012)에서 최대철근비는 인장 철근의 순인장변형률 항으로 표현되고, 고강도 재료가 사용되는 경우 매우 높은 철근비를 나타낸다. 따라서 이는 콘크리트 타설시 시공성 확보에 어려움을 야기할 수 있다. 이에 반해, 도로교설계기준(한계상태설계)에서는 최대중립축 깊이비가 0.4가 되도록 최대철근비를 규정하고 있다. 이 결과로부터 시공성 및 연성을 확보할 수 있는 최대철근비에 대한 합리적인 모델을 제시하였다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제28권3호
• /
• pp.279-288
• /
• 2016

이 연구에서는 철근콘크리트(reinforced concrete, RC) 기둥의 휨 거동을 비교적 간단한 방법으로 평가하기 위해서 모멘트-곡률 관계를 단순화하였다. RC 기둥에서 주철근 배근을 이상화하고 힘의 평형조건 및 변형률 적합조건에 기반하여 초기 휨 균열 발생, 인장철근 항복 도달, 최대 내력 및 최대 내력 도달 후 최대 내력의 80% 시점에서의 내력과 중립축 깊이를 산정하였다. 기둥의 최대 내력 이후의 콘크리트 압축연단 변형률은 Kim et al의 구속된 콘크리트 응력-변형률 관계를 이용하여 산정하였다. 단순화된 모멘트-곡률 관계로부터 환산된 기둥의 횡하중-횡변위 관계는 다양한 변수하에서 수행한 기둥 실험결과와 잘 일치하였다. 고려된 각 단계에서의 모멘트와 중립축 깊이는 주철근 지수, 횡보강근 체적지수 및 축력 지수의 함수로 모델링하였다. 결국, 기둥의 곡률 연성은 콘크리트 압축강도 및 주철근과 횡보강근의 양과 함께 작용 축하중비에 중요한 영향을 받았다.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제38권6호
• /
• pp.697-714
• /
• 2011

Assessing the ductility of reinforced concrete sections and members has been a complex and intractable problem for many years. Given the complexity in estimating ductility, members are often designed specifically for strength whilst ductility is provided implicitly through the use of ductile steel reinforcing bars and by ensuring that concrete crushing provides the ultimate limit state. As such, the empirical hinge length and neutral axis depth approaches have been sufficient to estimate ductility and moment redistribution within the bounds of the test regimes from which they were derived. However, being empirical, these methods do not have a sound structural mechanics background and consequently have severe limitations when brittle materials are used and when concrete crushing may not occur. Structural mechanics based approaches to estimating rotational capacities and rotation requirements for given amounts of moment redistribution have shown that FRP plated reinforced concrete (RC) sections can have significant moment redistribution capacities. In this paper, the concept of moment redistribution in beams is explained and it is shown specifically how an existing RC member can be retrofitted with FRP plates for both strength and ductility requirements. Furthermore, it is also shown how ductility through moment redistribution can be used to maximise the increase in strength of a member. The concept of primary and secondary hinges is also introduced and it is shown how the response of the non-hinge region influences the redistribution capacity of the primary hinges, and that for maximum moment redistribution to occur the non-hinge region needs to remain elastic.

• 대한조선학회 특별논문집
• /
• 대한조선학회 2011년도 특별논문집
• /
• pp.117-126
• /
• 2011

The buckling assessment of plate panels described in common structural rules (CSR) is to be determined according to the buckling utilization factor with hull girder stresses calculated on net hull girder sectional properties. As the thickness requirement for the buckling assessment of plate panels is not explicitly given in CSR, a lot of time is spent to find the proper thickness of plate panels until reaching to an allowable buckling utilization factor. In this study, in order to reduce time and cost, the thickness requirement of plate panels satisfying buckling assessment was derived. The structural design system included with the thickness requirement for buckling assessment was developed. The system is called as Oil-tanker Automated Structural Investigation System (OASIS). The design result of longitudinal strength members using OASIS was verified by Nauticus Hull which is the rule scantling software of DNV. Finally, optimum design of a double hull tanker for the minimum weight using OASIS was presented.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제24권1호
• /
• pp.88-96
• /
• 2020

고밀도 폐유리가 콘크리트를 포함하는 건설 재료로 사용 가능함이 밝혀짐에 따라 본 연구에서는 고밀도 폐유리를 잔골재로 적용한 RC 부재의 구조적 거동을 평가하고자 휨거동 실험을 수행하고 그 결과를 비선형 유한요소해석 결과와 비교 검토하였다. 그 결과, 고밀도 폐유리를 잔골재로 사용하게 되면, 균열 개수가 감소하고 균열 간격 및 압괴 면적이 증가하였다. 또한, 고밀도 폐유리를 잔골재로 대체한 부재는 높은 처짐 단계에서 연성이 감소되었다. 이러한 이유로 천연골재를 사용한 부재와 동일한 방법의 해석 기법은 고밀도 폐유리를 잔골재로 대체한 부재의 휨거동에 대한 초기강성, 항복하중 및 최대하중을 제대로 예측하지 못하는 것으로 나타났으나, 압괴 진전에 따른 중립축 깊이가 감소하는 것을 해석적으로 구현하게 되면, 비선형 유한요소 해석 결과가 실험결과를 비교적 잘 예측하는 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제22권4호
• /
• pp.396-402
• /
• 2021

철근콘크리트 휨부재 단면은 휨강도를 확보함과 동시에 연성을 확보할 수 있도록 설계되어야 한다. 설계기준에서는 연성거동을 확보하기 위해 철근비나 중립축 깊이를 제한한다. 균형철근비 보다 적은 철근량이 배치된 단면은 연성이 확보되므로 균형철근비는 이론적인 최대철근비가 된다. 그러나 너무 적은 양의 철근량이 배치된 단면은 연성 거동과 관계 없이 균열 휨모멘트를 만족하지 못하고 취성 파괴될 수 있다. 또한, 최근 들어 고강도 재료의 사용이 증가함에 따라 최소철근비로 설계된 부재의 설계도 증가하고 있다. 이에 설계기준에서는 최소철근량에 대해서도 규정하고 있다. 콘크리트구조기준(2012)에서는 최소철근량에 대하여 철근과 콘크리트 강도의 항으로 직접적으로 규정하였다. 그러나 개정된 콘크리트구조 학회기준(2017)에서는 설계 휨강도와 균열 모멘트 사이의 관계를 통해 최소철근량을 간접적으로 제시하고 있다. 이는 피복두께에 대한 영향을 반영할 수 있지만, 재료 모델에 대한 정의가 필요하다. 따라서 이 연구에서는 콘크리트구조기준(2012)과 콘크리트구조 학회기준(2017)의 최소철근량에 대한 규정을 비교 검토하고, 다양한 해석 변수를 통해 최소철근량의 변화를 검토하여 합리적인 최소철근량 검토 방안에 대하여 고찰하였다.