제안된 비선형 층상화 휨해석 프로그램에 의해 기준실험체 및 AASFC 적용 보 실험체의 해석을 수행하였으며 최초균열발생시, 인장철근항복시, 극한하중 도달까 지 하중-변위관계와 모멘트-곡률 결과를 [그림 4.17], [그림 4.18]에 나타내었다.
(a) 하중-변위
(d) 모멘트-곡률
[그림 4.17] 보의 층상화 휨해석 결과 그래프
(a) BRC(기준실험체)
(b) B100(PVA 1.00%)
(c) B125(PVA 1.25%)
(d) B150(PVA 1.50%)
(e) B200(PVA 2.00%)
[그림 4.18] 보의 실험 및 해석결과 비교 그래프(하중-변위, 모멘트-곡률)
[표 4.7]은 보의 비선형 층상화 해석으로 콘크리트 균열시, 철근항복시, 최대 하중을 예측한 결과이다. AASFC의 섬유혼입률에 따라 하중 및 변형 거동을 해석 결 과 잘 예측해 주었다. AASFC를 적용한 보의 비선형 거동 예측 결과는 [표 4.8]에 나타낸 바와 같이 실험에 의한 극한하중을 오차범위 0.55 ~ 9.74% 로 기준실험체 뿐 만 아니라 AASFC 의 섬유혼입률에 따른 최대내력을 잘 추정하였다. 비선형 층상화 해석결과에서 최대하중 이후의 실험과 거동의 차이는 철근과 콘크리트 또는 AASFC 의 부착관계, 철근의 항복이후의 비선형거동, 압축철근의 항복 후 좌굴 영향 등에
Specimen
Concrete crack Rebar yielding Maximum Load
하중
(kN)
처짐 (mm)
하중 (kN)
처짐 (mm)
하중 (kN)
처짐 (mm)
하중 증가(%) BRC
(기준) 15.29 0.12 138.96 4.58 139.94 13.66 - 2.98 B100
(PVA1.00%) 18.43 0.13 142.69 5.45 146.62 23.50 4.77 4.31 B125
(PVA1.25%) 20.92 0.14 144.87 5.44 151.13 29.33 7.99 5.39 B150
(PVA1.50%) 21.18 0.13 147.83 5.43 155.62 35.23 11.20 6.48 B200
(PVA2.00%) 21.35 0.13 147.41 5.43 158.98 47.01 13.60 8.65 [표 4.7] 비선형 층상화 휨 해석 결과
구분
최대하중 (kN)
실험 설계 실험대비
오차(%) 층상화해석 실험대비 오차(%) BRC(기준) 127.51 84.58 33.66 139.94 9.74
B100(PVA 1.00%) 140.41 127.44 9.23 146.52 4.35
B125(PVA 1.25%) 144.48 132.61 8.21 151.13 4.60
B150(PVA 1.50%) 147.16 137.61 6.48 155.62 5.74
B200(PVA 2.00%) 158.10 146.67 7.22 158.98 0.55 [표 4.8] 보의 실험, 설계식, 비선형 층상화해석 최대하중 비교
구분
변위연성비 ( )
실험 기준대비
증가율(%)
층상화 해석
기준대비 증가율(%)
BRC(기준) 2.77 - 2.98
-B100(PVA 1.00%) 4.48 61.57 4.31 44.63 B125(PVA 1.25%) 4.16 50.18 5.39 80.87 B150(PVA 1.50%) 4.05 46.20 6.48 117.44 B200(PVA 2.00%) 4.28 54.51 8.65 190.26 [표 4.9] 보의 실험과 비선형 층상화해석 변위연성비 비교
[표 4.9]는 보의 실험에서 측정된 항복변위에 대한 최대하중에서 변위비율인 변위연성비를 비선형 층상화 해석과 비교하였다. 기준실험체는 실험과 비선형 층상 화해석 변위연성비는 각각 2.77, 2.98 의 결과를 보여 비슷하게 추정하였으나, AASFC 적용 보에서의 변위연성비는 실험결과가 4.05 ~ 4.48 의 결과를 보인 반면에 층상화 해석에서는 4.31 ~ 8.65 의 범위를 보였으며, AASFC 섬유혼입률 1.50 % 이상에 서 다소 높은 결과를 보였다.
제4절 비선형 유한요소해석
알칼리활성 슬래그 무시멘트 섬유복합체를 적용한 구조부재의 특성을 평가하기 위해서 매번 실험을 통한 검증은 시간 및 비용적인 문제로 한계가 있으며, 최근에 건축물은 직사각형 또는 직선부재가 아닌 비정형 단면과 곡선부재가 적용되는 사례 들이 늘고 있으며 복잡한 형상과 곡선이 있는 단면을 가진 부재의 비선형거동을 알 기에 어려움이 있다. 이를 보다 빠르고 정밀하게 해석하기 위해 범용 구조해석 프 로그램을 통한 유한요소해석은 많은 이점이 있을 것으로 사료된다. 유한요소기법은 새로운 재료특성을 반영한 매우 효과적인 해석방법으로 사용될 수 있으며, 컴퓨터 프로그램을 이용하여 빠른 접근과 결과 도출이 가능하다. 본 연구에서는 변위법에 기초한 DIANA(Displacement Analyzer) 10.4 버전을 사용하여 보의 비선형 유한요소 해석을 수행하였다.