• 콘크리트학회논문집
• /
• 제19권2호
• /
• pp.199-207
• /
• 2007

본 연구에서는 비접촉 겹침 이음에 대한 스트럿-타이 모델을 제시하여 유효 겹침 이음 길이(effective lap length, $l_p$)와 이음 강도에 영향을 주는 요인들을 분석하였다. 부착응력이 작용하여 이음 강도에 기여하는 유효 겹침 이음 길이는 전체 겹침 이음 길이보다 짧으며, 이음된 철근에 직각방향으로 배근된 횡보강량비$({\Phi})$와 (이음된 철근간 거리)/(겹침 이음 길이) 비$({\alpha})$의 영향을 받는다. 이음된 철근간 거리가 멀어질수록 동일 겹침 이음 길이에서 유효 겹침 이음 길이는 짧아지게 되어 이음 내력은 작아진다. (이음된 철근간 거리)/(겹침 이음 길이) 비$({\alpha})$가 유효 겹침 이음 길이 결정에 미치는 영향은 횡보강량비$({\Phi})$가 낮을수록 커지게 된다. 이것은 횡보강량비가 낮을수록 이음된 철근 사이에 존재하는 스트럿의 기울기가 커지므로, 이음된 철근 사이 거리가 유효 겹침 이음 길이 결정에 큰 영향을 주기 때문이다. 비접촉 겹침 이음에 대한 제안된 스트럿-타이 모델은 실제 힘의 흐름을 분석할 수 있어, 다양한 재료 및 기하학적 조건에 적합한 철근 상세 설계를 가능하게 한다. 기존 문헌의 실험에서 나타난 거동 특성과 횡보강량이 이음 강도에 미치는 영향을 제안된 스트럿-타이 모델을 이용하여 효과적으로 설명할 수 있으며, 25개 실험체에 대한 이음 강도를 변동계수 11.1% 범위 내에서 적절히 예측할 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제18권1호
• /
• pp.31-39
• /
• 2014

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.

• Computers and Concrete
• /
• 제25권5호
• /
• pp.461-470
• /
• 2020

This paper presents a numerical study on structural behavior of hammer head pier cap beams, extended on verges and reinforced with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) plates. A 3-D finite element (FE) model along with a simplified analytical model are presented. Concrete damage plasticity (CDP) was adapted in the FE model and an analytical approach predicting the CFRP anchor strength was adapted in both FE and analytical model. Total five quarter-scaled pier cap beams with various CFRP reinforcing schemes were experimentally tested and analyzed with numerical approaches. Comparison between experimental results, FE results, analytical results and current ACI guideline predictions was presented. The FE results showed good agreement with experimental results in terms of failure mode, ultimate capacity, load-displacement response and strain distribution. In addition, the proposed strut-and-tie based analytical model provides the most accurate prediction of ultimate strength of extended cap beams among the three numerical approaches.

• Advances in Computational Design
• /
• 제1권1호
• /
• pp.61-77
• /
• 2016

Seismic performance of structures depends on the force flow mechanism inside the structure. Discontinuity regions, like beam-column joints, are often affected during earthquake event due to the complex and discontinuous load paths. The evaluation of shear strength and identification of failure mode of the joint region are helpful to (i) define the strength hierarchy of the beam-column sub-assemblage, (ii) quantify the influence of different parameters on the behaviour of beam-column joint and, (iii) develop suitable and adequate strengthening scheme for the joints, if required, to obtain the desired strength hierarchy. In view of this, it is very important to estimate the joint shear strength and identify the failure modes of the joint region as it is the most critical part in any beam-column sub-assemblage. One of the most effective models is softened strut and tie model which was developed by incorporating force equilibrium, strain compatibility and constitutive laws of cracked reinforced concrete. In this study, softened strut and tie model, which incorporates force equilibrium equations, compatibility conditions and material constitutive relation of the cracked concrete, are used to simulate the shear strength behaviour and to identify failure mechanisms of the beam-column joints. The observations of the present study will be helpful to arrive at the design strategy of the joints to ensure the desired failure mechanism and strength hierarchy to achieve sustainability of structural systems under seismic loading.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
• /
• 한국콘크리트학회 2008년도 추계 학술발표회 제20권2호
• /
• pp.265-268
• /
• 2008

슬래브-기둥 접합부는 많은 구조물의 시공에 사용되고 있다. 그러나 횡하중을 받는 슬래브-기둥 접합부의 파괴거동 및 극한강도를 예측하는 것이 매우 어렵기 때문에 현행 구조물 설계기준은 횡하중을 받는 슬래브-기둥 접합부의 파괴 거동을 명확하게 설명하지 못하고 있다. 본 논문에서는 횡하중을 받는 슬래브-기둥 접합부의 극한해석과 설계를 위하여 응력교란영역을 가지는 3차원 구조의 해석과 설계를 위하여 제안된 3차원 격자 스트럿-타이 모델 방법을 파괴실험이 수행된 43개의 횡하중을 받는 슬래브-기둥 접합부의 극한강도 평가에 적용하고, ACI 318-05 기준과 FIB 1999 기준에 의한 극한강도 평가결과와 비교함으로써 3차원 격자 스트럿-타이 모델 방법의 타당성을 검토하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제12권6호
• /
• pp.685-698
• /
• 2001

In this paper, a general method for the automatic search for Strut-and-Tie (S&T) models representative of possible resistant mechanisms in reinforced concrete elements is proposed. The representativeness criterion here adopted is inspired to the principle of minimum strain energy and requires the consistency of the model with a reference stress field. In particular, a highly indeterminate pin-jointed framework of a given layout is generated within the assigned geometry of the concrete element and an optimum truss is found by the minimisation of a suitable objective function. Such a function allows us to search the optimum truss according to a reference stress field deduced through a F.E.A. and assumed as representative of the given continuum. The theoretical principles and the mathematical formulation of the method are firstly explained; the search for a S&T model suitable for the design of a deep beam shows the method capability in handling the reference stress path. Finally, since the analysis may consider the structure as linear-elastic or cracked and non-linear in both the component materials, it is shown how the proposed procedure allows us to verify the possibilities of activation of the design model, oriented to the serviceability condition and deduced in the linear elastic field, by following the evolution of the resistant mechanisms in the cracked non-linear field up to the structural failure.

• Biomaterials and Biomechanics in Bioengineering
• /
• 제3권1호
• /
• pp.1-14
• /
• 2016

Well-ordered porous materials are very promising in orthopedics since they allow tailoring the mechanical properties. Finite element (FE) analysis is commonly used to evaluate the mechanical behavior of well-ordered porous materials. However, FE results generally differ importantly from experimental data. In the present article, three types of manufacturing irregularities were characterized on an additive manufactured porous titanium sample having a simple cubic unit-cell: strut diameter variation, strut inclination and fractured struts. These were included in a beam FE model. Results were compared with experimental data in terms of the apparent elastic modulus (Eap) and apparent yield strength (SY,ap). The combination of manufacturing irregularities that yielded the closest results to experimental data was determined. The idealized FE model resulted in an Eap one order of magnitude larger than experimental data and a SY,ap almost twice the experimental values. The strut inclination and fractured struts showed the strongest effects on Eap and SY,ap, respectively. Combining the three manufacturing irregularities produced the closest results to experimental data. The model also performed well when applied to samples having different structural dimensions. We recommend including the three proposed manufacturing irregularities in the FE models to predict the mechanical behavior of such porous structures.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제73권5호
• /
• pp.515-527
• /
• 2020

This paper presents a stress field approach for the shear capacity of stirrup-reinforced concrete beams that explicitly incorporates the contribution of principal tensile stresses in concrete. This formulation represents an extension of the variable strut inclination method adopted in the Eurocode 2. In this model, the stress fields in web concrete consist of principal compressive stresses inclined at an angle θ combined with principal tensile stresses oriented along a direction orthogonal to the former (the latter being typically neglected in other formulations). Three different failure mechanisms are identified, from which the strut inclination angle and the corresponding shear strength are determined through equilibrium principles and the static theorem of limit analysis, similar to the EC-2 approach. It is demonstrated that incorporating the contribution of principal tensile stresses of concrete slightly increases the ultimate inclination angle of the compression struts as well as the shear capacity of reinforced concrete beams. The proposed stress field approach improves the prediction of the shear strength in comparison with the Eurocode 2 model, in terms of both accuracy (mean) and precision (CoV), as demonstrated by a broad comparison with more than 200 published experimental results from the literature.

• Advances in concrete construction
• /
• 제16권4호
• /
• pp.217-230
• /
• 2023

Methods for designing the post-tensioned anchorage zones at ultimate limit state has been specified in current design codes based on strut-and-tie models (STM). However, it is still not clear how to estimate the serviceability behavior of the anchorage zones. The serviceability is just indirectly taken into account by means of the reasonable reinforcement detailing. To address this issue, this paper is devoted to developing a modified strut-and-tie model (MSTM) to predict the behavior of concentric anchorage zones throughout the loading process. The principle of stationary complementary energy is introduced into STM at each load step to satisfy the compatibility condition and generate the unique MSTM. The structural behavior of anchorage zones can be achieved based on MSTM from loading to failure. Simplified formulas have been proposed to estimate the first cracking load, bearing capacity and maximum crack width with the consideration of the details of reinforcement bursting bars. The proposed model provides a definite method to control the bursting crack width in concentric anchorage zones. Four specimens with different bearing plate ratios have been designed and tested to validate the proposed method.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제23권1호
• /
• pp.3-12
• /
• 2011

철근콘크리트 깊은 보의 거동은 전단경간비, 휨철근비, 하중점과 지지점의 조건, 그리고 사용재료의 성질 등의 여러 변수간의 복합적인 역학관계로 인해 매우 복잡하다. 이 논문에서는 이러한 깊은 보의 거동 특성을 모두 반영하여 연속지지 철근콘크리트 깊은 보의 설계를 수행할 수 있는 부정정 스트럿-타이 모델을 제안하였다. 또한 현 스트럿-타이 모델 설계기준을 부정정 스트럿-타이 모델을 이용한 연속지지 철근콘크리트 깊은 보의 설계에 합리적으로 적용하기 위해 외부하중에 대한 단부 지지점 반력의 비인 반력분배율과 수직 트러스 메커니즘에 의해 전달되는 외부하중의 크기 즉 부정정 스트럿-타이 모델의 하중분배율을 제안하였다. 하중분배율의 결정 시 연속지지 철근콘크리트 깊은 보의 전단에 대한 연성파괴거동을 확보하기 위하여 깊은 보의 전단저항 메커니즘을 구성하는 콘크리트 스트럿과 수직철근타이가 동시에 파괴된다는 전단평형철근비 개념을 도입하였으며, 다양한 수치해석 결과를 바탕으로 연속지지 깊은 보의 강도 및 거동에 영향을 미치는 전단경간비, 휨철근비, 그리고 콘크리트의 압축강도 등의 주요설계변수를 고려하였다. 이 논문의 후속편에서는 기존의 여러 설계방법들과 이 연구에서 제안한 방법을 이용하여 파괴실험이 수행된 다양한 종류의 연속지지 깊은 보의 강도를 평가하고, 이 연구에서 제안한 방법의 적합성을 검증하였다.