• Computers and Concrete
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• 제8권6호
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• pp.735-755
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• 2011

The capability of a multi-directional fixed smeared crack constitutive model to simulate the flexural/punching failure modes of fiber reinforced concrete (FRC) laminar structures is discussed. The constitutive model is implemented in a computer program based on the finite element method, where the FRC laminar structures were simulated according to the Reissner-Mindlin shell theory. The shell is discretized into layers for the simulation of the membrane, bending and out-of-plane shear nonlinear behavior. A stress-strain softening diagram is proposed to reproduce, after crack initiation, the evolution of the normal crack component. The in-plane shear crack component is obtained using the concept of shear retention factor, defined by a crack-strain dependent law. To capture the punching failure mode, a softening diagram is proposed to simulate the decrease of the out-of-plane shear stress components with the increase of the corresponding shear strain components, after crack initiation. With this relatively simple approach, accurate predictions of the behavior of FRC structures failing in bending and in shear can be obtained. To assess the predictive performance of the model, a punching experimental test of a module of a façade panel fabricated with steel fiber reinforced self-compacting concrete is numerically simulated. The influence of some parameters defining the softening diagrams is discussed.

• International Journal of Concrete Structures and Materials
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• 제11권1호
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• pp.161-169
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• 2017

Flat slab systems are vastly used in multi-story buildings because of their savings in story height and construction time, as well as for their flexibility in architectural remodeling. However, they frequently suffer brittle punching-shear failure around columns, especially when subjected to lateral loads. Therefore, seismic codes labeled flat slabs as non-ductile systems. This research goal is investigating some construction alternatives to enhance flat slab ductility and deformability. The alternatives are: adding different types of punching-shear reinforcement, using discreet fibers in concrete mixes, and increasing thickness of slab around columns. The experimental study included preparation and testing of seven half-scale interior slab-column connections up to failure. The first specimen is considered a reference, the second two specimens made of concrete mixes with different volumetric ratios of polymer fibers. Another three specimens reinforced with different types of punching-shear reinforcement, and the last specimen constructed with drop panel of inverted pyramidal shape. It is found that using the inverted pyramid-shape drop panel of specimen, increases the punching-shear capacity, and the initial and the post-cracking stiffnesses. The initial elastic stiffnesses are different for all specimens especially for the slab with closed stirrups where it is experienced the highest initial stiffness compared to the reference slab.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권1호
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• pp.110-117
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• 2002

공용하중의 증가 등에 따른 교량 바닥판의 성능향상 시 바닥판 두께, 콘크리트 강도, 철근강도 그리고 철근비와 더불어 보강재비에 의하여 바닥판의 파괴양상은 바뀌어 질 수 있다. 일반적으로 교량 바닥판의 파괴양상은 주철근 및 배력철근의 항복 이후에 펀칭전단파괴가 발생하는 것으로 나타나고 있으며, 외부부착공법을 적용함에 있어서 이러한 파괴양상을 유지해야 될 것으로 판단된다. 본 연구에서는 바닥판에 사용된 철근비 및 보강재비 등을 주요변수로 하여 항복선 이론 및 소성 펀칭모델 등을 적용한 항복강도 및 파괴강도를 해석하였으며, 철근비에 따른 임계보강재량을 제안하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권4호
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• pp.207-220
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• 1999

성토지지말뚝으로 지지된 연약지반상 성토지반의 파괴형태를 조사하기 위하여 실내모형실험이 실시되었다. 성토지지말뚝은 성토하중의 지지효과를 증대시키기 위하여 줄말뚝의 형태로 설치하였으며 줄말뚝의 두부는 지중보 형태의 말뚝캡보로 서로 연결시켰다. 이 말뚝캡보는 성토지반의 장축방향에 직각이 되도록 연결시켰다. 사용모래로는 주문진 표준사를 사용하였으며 성토지반의 변형거동을 관찰하기 위하여 흑연가루로 채색한 모래층과 원래의 모래층을 서로 3mm두께로 번갈아 성토하여 줄무늬를 만들었다. 실험중 촬영한 사진분석으로 부터 성토지반의 파괴형태는 지반아칭파괴와 펀칭전단파괴의 두가지임을 알 수 있다. 성토지반내 어떤 파괴형태가 발생될 것인가는 성토고와 말뚝캡보 사이의 간격에 의존함을 알 수 있다. 즉 성토고가 말뚝캡보사이 간격에 비하여 충분히 높으면 지반아칭파괴가 발생되며 그 반대의 경우는 펀칭전단파괴가 발생된다. 지반아칭파괴는 말뚝캡보 폭과 같은 두께를 가지는 반원통형 아치형태로 성토지반내에 발생한다. 그리고, 말뚝캡보 위에는 쐐기영역이 발생하며 이 쐐기영역은 지반아칭파괴나 펀칭전단파괴가 발달하는 동안에도 변형되지 않은 상태로 남아있다. 펀칭전단파괴시 변형토괴의 경계형상도 실험중 촬영한 사진분석에 근거하여 밝혀질 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.345-356
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• 2010

직접전단과 불균형모멘트를 재하받는 슬래브-기둥 내부 접합부에 대한 대체설계방법이 개발되었다. 슬래브-기둥 접합부는 뚫림전단파괴에 앞서서 휨균열에 의해서 손상을 받으므로, 이 연구에서는 위험단면의 압축대에서 대부분의 전단저항이 발휘된다고 가정하였다. 뚫림전단강도의 산정을 위하여, 슬래브 휨모멘트와 불균형모멘트에 의해서 유발되는 압축수직응력의 영향을 고려하였다. 압축수직응력과 전단응력 사이의 상관관계를 고려하기 위하여, Rankine의 콘크리트 재료파괴기준을 사용하였다. 제안된 강도모델은 실험 결과와의 비교를 통하여 검증하였다. 검증 결과, 제안된 설계방법은 ACI 318과 Eurocode 2 보다 우수한 강도추정능력을 가지고 있으며 직접전단 또는 직접전단-불균형모멘트 복합하중을 재하받는 슬래브-기둥 접합부의 설계에 사용될 수 있다는 점이 밝혀졌다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제9권5호
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• pp.23-30
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• 2009

현행 도로교설계기준의 바닥판에 대한 설계방법은 휨 이론에 따라 바닥판을 단위 폭의 보로 보고 강도설계법으로 설계하고 있다. 그러나 실제 교량 바닥판의 파괴 형태는 펀칭에 의한 파괴이므로 바닥판의 극한성능은 펀칭전단강도를 토대로 평가해야 할 것이다. 하지만 기존에 연구된 결과로는 초간편 강합성 바닥판의 펀칭전단강도를 산정하기 어려워 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 본 논문에서는 초간편 강합성 바닥판과 기존의 RC 바닥판에 대하여 펀칭전단강도실험을 실시하여 거동특성을 비교하였으며, 기존 RC 바닥판에 적용하고 있는 각국의 설계식들과 비교하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권4호
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• pp.523-530
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• 2008

구조설계기준에서, 슬래브의 최대 펀칭전단응력은 연직하중에 의한 직접전단과 불균형모멘트에 의한 편심전단의 조합응력으로 규정하고 있다. 이것은 슬래브에 작용하는 펀칭전단응력에 불균형모멘트의 영향을 반영한 것이다. 그러나 부재의 저항성능 즉 펀칭전단강도에는 슬래브의 불균형모멘트강도 영향을 전혀 고려하고 있지 않다. 본 논문에서는 불균형모멘트-펀칭전단 상관모델을 제시하였다. 상관모델에서 불균형모멘트와 펀칭전단의 하중영향 및 저항성능 관계는 2차원으로 표현된다. 상관모델을 이용하여, "슬래브의 펀칭전단강도를 결정하는데 있어 불균형모멘트강도를 어떻게 반영할 것인지"에 대한 방안을 제시하였다. 또한, 전단보강재가 불균형모멘트강도에 미치는 영향을 분석하고 이를 구조설계에 반영하기 위한 유효폭확대계수의 적용을 제안하였다. 본 논문에서 제시한 상관모델은 하중과 전단보강재에 따른 펀칭전단과 불균형모멘트 강도를 실제 거동에 가깝게 정의할 수 있고 슬래브의 휨지배파괴 또는 전단지배파괴의 최종적인 파괴모드를 쉽게 예측할 수 있어 슬래브의 구조적 거동을 예측하는데 매우 효과적이다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권2호
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• pp.51-58
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• 2022

플랫 플레이트는 매우 경제적인 구조시스템으로서 고층건물과 아파트, 지하 주차장등에 널리 쓰인다. 하지만 기둥-슬래브 접합부가 뚫림전단에 취약하기 때문에 건물의 연쇄붕괴로 이어질 수 있는 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 뚫림전단강도 증가, 연성능력 향상, 시공성면에서 뛰어난 나선형 철근 전단 보강재가 제안되었으며, 실험을 통해 나선형 철근 전단보강재의 강도를 평가하였다. 현행 기준은 전단보강된 슬래브-기둥 접합부의 뚫림전단강도를 정확하게 예측하지 못하고 있다. 그 이유는 전단보강재가 설치되는 슬래브의 두께가 얇을경우 정착길이가 확보되지 못하여 전단보강재가 항복강도에 이르기 전에 파괴가 일어나기 때문이다. 이에 본 연구에서는 유한요소해석 프로그램 LUSAS ver14.3을 이용하여 나선형 전단보강재의 보강성능에 영향을 미치는 변수를 분석하여 강도보정계수를 도출하였다. 또한 CEB-FIP 데이터뱅크에 수록된 실험체의 회귀분석을 통해 전단보강된 슬래브-기둥 접합부의 뚫림전단강도 산정식을 제안하였다.

• Computers and Concrete
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• 제23권3호
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• pp.217-233
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• 2019

This paper describes the numerical modelling of an interior slab-column connection to investigate the punching shear resistance of reinforced concrete (RC) slabs under fire conditions. Parameters of the study were the fire direction, flexural reinforcement ratio, load levels, shear reinforcement and compressive strength of concrete. Moreover, the efficiency of the insulating material, gypsum, in reducing the heat transferred to the slab was assessed. Validation studies were conducted comparing the simulation results to experiments from the literature and common codes of practice. Temperature dependencies of both concrete and reinforcing steel bars were considered in thermo-mechanical analyses. Results showed that there is a slight difference in temperature endurance of various models with respect to concrete with different compressive strengths. It was also concluded that compared to a slab without gypsum, 10-mm and 20-mm thick gypsum reduce the maximum heat transferred to the slab by 45.8% and 70%, respectively. Finally, it was observed that increasing the flexural reinforcement ratio changes the failure mode from flexural punching to brittle punching in most cases.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권3호
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• pp.361-367
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• 2014

이 연구에서는 실험연구를 통하여 경량골재콘크리트 바닥판의 펀칭전단강도를 평가하였다. 일반콘크리트와 서로 다른 4 종류의 경량골재를 사용하여 총 5 개의 바닥판 실험체를 제작하였다. 이 연구에서 사용된 4 가지의 경량골재는 서로 원재료(점토, 셰일, 혹은 점판암) 및 형상 (원형 혹은 분쇄형)이 다르며, 이러한 서로 다른 경량 골재들이 바닥판의 펀칭전단강도에 미치는 영향을 실험 결과를 바탕으로 분석하였다. 실험 결과, 원형 경량골재로 만든 바닥판실험체의 펀칭전단파괴면은 일반콘크리트 실험체 및 파쇄된 경량골재 바닥판실험체보다 기울기가 낮았으며, 이로 인해 전단파괴면이 더 넓게 분포하였다. 이로 인해 펀칭 전단강도가 증가될 수 있었다. 반면에 파쇄된 경량골재의 경우 파괴면이 일반 콘크리트와 유사한 것으로 나타났다. 마지막으로 실험 결과를 현재 펀칭전단강도를 예측하는데 널리 쓰이는 국내기준과 ACI318-11 및 CEB-FIP 코드와 비교 분석하여 경량골재콘크리트 바닥판의 펀칭전단강도 예측의 유효성을 검증하였다.