KR20220156773A - Method and System for Estimating Tensile Behavior of Reinforced Concrete Member - Google Patents

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KR20220156773A
KR20220156773A KR1020220130804A KR20220130804A KR20220156773A KR 20220156773 A KR20220156773 A KR 20220156773A KR 1020220130804 A KR1020220130804 A KR 1020220130804A KR 20220130804 A KR20220130804 A KR 20220130804A KR 20220156773 A KR20220156773 A KR 20220156773A
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유성원
최영철
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가천대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a method and a system for predicting a tensile behavior of reinforced concrete members. In predicting the tensile behavior of the reinforced concrete member by performing a detailed analysis of the tensile behavior of the reinforced concrete member, based on results of a rebar attachment test, a rebar attachment model is idealized, and then based on an initial average crack spacing at the time of first crack occurrence in reinforced concrete members, a rebar attachment stress-slip amount relationship, which directly reflects the effect of rebar attachment characteristics, is considered to derive the structural relationship between tensile stress and strain of reinforced concrete members. The method for predicting a tensile behavior of reinforced concrete members includes steps of: setting up a mathematical model for the rebar attachment stress-slip amount relationship; idealizing the mathematical model for the rebar attachment stress-slip amount relationship using data acquired through rebar attachment experiments; calculating rebar stress on a crack surface when a first crack occurs in a reinforced concrete member, and calculating an initial average crack interval from the idealized rebar attachment stress-slip amount relationship model; and calculating a rebar strain at the crack surface.

Description

철근 부착 실험에 기초하여 철근과 콘크리트의 부착거동 특성을 직접적으로 고려한 철근콘크리트 부재의 인장 거동 예측방법 및 예측시스템{Method and System for Estimating Tensile Behavior of Reinforced Concrete Member}Method and system for predicting tensile behavior of reinforced concrete members directly considering the characteristics of attachment behavior of reinforcing bars and concrete based on reinforcement attachment experiments {Method and System for Estimating Tensile Behavior of Reinforced Concrete Member}

본 발명은 철근 부착 실험결과를 이용하여, 철근콘크리트 부재가 인장력을 받는 상태에서 콘크리트 균열 발생 이후 철근과 콘크리트의 부착 거동 특성을 직접적으로 고려하여 콘크리트 균열 발생 이후 철근콘크리트 부재의 인장 거동을 해석적으로 예측할 수 있는 방법 및 시스템에 관한 것이다. The present invention analytically analyzes the tensile behavior of reinforced concrete members after cracking in concrete by directly considering the characteristics of the attachment behavior of reinforcing bars and concrete after concrete cracks occur in a state where the reinforced concrete member is subjected to tensile force using the results of the reinforcement attachment test. It is about predictable methods and systems.

구체적으로 본 발명은 철근콘크리트 부재의 인장 거동에 대한 상세 해석을 수행하여 철근콘크리트 부재의 인장 거동을 예측함에 있어서, 철근부착 모델을 철근 부착 실험 결과에 근거하여 이상화한 후 철근콘크리트 부재에서 최초 균열 발생 시의 초기 평균 균열 간격을 기초로 철근 부착 특성의 영향이 직접적으로 반영된 철근 부착응력-슬립량 관계를 고려하여 철근콘크리트 부재의 인장응력과 변형률 간의 구조적인 관계를 도출함으로써, 철근콘크리트 부재의 인장 거동 예측 되는 방법 및 시스템에 관한 것이다. Specifically, in the present invention, in predicting the tensile behavior of a reinforced concrete member by performing a detailed analysis of the tensile behavior of the reinforced concrete member, the first crack occurs in the reinforced concrete member after idealizing the rebar attachment model based on the results of the rebar attachment test. Tensile behavior of reinforced concrete members was derived by deriving a structural relationship between tensile stress and strain of reinforced concrete members by considering the relationship between reinforcement attachment stress-slip amount, which directly reflected the effect of reinforcement attachment characteristics, based on the initial average crack interval at the time of application. It is about a predictive method and system.

철근콘크리트 부재의 설계 시에는 안전성, 사용성, 그리고 내구성 등에 대한 검토가 이루어진다. 이러한 검토 중에서 철근콘크리트 부재의 사용성 검토 시에는 처짐 및 균열을 고려해야 하며, 특히 균열 검토 시에는 철근과 콘크리트의 부착 특성을 고려해야 한다. 현행 유럽 설계기준인 Eurocode 2(British Standard, "Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings", BS EN 1992-1-1:2004, 2014, p. 225)와 국내 설계기준인 KDS 14 20 30(국토교통부, "KDS 14 20 30 :2021 콘크리트 사용성 설계기준", 2021, p. 15)에서는, 균열 간격에 철근의 부착 특성을 고려한 평균 변형률을 곱함으로써 철근콘크리트 균열폭을 산정하도록 제시되어 있다. 그러나 이러한 기존 설계기준에서는 원형철근 및 이형철근에 대해서만 구분하여 균열폭 산정 방법을 제시하고 있는 바, 철근 부착 특성은 간접적으로 고려하도록 되어 있다. Safety, usability, and durability are reviewed when designing reinforced concrete members. Among these reviews, when examining the usability of reinforced concrete members, deflection and cracks should be considered. Eurocode 2 (British Standard, "Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings", BS EN 1992-1-1:2004, 2014, p. 225), the current European design standard In the domestic design standard KDS 14 20 30 (Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "KDS 14 20 30:2021 Concrete Usability Design Standard", 2021, p. 15), the crack width of reinforced concrete is multiplied by the average strain considering the attachment characteristics of the reinforcement by the crack interval. is proposed to calculate. However, these existing design standards suggest a method for calculating the crack width by dividing only circular reinforcing bars and deformed reinforcing bars, so the reinforcement attachment characteristics are considered indirectly.

한편, 철근콘크리트 부재의 거동을 예측하기 위해서는 비선형 구조해석이 수행되어야 하며, 철근콘크리트 부재에 대한 비선형 구조해석 시 균열 발생 이후 철근과 콘크리트 사이의 부착으로 인한 "인장 강화효과"를 반영할 필요가 있다. 철근콘크리트 부재의 인장 강화효과와 관련하여 캐나다 토론토대학에서 패널 실험 결과를 기반으로 인장 강화효과 모델이 제시되어 있고(Evan C. Bentz, "Explaining the Riddle of Tension Stiffening Models for Shear Panel Experiments", Journal of Structural Engineering, ASCE, 2005, pp. 1422-1425), 이러한 모델은 철근콘크리트 부재(부재)의 비선형 거동 해석에 널리 활용되고 있다. 그러나 이러한 기존의 인장 강화효과 모델은 일반적인 철근콘크리트만을 대상으로 국한된 것으로서, 철근 부착 특성을 직접적으로 고려할 수 없는 한계가 있다. On the other hand, in order to predict the behavior of reinforced concrete members, nonlinear structural analysis must be performed, and in the nonlinear structural analysis of reinforced concrete members, it is necessary to reflect the "tensile strengthening effect" due to the attachment between reinforcing bars and concrete after cracks occur. . Regarding the tensile strengthening effect of reinforced concrete members, a tensile strengthening effect model is presented based on the panel experiment results at the University of Toronto, Canada (Evan C. Bentz, "Explaining the Riddle of Tension Stiffening Models for Shear Panel Experiments", Journal of Structural Engineering, ASCE, 2005, pp. 1422-1425), these models are widely used for nonlinear behavior analysis of reinforced concrete members (members). However, this existing tensile strengthening effect model is limited to general reinforced concrete only, and has a limitation in that it cannot directly consider the reinforcement attachment characteristics.

특히, 최근 콘크리트의 고강도화 및 건설 신재료가 적용된 콘크리트가 개발되고 있고, FRP 등과 같은 신소재 철근 등이 콘크리트 구조물에 적용되고 있는데, 이러한 새로운 콘크리트 구조물에 대해서는, 종래의 일반적인 철근콘크리트 부재에 대한 균열폭 검토 설계기준 및 인장강화효과로는 철근콘크리트 부재의 인장 거동을 합리적으로 예측하는데 한계가 있다. 따라서, 기존의 일반적인 철근콘크리트 내의 철근 부착 특성 뿐만 아니라, 건설 신재료 적용 시 다르게 발휘되는 철근 부착 특성을 직접적으로 고려할 수 있는 철근콘크리트 부재의 인장 거동 해석 기법이 개발될 필요가 있다.In particular, recently, concrete with high-strength concrete and new construction materials is being developed, and new material reinforcing bars such as FRP are being applied to concrete structures. For these new concrete structures, crack width review and design for conventional general reinforced concrete members There is a limit to reasonably predicting the tensile behavior of reinforced concrete members with the standard and tensile strengthening effect. Therefore, it is necessary to develop a tensile behavior analysis technique of reinforced concrete members that can directly consider not only the existing reinforcement attachment characteristics in reinforced concrete, but also the reinforcement attachment characteristics differently exhibited when new construction materials are applied.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0094619호(2011. 08. 24. 공개).Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-0094619 (published on August 24, 2011).

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 철근콘크리트 부재의 인장 거동을 더욱 합리적으로 예측하기 위하여, 철근콘크리트 부재에서의 철근과 콘크리트의 부착 거동 특성을 직접적으로 고려한 철근콘크리트 부재의 인장거동에 대한 상세 해석을 통한 인장거동 예측방법과 예측 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention was developed to overcome the limitations of the prior art as described above, and specifically, in order to more reasonably predict the tensile behavior of reinforced concrete members, directly considering the attachment behavior characteristics of reinforcing bars and concrete in reinforced concrete members The purpose of this study is to provide a tensile behavior prediction method and prediction system through detailed analysis of the tensile behavior of reinforced concrete members.

구체적으로 본 발명에서는 철근콘크리트 부재의 인장 거동을 더욱 합리적으로 해석하고 예측할 수 있도록, 철근콘크리트 부재에서의 철근과 콘크리트의 부착 거동 특성을 직접적으로 고려하여 철근콘크리트 부재의 인장거동을 예측하는 것 즉, 철근콘크리트 부재의 인장응력과 변형률(인장 변형률) 간의 관계를 도출하는 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. Specifically, in the present invention, the tensile behavior of the reinforced concrete member is predicted by directly considering the attachment behavior characteristics of the reinforcing bar and concrete in the reinforced concrete member so that the tensile behavior of the reinforced concrete member can be interpreted and predicted more rationally, that is, An object of the present invention is to provide a method and system for deriving a relationship between tensile stress and strain (tensile strain) of a reinforced concrete member.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 철근 부착 실험 또는 국내외 설계기준에서 제시하고 있는 철근 부착 모델을 직접적으로 고려함으로써 인장을 받는 철근콘크리트 부재의 인장 거동을 합리적으로 예측할 수 있는 구체적인 해석 기법이 제공된다. In order to achieve the above object, in the present invention, a specific analysis technique that can reasonably predict the tensile behavior of a reinforced concrete member subjected to tension is provided by directly considering the reinforcement attachment test or the reinforcement attachment model presented in domestic and foreign design standards. do.

본 발명에서는 철근 부착응력-슬립량 관계에 대한 수학적 모델을 설정하는 단계; 철근 부착 실험을 통해서 취득된 데이터를 이용하여 철근 부착응력-슬립량 관계에 대한 수학적 모델을 이상화시키는 단계; 철근콘크리트 부재에 최초 균열 발생 시 균열면에서의 철근 응력을 산정하고, 이상화된 철근 부착응력-슬립량 관계 모델로부터 초기 평균 균열 간격을 산정하는 단계; 및 균열면에서의 철근 변형률을 연산하는 단계;를 포함함으로써, 철근콘크리트 부재의 인장응력과 인장 변형률간의 상관 관계를 도출하게 되어 철근콘크리트 부재의 인장 거동을 예측하게 되는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 부재의 인장 거동 예측방법이 제공된다. In the present invention, setting a mathematical model for the rebar attachment stress-slip amount relationship; Idealizing a mathematical model for a relationship between rebar attachment stress and slip amount using data acquired through a rebar attachment experiment; Calculating reinforcing bar stress on the crack surface when a first crack occurs in a reinforced concrete member, and calculating an initial average crack interval from an idealized reinforcing bar attachment stress-slip amount relationship model; And calculating the reinforcing strain at the crack surface; by including, a correlation between the tensile stress and the tensile strain of the reinforced concrete member is derived, thereby predicting the tensile behavior of the reinforced concrete member. A tensile behavior prediction method is provided.

또한 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 철근 부착응력-슬립량 관계에 대한 수학적 모델을 설정하는 "철근 부착응력-슬립량 관계 수학적 모델 설정 모듈"; 철근 부착 실험을 통해서 취득된 데이터를 이용하여 철근 부착응력-슬립량 관계에 대한 수학적 모델을 이상화시키는 "철근 부착응력-슬립량 관계 수학적 모델의 이상화 모듈"; 철근콘크리트 부재에 최초 균열 발생 시 균열면에서의 철근 응력을 산정하고, 이상화된 철근 부착응력-슬립량 관계 모델로부터 초기 평균 균열 간격을 산정하는 "초기 평균 균열 간격 산정 모듈"; 및 균열면에서의 철근 변형률을 연산하는 "균열면에서의 철근 변형률 연산 모듈";를 포함하여 구성되어; 철근콘크리트 부재의 인장응력과 인장 변형률 간의 상관 관계를 도출하게 되어 철근콘크리트 부재의 인장 거동을 예측하게 되는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 부재의 인장 거동 예측시스템이 제공된다. In addition, in the present invention, in order to achieve the above object, a "rebar attachment stress-slip amount relationship mathematical model setting module" for setting a mathematical model for the rebar attachment stress-slip amount relationship; "Idealization module of mathematical model of rebar attachment stress-slip amount relationship" that idealizes a mathematical model for rebar attachment stress-slip amount relationship using data acquired through rebar attachment experiments; "Initial average crack spacing calculation module" that calculates the reinforcing bar stress on the crack surface when a first crack occurs in a reinforced concrete member and calculates the initial average crack spacing from the idealized reinforcing bar attachment stress-slip amount relationship model; and a "rebar strain calculation module at the crack surface" that calculates the reinforcing bar strain at the crack surface; A tensile behavior prediction system of a reinforced concrete member is provided, characterized in that the tensile behavior of the reinforced concrete member is predicted by deriving a correlation between the tensile stress and the tensile strain of the reinforced concrete member.

현행 국내외 설계기준 및 해외 연구자에 의해 제시된 종래의 해석 모델은 일반적인 철근콘크리트에만 적용할 수 있는 매우 제한된 모델로서, 철근 부착 거동을 직접적으로 고려할 수 없는 단점이 있다. Current domestic and foreign design standards and conventional analysis models proposed by foreign researchers are very limited models that can only be applied to general reinforced concrete, and have the disadvantage of not being able to directly consider the attachment behavior of reinforcing bars.

그러나 본 발명에 의하면, 철근 부착 거동을 직접적으로 고려함으로써 보다 합리적인 철근콘크리트 부재 인장 거동 예측이 해석적으로 가능하게 된다. 또한, 최근 콘크리트의 고강도화 뿐만 아니라 콘크리트 및 철근에 대한 건설 신재료의 개발이 활발히 진행되고 있으며, 본 발명에서 제시된 해석 기법은 이들 건설 신재료에 대해서도 적용 가능하다. 또한, 본 발명에서 제시된 해석 기법을 바탕으로 철근 부착 거동 특성이 반영된 철근콘크리트 부재의 인장강화효과 산정이 가능하며, 이로부터 철근콘크리트 비선형 구조 거동 해석을 보다 합리적으로 수행 가능하다.However, according to the present invention, it is possible to analytically predict the tensile behavior of reinforced concrete members more rationally by directly considering the reinforcement attachment behavior. In addition, recently, development of new construction materials for concrete and reinforcing bars as well as high-strength concrete is actively progressing, and the analysis technique presented in the present invention can be applied to these new construction materials. In addition, based on the analysis technique presented in the present invention, it is possible to calculate the tensile strength effect of a reinforced concrete member in which the reinforcement attachment behavior characteristics are reflected, and from this, it is possible to perform a more rational analysis of the nonlinear structural behavior of reinforced concrete.

도 1은 본 발명에 따른 방법에 대한 개략적인 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 시스템에 대한 개략적인 블록도이다.
도 3은 CEB-FIP Model Code 2010에 제시된 철근 부착응력-슬립량 관계 모델을 보여주는 그래프도이다.
도 4는 인장을 받는 철근콘크리트 부재 균열 거동을 순차적으로 보여주는 개략도이다.
도 5는 인장을 받는 철근콘크리트 부재 내의 균열 발생 단계별 거동을 보여주는 개략도이다.
도 6은 철근 부착 거동을 직접적으로 고려한 철근콘크리트 부재 인장 거동 해석 과정을 보여주는 개략적인 순서도이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 방법에 의해 예측된 철근콘크리트 인장 거동의 예를 보여주는 개략적인 그래프도이다.
도 8의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 방법에 의해 예측된 콘크리트 평균 인장응력-변형률 거동의 예를 보여주는 개략적인 그래프도이다.
1 is a schematic flow chart of a method according to the present invention.
2 is a schematic block diagram of a system according to the present invention.
3 is a graph showing a rebar attachment stress-slip amount relationship model presented in CEB-FIP Model Code 2010.
4 is a schematic diagram sequentially showing crack behavior of reinforced concrete members subjected to tension.
5 is a schematic diagram showing the behavior of crack generation in a reinforced concrete member under tension.
6 is a schematic flowchart showing a process of analyzing the tensile behavior of a reinforced concrete member in direct consideration of the reinforcement attachment behavior.
7 (a) and (b) are schematic graphs showing examples of tensile behavior of reinforced concrete predicted by the method of the present invention, respectively.
8 (a) and (b) are schematic graphs showing examples of concrete average tensile stress-strain behavior predicted by the method of the present invention, respectively.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but this is described as one embodiment, and thereby the technical idea of the present invention and its core configuration and operation are not limited.

본 발명에 따른 방법은 철근과 콘크리트의 부착 거동 특성을 직접적으로 고려하여 철근콘크리트 부재에서의 인장응력과 변형률(인장 변형률) 간의 관계("철근콘크리트 부재의 인장응력-변형률 관계")를 도출함으로써, 철근콘크리트 부재의 인장 거동을 합리적으로 예측할 수 있는 방법이다. The method according to the present invention directly considers the attachment behavior characteristics of reinforcing bars and concrete and derives the relationship between tensile stress and strain (tensile strain) in reinforced concrete members ("tensile stress-strain relationship of reinforced concrete members"), It is a method that can reasonably predict the tensile behavior of reinforced concrete members.

도 1에는 본 발명에 따른 방법에 대한 개략적인 순서도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 따른 시스템에 대한 개략적인 순서도가 도시되어 있다. 도면에 예시된 것처럼 본 발명에 따른 철근콘크리트 부재의 인장응력-변형률 관계 도출 방법은, 구체적으로 (a) 철근 부착응력-슬립(slip)량 관계에 대한 수학적 모델을 설정하는 단계; (b) 철근 부착 실험을 통해서 취득된 데이터를 이용하여 철근 부착응력-슬립량 관계에 대한 수학적 모델을 이상화시키는 단계; (c) 철근콘크리트 부재에 최초 균열 발생 시 균열면에서의 철근 응력을 산정하고, 이상화된 철근 부착응력-슬립량 관계 모델로부터 초기 평균 균열간격을 산정하는 단계; 및 (d) 균열과 균열 사이 각 단면에서의 힘의 평형, 철근 부착응력-슬립량 관계로 표현되는 수학식, 및 균열과 균열 사이에서의 철근과 콘크리트 변형 관계를 고려하여 균열면에서의 철근 변형률을 연산하는 단계;를 포함하는 구성을 가지고 있으며, 이를 통해서 철근콘크리트 부재의 인장응력(tensile stress)과 인장 변형률(tensile strain)간의 상관 관계를 도출하게 되며, 관리자는 이렇게 도출된 철근콘크리트 부재의 인장응력-변형률 관계를 이용하여 철근콘크리트 부재의 인장 거동을 보다 합리적으로 예측할 수 있게 된다. Fig. 1 shows a schematic flow chart for a method according to the present invention, and Fig. 2 shows a schematic flow chart for a system according to the present invention. As illustrated in the drawings, the method for deriving the tensile stress-strain relationship of a reinforced concrete member according to the present invention includes, in detail, (a) setting a mathematical model for a rebar attachment stress-slip amount relationship; (b) idealizing a mathematical model for the relationship between rebar attachment stress and slip amount using data acquired through rebar attachment experiments; (c) calculating the reinforcing bar stress at the crack surface when the first crack occurs in the reinforced concrete member, and calculating the initial average crack spacing from the idealized reinforcing bar attachment stress-slip amount relationship model; and (d) the reinforcing bar strain at the crack surface considering the equilibrium of force at each cross section between cracks, the equation expressed as the reinforcing bar attachment stress-slip amount relationship, and the reinforcing bar and concrete deformation relationship between cracks. It has a configuration including a; through which the correlation between the tensile stress and tensile strain of the reinforced concrete member is derived, and the manager calculates the tensile stress of the reinforced concrete member thus derived. Using the stress-strain relationship, it is possible to more reasonably predict the tensile behavior of reinforced concrete members.

본 발명에 따른 시스템은 위와 같은 본 발명의 방법을 실행하기 위한 것으로서, 도 2에 예시된 것처럼 철근 부착응력-슬립량(slip) 관계 수학적 모델 설정 모듈(1), 철근 부착응력-슬립량 관계 수학적 모델의 이상화 모듈(2), 초기 평균 균열 간격 산정 모듈(3), 및 균열면에서의 철근 변형률 연산 모듈(4)을 포함하여 구성된다. The system according to the present invention is for executing the method of the present invention as described above, and as illustrated in FIG. 2, the rebar attachment stress-slip relation mathematical model setting module 1, the rebar attachment stress-slip relation mathematical It is composed of a model idealization module (2), an initial average crack spacing calculation module (3), and a reinforcing bar strain calculation module at the crack surface (4).

도면에 예시된 것처럼 본 발명에서는, 우선 인장 거동을 파악하고 예측하기 위한 철근콘크리트 부재에 대하여 <철근 부착응력-슬립량 관계>를 모사하기 위한 수학적 모델을 선정한다(단계 S1 - 철근 부착응력-슬립량 관계 모델의 선정 단계). 구체적으로는 사용자가 철근 부착응력-슬립량(slip) 관계 수학적 모델 설정 모듈(1)을 이용하여 <철근 부착응력-슬립량 관계>를 모사하기 위한 수학적 모델을 선정하는 것이다. As illustrated in the drawing, in the present invention, first, a mathematical model for simulating <rebar attachment stress-slip amount relationship> is selected for a reinforced concrete member to grasp and predict tensile behavior (Step S1 - Rebar attachment stress-slip amount) Selection step of the quantity relationship model). Specifically, the user selects a mathematical model for simulating the <rebar attachment stress-slip amount relationship> using the mathematical model setting module (1) for the relationship between rebar attachment stress and slip amount.

여기서 <철근 부착응력-슬립량 관계>는 철근콘크리트 부재에서 철근이 콘크리트에 부착되어 있는 정도 즉, "철근 부착응력"과, 철근콘크리트 부재에서 철근이 콘크리트에 대하여 슬립(slip)되는 정도 즉, "철근 슬립량" 간의 관계를 의미하며, 단계 S1에서는 이러한 <철근 부착응력-슬립량 관계>를 수학적으로 모사할 수 있는 모델 즉, "철근 부착응력-슬립량 관계 모델"을 선정하는 것이다. Here, <rebar attachment stress-slip amount relationship> is the degree of attachment of reinforcing bars to concrete in reinforced concrete members, that is, "rebar attachment stress", and the degree of slip of reinforcing bars to concrete in reinforced concrete members, that is, " In step S1, a model that can mathematically simulate this <rebar attachment stress-slip amount relationship>, that is, a "rebar attachment stress-slip amount relationship model" is selected.

철근 부착응력-슬립량 관계를 수학적으로 모사하기 위한 방법으로는 국내외에서 널리 활용되고 있는 CEB-FIP Model Code 2010에서 제시하고 있는 모델을 활용하는 방법이 있다. 도 3에는 CEB-FIP Model Code 2010에 제시된 철근 부착응력-슬립량 관계 모델을 보여주는 그래프도가 도시되어 있다. CEB-FIP Model Code 2010에서 제시하고 있는 "철근 부착응력-슬립량 관계 모델"은 아래의 수학식 1 내지 수학식 3으로 표현된다. As a method to mathematically simulate the rebar attachment stress-slip amount relationship, there is a method using the model presented in the CEB-FIP Model Code 2010, which is widely used at home and abroad. 3 is a graph showing a rebar attachment stress-slip amount relationship model presented in CEB-FIP Model Code 2010. The "rebar attachment stress-slip amount relationship model" proposed in the CEB-FIP Model Code 2010 is expressed by Equations 1 to 3 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

위 수학식 1 내지 수학식 3에서

Figure pat00004
는 철근의 부착응력을 의미하고,
Figure pat00005
는 소정의 슬립이 발생하였을 때의 철근 부착응력을 의미하며,
Figure pat00006
는 철근의 최대 부착응력을 의미한다. 그리고 수학식 1 내지 수학식 3에서
Figure pat00007
는 철근 슬립량을 의미하며,
Figure pat00008
Figure pat00009
는 각각
Figure pat00010
Figure pat00011
에 상응하는 철근 슬립량을 의미한다. 일반적인 콘크리트 및 이형철근이 사용된 철근콘크리트 부재에 대해서는
Figure pat00012
,
Figure pat00013
,
Figure pat00014
, 그리고
Figure pat00015
이다. 여기서
Figure pat00016
은 콘크리트 평균압축강도를 의미하며,
Figure pat00017
는 철근 부착강도와 슬립량의 관계에 대한 그래프에서의 곡선 형태를 반영하는 계수이다. 위 기호에 대한 설명은 후술하는 다른 수학식에도 동일하게 적용된다.In the above equations 1 to 3
Figure pat00004
is the attachment stress of the reinforcing bar,
Figure pat00005
Means the reinforcement attachment stress when a predetermined slip occurs,
Figure pat00006
is the maximum bond stress of the reinforcing bar. And in Equations 1 to 3
Figure pat00007
is the reinforcing bar slip amount,
Figure pat00008
Wow
Figure pat00009
are respectively
Figure pat00010
Wow
Figure pat00011
It means the rebar slip amount corresponding to For reinforced concrete members using general concrete and deformed reinforcing bars,
Figure pat00012
,
Figure pat00013
,
Figure pat00014
, and
Figure pat00015
to be. here
Figure pat00016
is the average compressive strength of concrete,
Figure pat00017
is a coefficient reflecting the shape of the curve in the graph of the relationship between the rebar attachment strength and the amount of slip. The description of the above symbols is equally applicable to other equations to be described later.

철근 부착응력-슬립량 관계 모델이 선정되면, 후속하여 철근 부착 실험을 통해서 취득된 결과(철근 부착응력과 슬립 간의 관계에 대한 데이터)를 이용하여 철근 부착응력-슬립량 관계에 대한 수학적 모델을 이상화(idealize)시킨다(단계 S2 -철근 부착응력-슬립량 관계 모델의 이상화 단계). 이러한 단계 S2의 철근 부착응력-슬립량 관계 모델의 이상화 단계는 "철근 부착응력-슬립량 관계 수학적 모델의 이상화 모듈(2)"에서 수행된다. After the rebar attachment stress-slip amount relationship model is selected, the mathematical model for the rebar attachment stress-slip amount relationship is idealized using the results obtained through subsequent rebar attachment experiments (data on the relationship between rebar attachment stress and slip). (idealize) (step S2 - idealization step of the rebar attachment stress-slip amount relationship model). The idealization of the rebar attachment stress-slip amount relationship model in step S2 is performed in the "idealization module (2) of the mathematical model of the rebar attachment stress-slip amount relationship".

예를 들어, 수학식 1로 표현된 수학적 모델을 철근 부착응력-슬립량 관계 모델로 선정한 경우, 표준화된 방식의 실험에 의해 측정된 철근 부착응력-슬립량 결과를 이용하여 위 수학식 1을 이상화시키는 것이다. 구체적으로 철근 부착응력-슬립량 관계 모델의 이상화 단계에서는, 철근 부착응력-슬립량에 대한 표준화된 방식의 실험(예를 들면, 직육면체 콘크리트 시험체 내에 배근된 철근에 대한 인발 시험(pull-out test))에 의해 측정된 결과(철근 부착응력과 슬립 간의 관계에 대한 데이터 즉, 슬립량에 따른 철근 부착응력 값을 포함하는 데이터)를 취득하고, 취득된 데이터에서 철근 최대부착강도(

Figure pat00018
), 철근 최대부착강도일 때의 슬립량(
Figure pat00019
), 그리고 실험에서 측정된 데이터로부터 철근 부착강도와 슬립량의 관계를 보여주는 그래프를 도출하고, 상기 그래프의 곡선 형태를 반영하는 계수(
Figure pat00020
)를 도출하여, 위 수학식 1의 형태로 표현된 철근 부착응력-슬립량 관계 모델을 완성하는 것이다. For example, when the mathematical model represented by Equation 1 is selected as the rebar attachment stress-slip amount relationship model, the above Equation 1 is more than obtained using the rebar attachment stress-slip amount result measured by a standardized experiment. it is to anger Specifically, in the idealization stage of the rebar attachment stress-slip amount relationship model, a standardized test for rebar attachment stress-slip amount (for example, a pull-out test for reinforcing bars placed in a rectangular parallelepiped concrete specimen) ) to acquire the measured result (data on the relationship between the reinforcement attachment stress and slip, that is, data including the value of the reinforcement attachment stress according to the amount of slip), and obtain the maximum attachment strength of the reinforcement from the acquired data (
Figure pat00018
), the amount of slip at the maximum attachment strength of the rebar (
Figure pat00019
), and a graph showing the relationship between the reinforcing bar attachment strength and the amount of slip is derived from the data measured in the experiment, and the coefficient reflecting the curve shape of the graph (
Figure pat00020
) to complete the rebar attachment stress-slip amount relationship model expressed in the form of Equation 1 above.

후속하여 초기 평균 균열 간격 산정 모듈(3)에서는, 철근콘크리트 부재에 최초 균열 발생 시 균열면에서의 철근 응력을 산정하고, 이상화된 철근 부착응력-슬립량 관계 모델로부터 초기 평균 균열간격을 산정한다(단계 S3 - 초기 평균 균열간격 및 철근 응력의 산정 단계). Subsequently, in the initial average crack spacing calculation module 3, the reinforcing bar stress at the crack surface is calculated when the first crack occurs in the reinforced concrete member, and the initial average crack spacing is calculated from the idealized reinforcing bar attachment stress-slip amount relationship model ( Step S3 - Calculation of initial mean crack spacing and reinforcing stress).

하중에 의해 콘크리트에 작용하는 인장응력이 콘크리트 인장강도에 도달할 때, 콘크리트에는 첫 균열이 발생한다. 철근콘크리트 부재에서 첫 균열 발생 시의 균열 간격은, 철근의 부착 특성을 고려한 전달길이(

Figure pat00021
)로부터 아래의 수학식 4 및 수학식 5를 활용하여 산정할 수 있다.When the tensile stress acting on the concrete by the load reaches the tensile strength of the concrete, the first crack occurs in the concrete. The crack spacing at the time of the first crack occurrence in a reinforced concrete member is the transmission length considering the attachment characteristics of the reinforcing bars (
Figure pat00021
) can be calculated using Equations 4 and 5 below.

Figure pat00022
Figure pat00022

Figure pat00023
Figure pat00023

위 수학식 4 및 수학식 5에서

Figure pat00024
은 첫 균열 발생 시의 평균 균열 간격을 의미하고,
Figure pat00025
는 콘크리트 탄성계수에 대한 철근의 탄성계수 비를 의미하며,
Figure pat00026
는 철근비를 의미하고,
Figure pat00027
는 첫 균열 발생시 균열면에서의 철근 응력을 의미하고,
Figure pat00028
는 철근 지름을 의미하며,
Figure pat00029
는 철근 부착 거동 곡선의 형태를 반영하는 계수를 의미한다. 이와 같은 각 기호는 본 명세서의 다른 수학식에도 동일하게 적용된다. In Equation 4 and Equation 5 above,
Figure pat00024
Means the average crack interval at the time of the first crack occurrence,
Figure pat00025
is the ratio of the modulus of elasticity of reinforcing steel to the modulus of elasticity of concrete,
Figure pat00026
means the rebar cost,
Figure pat00027
means the reinforcing bar stress at the crack surface at the time of the first crack occurrence,
Figure pat00028
is the diameter of the reinforcing bar,
Figure pat00029
is the coefficient reflecting the shape of the rebar attachment behavior curve. Each symbol like this is equally applied to other equations in this specification.

위 수학식 5에서 계수

Figure pat00030
는 응력 단위를 갖는 것으로서 다음의 수학식 6에 의해 계산될 수 있다. Coefficient in Equation 5 above
Figure pat00030
Has a unit of stress and can be calculated by Equation 6 below.

Figure pat00031
Figure pat00031

위 수학식 6에서

Figure pat00032
는 철근의 탄성계수를 의미하고
Figure pat00033
는 철근비를 의미한다. In Equation 6 above
Figure pat00032
is the modulus of elasticity of the reinforcing bar
Figure pat00033
means the rebar cost.

위에서 설명한 것처럼

Figure pat00034
는 첫 균열 발생시 균열면에서의 철근 응력을 의미하는데, 이는 아래의 수학식 7에 의하여 산출할 수 있다. as explained above
Figure pat00034
Means the reinforcing bar stress at the crack surface when the first crack occurs, which can be calculated by Equation 7 below.

Figure pat00035
Figure pat00035

위 수학식 7에서

Figure pat00036
는 콘크리트 단면적을 의미하며,
Figure pat00037
는 철근 단면적을 의미하고,
Figure pat00038
은 콘크리트 인장강도를 의미하며,
Figure pat00039
는 철근비를 의미한다. In Equation 7 above
Figure pat00036
is the concrete cross-sectional area,
Figure pat00037
is the cross-sectional area of the reinforcing bar,
Figure pat00038
is the concrete tensile strength,
Figure pat00039
means the rebar cost.

위와 같은 과정에 의해 철근콘크리트 부재에 최초 균열 발생 시 균열면에서의 철근 응력

Figure pat00040
와, 초기 평균 균열간격이 산정된 후에는, 균열면에서의 철근 변형률 연산 모듈(4)에서, 균열과 균열 사이 각 단면에서의 힘의 평형, 철근 부착응력-슬립량 관계로 표현되는 구성방정식, 및 균열과 균열 사이에서의 철근과 콘크리트 변형에 대한 적합조건을 고려하여 철근콘크리트 부재의 균열면에서의 철근 변형률을 연산한다(단계 S4 - 균열면에서의 철근 변형률을 연산하는 단계). Reinforcing bar stress at the crack surface when the first crack occurs in a reinforced concrete member by the above process
Figure pat00040
And, after the initial average crack spacing is calculated, in the reinforcement strain calculation module 4 at the crack surface, the equilibrium of force at each cross section between cracks, the constitutive equation expressed by the reinforcement attachment stress-slip amount relationship, and calculating the reinforcing bar strain at the crack surface of the reinforced concrete member in consideration of the suitable conditions for the reinforcing bar and concrete deformation between cracks (step S4 - calculating the reinforcing bar strain at the crack surface).

철근콘크리트 부재에 최초 균열이 발생한 이후에는, 인장 하중 또는 변형이 증가함에 따라 균열과 균열 사이 콘크리트의 인장응력이 국부적으로 증가하게 된다. 이후에 균열과 균열 사이 콘크리트의 인장응력이 콘크리트 인장강도에 도달하게 되면, 균열과 균열 사이에 새로운 균열이 발생하게 되며, 균열 간격은 기존의 균열 간격의 절반으로 감소하게 된다. 도 4에는 인장을 받는 철근콘크리트 부재의 균열 거동을 순차적으로 묘사한 개략도가 도시되어 있다. 도 5에는 인장을 받는 철근콘크리트 부재 내의 균열 발생 단계별 거동을 보여주는 개략도가 도시되어 있는데, 도 5에서는 철근콘크리트 부재의 인장 거동은 균열 발생 단계에 따라, 균열 생성 단계(도 5의 (a)), 철근 항복 전 균열 안정화 단계(도 5의 (b)), 그리고 철근 항복 후 균열 안정화 단계(도5의 (c))로 크게 3단계로 구분한 후, 각 단계에 따른 철근 및 콘크리트의 위치 별 인장응력과 인장 변형률, 그리고 슬립량 및 부착응력을 보여준다. After the first crack occurs in a reinforced concrete member, the tensile stress of the concrete between cracks increases locally as the tensile load or deformation increases. Later, when the tensile stress of concrete between cracks reaches the tensile strength of concrete, new cracks are generated between cracks, and the crack spacing is reduced to half of the existing crack spacing. 4 is a schematic diagram sequentially depicting the cracking behavior of a reinforced concrete member subjected to tension. Figure 5 is a schematic diagram showing the behavior of crack occurrence stages in a reinforced concrete member subjected to tension. After dividing the crack stabilization phase before the reinforcing bar yielding (Fig. 5(b)) and the crack stabilization phase after the reinforcing bar yielding (Fig. 5(c)), the tensile strength of each position of the reinforcing bar and concrete It shows stress, tensile strain, slip amount and bond stress.

도 5의 (a)에 도시된 것처럼, 균열 생성 단계는 균열 간격이 전달길이의 2배보다 큰 경우로서, 균열 생성 단계에서는 하중이 증가함에 따라 균열과 균열 사이에 새로운 균열이 발생가능함을 알 수 있다. 후속하여 새로운 균열이 생성됨에 따라 균열 간격이 감소하게 되고, 도 5의 (b) 및 (c)에 도시된 균열 안정화 단계에 접어들게 되면 부착 길이의 감소로 인해 새로운 균열이 발생하지 않게 된다(균열 안정화 단계). 특히, 균열 안정화 단계에서는 철근 항복 전,후로 슬립에 의한 철근의 부착응력이 다르게 되므로, 철근 항복에 따라 국부적인 부착거동 효과가 다르게 나타난다. 각 위치 별 철근 부착응력-슬립량 거동을 모사하기 위해, 본 발명에서는 도 3 및 수학식 1에 정리된 바와 같이, CEB-FIP Model Code 1990에서 제시한 모델의 형태를 이용한다. As shown in (a) of FIG. 5, in the crack generation step, the crack interval is greater than twice the transmission length, and in the crack generation step, it can be seen that new cracks can occur between cracks as the load increases. have. Subsequently, as new cracks are created, the crack interval decreases, and when the crack stabilization step shown in FIG. 5 (b) and (c) is entered, new cracks do not occur due to the decrease in attachment length (crack stabilization phase). In particular, in the crack stabilization step, the adhesion stress of the reinforcing bar due to slip is different before and after the reinforcing bar yielding, so the local bonding behavior effect appears differently according to the yielding of the reinforcing bar. In order to simulate the behavior of rebar attachment stress-slip amount for each position, the present invention uses the form of the model presented in CEB-FIP Model Code 1990, as summarized in FIG. 3 and Equation 1.

철근 항복 이후에는 이형 철근 형태로 인해 철근을 둘러싸고 있는 주변 콘크리트에 인장응력이 비교적 크게 발생하게 되고, 철근 항복에 따른 철근 변형률의 급격한 증가로 인해 철근의 부착 능력이 철근 항복 이전에 비하여 감소하게 된다. After the reinforcing bar yields, a relatively large tensile stress occurs in the surrounding concrete surrounding the reinforcing bar due to the shape of the deformed reinforcing bar, and the attachment ability of the reinforcing bar decreases compared to before the reinforcing bar yielding due to a rapid increase in the reinforcing bar strain due to the reinforcing bar yielding.

이러한 철근콘크리트 부재의 인장 거동을 파악하고 해석함에 있어서, 철근 부착응력-슬립량 관계 모델을 적용할 때, 철근 항복 이후 철근의 변형률에 따른 철근 부착응력 감소효과에 대해 아래의 수학식 8로 표현되는 계수

Figure pat00041
를 철근 부착응력에 곱함으로써 철근콘크리트 부재의 인장 거동 해석 즉, 철근콘크리트 부재의 인장응력-인장 변형률의 상관 관계를 도출함에 있어서 철근 부착응력 감소효과를 반영한다. In identifying and analyzing the tensile behavior of these reinforced concrete members, when applying the rebar attachment stress-slip amount relationship model, the reinforcement attachment stress reduction effect according to the strain of the reinforcement after yielding the reinforcement is expressed by Equation 8 below Coefficient
Figure pat00041
By multiplying by the reinforcing bar attachment stress, the effect of reducing the reinforcement attachment stress is reflected in the tensile behavior analysis of the reinforced concrete member, that is, in deriving the correlation between the tensile stress and tensile strain of the reinforced concrete member.

Figure pat00042
Figure pat00042

위 수학식 8에서

Figure pat00043
는 철근의 항복변형률을 의미하고,
Figure pat00044
는 철근 변형률을 의미한다.In Equation 8 above
Figure pat00043
is the yield strain of the reinforcing bar,
Figure pat00044
is the reinforcing bar strain.

최초 균열이 발생한 인장 하중 또는 변형에 대해, 균열과 균열 사이의 중앙 단면에서의 콘크리트 변형률을 가정하고, 이로부터 동일 위치에서의 콘크리트 인장응력, 철근의 인장응력 및 철근의 변형률을 산정한다. 공지된 4th order Runge Kutta 수치해석 방법을 통해 균열면에서의 콘크리트 인장응력을 계산한다. For the tensile load or deformation at which the first crack occurred, the concrete strain at the central section between cracks was assumed, and from this, the tensile stress in concrete, the tensile stress in reinforcing bars, and the strain in reinforcing bars were calculated at the same location. The concrete tensile stress at the crack surface is calculated through the known 4th order Runge Kutta numerical analysis method.

원칙적으로 균열면에 대하여 산정된 콘크리트 인장응력은 0(zero)가 되어야 한다. 따라서 균열면에 대하여 산정된 콘크리트 인장응력이 0이 아닐 경우에는, 기존에 가정된 균열과 균열 사이에서의 콘크리트 변형률 값을 조정 또는 다시 가정한 후, 위에서 설명한 것처럼 해당 위치에서의 콘크리트 인장응력, 철근의 인장응력 및 철근의 변형률을 산정하고, 수치해석 방법에 의해 균열면에서의 콘크리트 인장응력을 다시 계산한다. In principle, the concrete tensile stress calculated for the crack surface should be zero. Therefore, if the concrete tensile stress calculated for the crack surface is not zero, after adjusting or re-assuming the previously assumed concrete strain value between cracks and cracks, as described above, the concrete tensile stress at the corresponding location, reinforcing bar Calculate the tensile stress and the strain of the reinforcing bar, and calculate the tensile stress in the concrete at the crack surface again by the numerical analysis method.

균열면에서의 콘크리트 인장응력이 0이 될 때까지 상기한 계산을 반복 수행한다. 즉, 산정된 균열면에서의 콘크리트 인장응력이 0이 아닐 경우에는 기존에 가정된 균열과 균열 사이에서의 콘크리트 변형률 값을 다시 가정한 후, 다시 가정된 콘크리트 변형률 값을 이용하여 위에서 설명한 것처럼 균열과 균열 사이의 단면에서의 콘크리트 인장응력, 철근의 응력 및 철근의 변형률을 산정하고, 수치해석 방법을 통해 균열면에서의 콘크리트 변형률 및 콘크리트 인장응력을 계산하게 되며, 이러한 일련의 계산을 균열면에서의 콘크리트 인장응력이 0이 될 때까지 반복하는 것이다. The above calculation is repeated until the concrete tensile stress at the crack surface becomes zero. In other words, if the calculated concrete tensile stress at the crack surface is not zero, the previously assumed concrete strain value between cracks and cracks is re-assumed, and then the pre-assumed concrete strain value is used to determine the crack and stress as described above. The tensile stress of concrete, the stress of reinforcing bars, and the strain of reinforcing bars in the cross section between cracks are calculated, and the concrete strain and tensile stress of concrete at the crack surface are calculated through numerical analysis methods. This is repeated until the concrete tensile stress becomes zero.

한편, 균열과 균열 사이 콘크리트 인장응력이 콘크리트 인장강도보다 작을 경우 상기의 과정으로부터 계산된 위치별 콘크리트와 철근의 응력 및 변형률로부터 각각 콘크리트 및 철근의 평균 응력 및 평균 변형률을 산정한다. 이와 달리 균열과 균열 사이 콘크리트 응력이 콘크리트 인장강도보다 클 경우 새로운 균열이 발생한 것으로 간주할 수 있으며, 이 때 균열 간격을 기존의 균열 간격의 절반으로 설정한 후 다시 상기한 계산을 반복 수행한다. On the other hand, when the tensile stress of concrete between cracks is smaller than the tensile strength of concrete, the average stress and average strain of concrete and reinforcing bars are calculated from the stress and strain of concrete and reinforcing bars for each location calculated from the above process. On the other hand, if the concrete stress between cracks is greater than the concrete tensile strength, it can be considered that a new crack has occurred. At this time, the crack interval is set to half of the existing crack interval, and the above calculation is repeated again.

이와 같이 <균열과 균열 사이의 중앙 단면에서의 콘크리트 변형률을 가정하고, 해당 위치에서의 콘크리트 인장응력, 철근의 인장응력 및 철근의 변형률을 산정하고, 수치해석 방법을 통해 균열면에서의 콘크리트 인장응력을 계산하여, 균열면에서의 콘크리트 인장응력이 0이 되는지를 확인하는 연산>을 편의상 "목표단면에서의 철근 변형률 연산"이라고 칭한다. As such, assuming the concrete strain at the central section between cracks, calculating the tensile stress of concrete, the tensile stress of reinforcing bars, and the strain of reinforcing bars at the corresponding location, and calculating the tensile stress of concrete at the crack surface through the numerical analysis method. Calculate and check whether the concrete tensile stress at the crack surface becomes zero> is referred to as "rebar strain calculation at the target section" for convenience.

목표단면 즉, 철근 변형률을 산출하려는 단면을 처음에는 균열과 균열 사이의 중앙 단면으로 하였다가, 점차로 목표단면을 균열면으로 조금씩 이동하면서 위와 같은 "목표단면에서의 철근 변형률 연산"을 수행하고, 최종적으로는 균열면에서 "목표단면에서의 철근 변형률 연산"을 수행함으로써, "균열면에서의 철근의 변형률"이 산출된다. 그리고 이와 같이 산출된 "균열면에서의 철근의 변형률"이 철근 파단에 상응하는 변형률에 도달할 때까지 위의 "목표단면에서의 철근 변형률 연산"을 계속하여 수행한다. The target cross section, that is, the cross section for which the reinforcing bar strain is to be calculated is initially set as the central cross section between cracks, and then the target cross section is gradually moved to the crack surface, performing the above "calculation of reinforcing bar strain at the target cross section", and finally By performing "rebar strain calculation at target cross section" at the crack surface, "rebar strain at crack surface" is calculated. And, the above "calculation of reinforcing bar strain at the target section" is continuously performed until the calculated "strain of reinforcing bar at the crack surface" reaches the strain corresponding to the fracture of the reinforcing bar.

이와 같은 과정에 의해 종국적으로는 수행함으로써, 인장하중을 받은 철근콘크리트 부재에 대하여, 철근콘크리트 부재의 인장응력-변형률 관계를 도출하게 되고, 그에 따라 하중 단계별 철근콘크리트 부재의 인장 거동을 예측할 수 있게 된다. 도 6에는 인장을 받는 철근콘크리트 부재의 상세 해석 기법에 대한 해석 순서를 보여주는 개략적인 흐름도 즉, 철근 부착 거동을 직접적으로 고려한 철근콘크리트 부재 인장 거동 해석 과정을 보여주는 개략적인 순서도가 도시되어 있다. By finally performing this process, the tensile stress-strain relationship of the reinforced concrete member is derived for the reinforced concrete member subjected to the tensile load, and accordingly, the tensile behavior of the reinforced concrete member for each load stage can be predicted. . 6 is a schematic flow chart showing an analysis sequence for a detailed analysis technique of a reinforced concrete member subjected to tension, that is, a schematic flowchart showing a process of analyzing the tensile behavior of a reinforced concrete member directly considering the reinforcement attachment behavior.

<본 발명의 구체적인 실시예><Specific embodiments of the present invention>

본 발명의 구체적인 실시예로서, 위에서 설명한 본 발명의 방법을 인장하중 상태의 철근콘크리트 부재의 실물에 적용하여 그 상세 거동을 분석하였다. As a specific embodiment of the present invention, the method of the present invention described above was applied to a real reinforced concrete member under tensile load, and its detailed behavior was analyzed.

본 실시예에는 압축강도 65.1MPa 및 150.7MPa의 콘크리트에 항복강도 400MPa의 철근이 배근된 철근콘크리트 부재를 해석 대상으로 하였다. 더 나아가 다양한 철근비를 가지는 철근콘크리트 부재에 본 발명의 방법을 적용하기 위하여 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 및 3.0%의 총 5가지의 철근비를 가지는 철근콘크리트 부재를 실시예에 포함시켰다. In this example, reinforced concrete members in which reinforcing bars with a yield strength of 400 MPa were placed in concrete with compressive strengths of 65.1 MPa and 150.7 MPa were analyzed. Furthermore, in order to apply the method of the present invention to reinforced concrete members having various reinforcement ratios, reinforced concrete members having a total of five reinforcement ratios of 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, and 3.0% were included in the examples.

위와 같은 실시예에 대하여 본 발명의 방법을 이용하여 그 인장 거동을 파악하였는 바, 인장 거동을 나타내는 지표로서 인장응력(tensile stress)과 인장 변형률(tensile strain) 간의 상관 관계를 도출하였으며, 그 결과는 각각 도 7의 (a) 및 (b)의 그래프도에 도시되어 있다. 도 7의 (a) 및 (b) 각각에서 가로축은 "평균 인장 변형률"을 나타내며, 세로축은 "평균 인장응력"을 나타낸다. As for the above example, the tensile behavior was identified using the method of the present invention, and a correlation between tensile stress and tensile strain was derived as an indicator of tensile behavior. It is shown in the graphs of FIG. 7 (a) and (b), respectively. In each of (a) and (b) of FIG. 7 , the horizontal axis represents “average tensile strain” and the vertical axis represents “average tensile stress”.

도 7의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 철근 부착 거동에 따른 인장강화 효과로 인해 철근콘크리트 부재의 인장 거동이 철근 자체의 인장 거동과 크게 다른 것으로 나타났다. 특히, 콘크리트 압축강도가 클수록 콘크리트 인장강도 또한 큰 것으로 해석에 반영됨에 따라, 콘크리트 압축강도가 큰 부재의 경우, 균열 이후 인장응력에의 콘크리트 기여도 또한 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 하중 및 변형률이 증가함에 따라 철근콘크리트 부재 내 균열이 순차적으로 발생하고, 이로 인해 인장강화 효과가 단계적으로 감소하는 것을 알 수 있다. 특히, 철근 항복 이후에는 인장강화 효과에 의한 인장거동에서의 콘크리트 기여분이 철근 항복 이전 대비 상당히 감소한 것을 알 수 있다.As shown in (a) and (b) of FIG. 7, it was found that the tensile behavior of the reinforced concrete member was significantly different from the tensile behavior of the reinforcing bar itself due to the tensile strengthening effect according to the reinforcing bar attachment behavior. In particular, as the concrete compressive strength increases, the concrete tensile strength also increases, which is reflected in the analysis. Therefore, in the case of members with high concrete compressive strength, it can be seen that the contribution of concrete to the tensile stress after cracking also increases. In addition, it can be seen that as the load and strain increase, cracks occur sequentially in the reinforced concrete member, resulting in a stepwise decrease in the tensile strengthening effect. In particular, it can be seen that the contribution of concrete to tensile behavior due to the tensile strength effect after yielding the reinforcing bar is significantly reduced compared to before yielding the reinforcing bar.

본 발명에서 제안된 철근콘크리트 인장 거동 해석 방법으로부터 예측된 철근콘크리트 부재 인장 거동에서 철근 자체의 인장 기여분을 제외할 경우 도 8의 (a) 및 (b)와 같이 콘크리트의 인장 기여분인 콘크리트 평균 응력-변형률 곡선을 도출할 수 있다. 도 8의 (a) 및 (b) 각각에서 가로축은 "평균 인장 변형률"을 나타내며, 세로축은 "평균 인장응력"을 나타낸다. When the tensile contribution of the reinforcing bar itself is excluded from the tensile behavior of the reinforced concrete member predicted from the method for analyzing the tensile behavior of reinforced concrete proposed in the present invention, the average stress of concrete, which is the tensile contribution of concrete, as shown in (a) and (b) of FIG. Strain curves can be derived. In each of FIG. 8 (a) and (b), the abscissa axis represents "average tensile strain" and the ordinate axis represents "average tensile stress".

도 8의 (a) 및 (b)에서 보는 바와 같이, 철근콘크리트 부재에서 새로운 균열이 발생할 때마다 콘크리트 인장응력이 단계적으로 감소하며, 새로운 균열이 발생하지 않고 변형만 증가할 경우 일시적으로 콘크리트 인장응력이 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 평균 변형률이 철근 항복 변형률에 가까울수록 균열면에서 철근이 먼저 항복함에 따라 콘크리트 평균 인장응력이 급격히 감소하는 것을 알 수 있다. 철근의 전반적인 항복 이후에는 여전히 존재하는 철근의 부착 거동으로 인해 콘크리트의 인장응력이 어느 정도 증가하는 것으로 나타났으나, 철근 항복 이전의 콘크리트 인장응력에 비하면 그 크기가 상대적으로 작은 것으로 나타났다. 또한, 콘크리트 압축강도가 클수록 콘크리트 인장강도가 증가하므로, 이에 따라 균열 발생 이후 인장강화효과에 의한 콘크리트의 평균 인장응력 또한 증가하는 것을 알 수 있다.As shown in (a) and (b) of FIG. 8, whenever a new crack occurs in a reinforced concrete member, the concrete tensile stress decreases step by step, and when no new crack occurs and only deformation increases, the concrete tensile stress temporarily It can be seen that this increases In addition, it can be seen that as the average strain is closer to the yield strain of the reinforcing bar, the average tensile stress of concrete decreases rapidly as the reinforcing bar yields first at the crack surface. After the overall yielding of the reinforcing bars, it was found that the tensile stress of the concrete increased to some extent due to the attachment behavior of the reinforcing bars that still existed, but the magnitude was found to be relatively small compared to the tensile stress of concrete before the reinforcing bar yielding. In addition, since the tensile strength of concrete increases as the compressive strength of concrete increases, it can be seen that the average tensile stress of concrete also increases due to the tensile strengthening effect after crack generation.

상세 해석 결과에서는 균열 발생 시기에 따라 콘크리트의 평균 인장응력이 증가와 감소를 반복하지만, 철근 항복 시까지 평균 변형률이 증가할수록 전반적으로 콘크리트의 평균 인장응력이 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 경향은 일반 철근콘크리트 부재에서의 인장강화 효과를 반영하기 위한 기존의 여러 모델들에서 제시된 형태와 유사하다. 다만, 철근 부착 특성에 의해 인장강화 효과가 크게 영향을 받으므로, 본 발명에서 제안된 철근콘크리트 인장 거동 해석 방법에서는 철근 부착 특성을 직접적으로 고려할 수 있는 장점이 있다. 또한, 기존의 일반적인 해석 모델과 달리, 섬유보강콘크리트 및 FRP bar와 같은 건설 신재료가 적용된 경우에도 부착 거동 실험 결과만을 활용해 인장 거동을 예측할 수 있는 장점이 있다.In the detailed analysis results, the average tensile stress of concrete increases and decreases repeatedly depending on the time of crack occurrence, but as the average strain increases until the reinforcing bar yields, the average tensile stress of concrete generally decreases. This tendency is similar to the form presented in several existing models to reflect the tensile strengthening effect in general reinforced concrete members. However, since the tensile reinforcement effect is greatly affected by the reinforcement attachment characteristics, the method for analyzing the tensile behavior of reinforced concrete proposed in the present invention has the advantage of directly considering the reinforcement attachment characteristics. In addition, unlike conventional general analysis models, it has the advantage of being able to predict tensile behavior using only the results of adhesion behavior experiments even when new construction materials such as fiber-reinforced concrete and FRP bars are applied.

100: 시스템
1; 철근 부착응력-슬립량 관계 수학적 모델 설정 모듈
2: 철근 부착응력-슬립량 관계 수학적 모델의 이상화 모듈
3: 초기 평균 균열 간격 산정 모듈
4: 균열면에서의 철근 변형률 연산 모듈
100: system
One; Rebar attachment stress-slip amount relationship mathematical model setting module
2: Idealization module of mathematical model of rebar attachment stress-slip amount relationship
3: Initial Average Crack Spacing Module
4: Rebar strain calculation module at the crack surface

Claims (2)

철근 부착응력-슬립량(slip) 관계에 대한 수학적 모델을 설정하는 단계;
철근 부착 실험을 통해서 취득된 데이터를 이용하여 철근 부착응력-슬립량 관계에 대한 수학적 모델을 이상화시키는 단계;
철근콘크리트 부재에 최초 균열 발생 시 균열면에서의 철근 응력을 산정하고, 이상화된 철근 부착응력-슬립량 관계 모델로부터 초기 평균 균열 간격을 산정하는 단계; 및
균열면에서의 철근 변형률을 연산하는 단계;를 포함함으로써,
철근콘크리트 부재의 인장응력(tensile stress)과 인장 변형률(tensile strain)간의 상관 관계를 도출하게 되어 철근콘크리트 부재의 인장 거동을 예측하게 되는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 부재의 인장 거동 예측방법.
Setting up a mathematical model for the rebar attachment stress-slip relationship;
Idealizing a mathematical model for a relationship between rebar attachment stress and slip amount using data acquired through a rebar attachment experiment;
Calculating reinforcing bar stress on the crack surface when a first crack occurs in a reinforced concrete member, and calculating an initial average crack interval from an idealized reinforcing bar attachment stress-slip amount relationship model; and
Calculating the reinforcing bar strain at the crack surface; by including,
A method for predicting tensile behavior of a reinforced concrete member, characterized in that the tensile behavior of the reinforced concrete member is predicted by deriving a correlation between tensile stress and tensile strain of the reinforced concrete member.
철근 부착응력-슬립량(slip) 관계에 대한 수학적 모델을 설정하는 "철근 부착응력-슬립량 관계 수학적 모델 설정 모듈(1)";
철근 부착 실험을 통해서 취득된 데이터를 이용하여 철근 부착응력-슬립량 관계에 대한 수학적 모델을 이상화시키는 "철근 부착응력-슬립량 관계 수학적 모델의 이상화 모듈(2)";
철근콘크리트 부재에 최초 균열 발생 시 균열면에서의 철근 응력을 산정하고, 이상화된 철근 부착응력-슬립량 관계 모델로부터 초기 평균 균열 간격을 산정하는 "초기 평균 균열 간격 산정 모듈(3)"; 및
균열면에서의 철근 변형률을 연산하는 "균열면에서의 철근 변형률 연산 모듈(4)";를 포함하여 구성되어;
철근콘크리트 부재의 인장응력(tensile stress)과 인장 변형률(tensile strain)간의 상관 관계를 도출하게 되어 철근콘크리트 부재의 인장 거동을 예측하게 되는 것을 특징으로 하는 철근콘크리트 부재의 인장 거동 예측시스템.
"rebar attachment stress-slip amount relationship mathematical model setting module (1)" for setting a mathematical model for the rebar attachment stress-slip relationship;
"Idealization module (2) of mathematical model of rebar attachment stress-slip amount relationship" idealizing a mathematical model for rebar attachment stress-slip amount relationship using data acquired through rebar attachment experiments;
"Initial average crack spacing calculation module (3)" that calculates the reinforcing bar stress on the crack surface when a first crack occurs in a reinforced concrete member and calculates the initial average crack spacing from the idealized reinforcing bar attachment stress-slip amount relationship model; and
It is configured to include a "rebar strain calculation module 4 at the crack surface" that calculates the reinforcing bar strain at the crack surface;
A tensile behavior prediction system for reinforced concrete members, characterized in that the tensile behavior of reinforced concrete members is predicted by deriving a correlation between tensile stress and tensile strain of reinforced concrete members.
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