본 논문에서는 헌치부를 갖는 교각구조물 및 지하철 박스구조물을 선형탄성 평면응력 유한요소해석, 설계기준 및 실험식, 그리고 스트럿-타이 모델 방법을 이용하여 설계하였으며, 설계결과의 비교$.$평가를 통하여 헌치부의 영향 및 설계방법간의 차이를 분석하였다. 또한 헌치부를 갖는 철근콘크리트 부재의 스트럿-타이 모델 설계결과의 신뢰성을 입증하기 위해 실제 실험$.$파괴된 헌치부를 갖는 철근콘크리트 보의 극한강도를 스트럿-타이 모델 해석을 통하여 평가하였다. 극한하중 상태의 거동을 고려하는 스트럿-타이 모델 설계방법은 하중직접전달작용 및 아치작용 등의 헌치부 영향을 나타내는 현상을 교각 및 박스구조물의 설계에 잘 반영하였으며, 따라서 기존의 방법에 의한 교각 및 박스구조물의 설계결과는 스트럿-타이 모델 설계를 통하여 보완되어야 할 것으로 판단된다.
철근콘크리트 코벨은 전단지간대 유효깊이의 비가 1보다 작은 부재로서, 주로 보의 하중을 기둥으로 전달하기 위해 사용된다. 이러한 철근콘크리트 코벨의 극한강도 및 거동은 전단지간대 유효깊이의 비, 콘크리트의 압축강도, 철근의 배근형태와 배근량, 그리고 부재의 형상 등 다양한 변수들의 영향을 받는다. 본 연구에서는 이러한 철근콘크리트 코벨의 강도 및 거동 특성을 모두 반영하여 설계를 수행할 수 있는 부정정 스트럿-타이 모델을 제안하였다. 또한 현행 설계기준의 스트럿-타이 모델방법을 부정정 스트럿-타이 모델을 이용한 철근콘크리트 코벨의 설계에 합리적으로 적용하기 위해 수평 트러스 메커니즘에 의해 전달되는 하중의 크기 즉 부정정 스트럿-타이 모델의 하중분배율을 제안하였다. 제안한 하중분배율을 ACI 318-05 스트럿-타이 모델 설계규정에 적용하여 파괴실험이 수행된 30개 철근콘크리트 코벨에 대한 극한강도 평가를 수행하였으며, 그 결과를 실험결과 및 ACI 318-05 설계기준에 의한 극한강도 평가결과와 비교하였다.
Previous experimental researches indicate that reinforced concrete beam-column joints play an important role in the mechanical properties of moment resisting frame structures, so as to require proper design. In order to get better understanding of the beam-column joint performance, a rational model needs to be developed. Based on the former considerations, two typical models for calculating the shear carrying capacity of the beam-column joint including the inelastic reinforced concrete joint model and the softened strut-and-tie model are selected to be introduced and analyzed. After examining the applicability of two typical models mentioned earlier to interior beam-column joints, several adjustments are made to get better predicting of the test results. For the softened strut-and-tie model, four adjustments including modifications of the depth of the diagonal strut, the inclination angle of diagonal compression strut, the smeared stress of mild steel bars embedded in concrete, as well as the softening coefficient are made. While two adjustments for the inelastic reinforced concrete joint model including modifications of the confinement effect due to the column axial load and the correction coefficient for high concrete are made. It has been proved by test data that predicted results by the improved softened strut-and-tie model or the modified inelastic reinforced concrete joint model are consistent with the test data and conservative. Based on the test results, it is also not difficult to find that the improved beam-column joint model can be used to predict the joint carrying capacity and cracks development with sufficient accuracy.
뼈대구조물의 강절점영역을 설계하기 위해서는 휨모멘트의 작용방향에 따른 절점영역 내부의 응력변화를 정확히 예측하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 다양한 형태의 헌치를 갖는 강절점영역의 설계에 있어서 현행의 도로교설계기준이 유용한지에 대해 검토하였다. 또한 선형탄성유한요소해석을 통해 휨모멘트의 작용시의 헌치를 갖는 절점영역내부의 응력상태를 파악한 다음, 이를 바탕으로 스터럿-타이 모델을 제안하였다. 본 연구를 통해 제안한 스터럿-타이 모델은 선형탄성유한요소와 동등수준의 정확도를 가지는 것을 확인하였고, 다양한 형태의 헌치를 갖는 강절점 영역의 보강철근 설계에 유용할 것으로 사료된다.
In this paper, a strut-and-tie model approach has been proposed to directly calculate the amount of reinforcements in deep beams, and the force transfer mechanisms for this approach were investigated using linear finite element analysis. The proposed strut-and-tie model provides quite similar force transfer mechanisms to the results of linear finite element analysis for the 28 deep beams. The load-carrying capacities calculated from the proposed method are both accurate and conservative with little scatter or trends for the 214 deep beams. The deep beams have different concrete strengths including high-strength, various combinations of web reinforcements, and wide range of and a/d ratios. Good accuracy was also obtained using VecTor2, nonlinear finite element analysis tool based on the Modified Compression Field Theory. Since the proposed method provides a safe and reliable means for design of deep beams, this can serve to improve design provisions in future adjustments and development of design guidelines.
This paper focuses on a development of strut-and-tie model (STM) to predict the capacity of an improved longitudinal joint for decked bulb-tee bridge systems. Nine reinforced concrete beam/slab specimens anchored by spliced headed bars with different details were tested. Test results were evaluated and compared with an anticipation of the validated STM. The proposed STM provides a lower bound of the ultimate capacity of the joint zone. It shows that the lap length of headed bars has a significant effect on structural behaviors of the improved joint. To develop a full strength joint, the range of the lap length can be determined by the strength and compatibility requirement. Design recommendations to spliced headed bars, concrete strength, as well as lacer bars in the joint zone are proposed for developing a full strength joint.
This research was prompted by the paucity of specific code provisions regarding the design of short columns for shear. The purpose of this paper was to investigate whether the use of the normal shear design procedure of various codes may or may not be applied to reliably calculate the shear strength of short columns. Provisions of the codes American ACI 318M-08, Canadian CSA A23.3-04, Japanese AIJ Guidelines, New Zealand NZS 3101, European EN 1998 (EC8) parts 1 and 3, combined with EN 1992-1-1 (EC2), and draft fib Model Code 2010, as well as a strut-and-tie model are applied on short columns tested under cyclic loading that failed in shear. Actual shear resistances are compared to predictions, and the resulting shortcomings of the codes are identified. EN1998-3 appears to be the only code among those considered that may be reliably applied to estimate the shear resistance of short columns. Further, the proposed strut-and tie model can be a useful tool for the detailed design and assessment of short columns.
In this paper, 2D SUB-3D STM approach for analysis and design of 3D structural concrete is presented. In the approach several 2D sub strut-tie models which are representations of compressive and tensile stress flows of each projected plane of 3D structural concrete are utilized in the sketch of a 3D strut-tie model, in the evaluation of effective strengths of compressive concrete struts, and in the verification of geometric compatibility and bearing capacity of critical nodal zones of 3D strut-tie model. To prove the validity and rationality of the suggested approach, the behavior and strength of a prestressed box girder diaphragm tested to failure are evaluated.
The designer has difficulty due to inadequacy of provisions in the domestic design code and lack of understanding for behavior of D-region. The reinforced concrete pier coping consists of various failure mechanisms as the crushing or splitting from compression concrete, and shearing failure under the loading plate. However, predicting those failure mechanisms is very difficult. In this study, reinforced concrete pier coping is analyzed and designed by using strut-tie model. Adequacy for the application of strut-tie model is verified by comparison with the way used in current design practice. The results show that strut-tie model can be a rational and an economical design than current conventional design methods.
The designer has difficulty due to inadequacy of provisions in the domestic design code and lack of understanding for behavior of D-region. The rectangular shaped corbel consist of various failure mechanisms as the crushing or splitting from compression concrete, and shearing failure under the loading plate. However, predicting those failure mechanisms is very difficult. In this study, rectangular shaped corbel is analyzed and designed by using strut-tie model. Adequacy for the application of strut-tie model is verified by comparison with the way used in current design practice. The results show that strut-tie model can be a rational and an economical design than current conventional design methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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