(a) 압축-변형률 관계 모델 (b) 인장-변형률 관계 모델 [그림 3.9] 콘크리트 데미지 소성영역
[식 3.47]
[식 3.48]
여기서, : 탄성 변형률,
제4장 곡선 및 비정형 구조부재 설계
고성능 섬유보강 시멘트복합재를 활용하여 비곡선 및 비정형 구조부재 형상 및 설계를 제안하고자 하였다. 기존의 철근콘크리트 구조부재의 최적 구조 단면을 개 발하고자 구조부재 지점조건과 적용 하중에 대한 구조해석을 실시하고 부재에 발생 하는 응력분포를 분석하였다. 이후 구조부재에 발생하는 응력분포에 따라 휨과 전 단에 지배적인 영향을 받는 부재에 대해 콘크리트의 적용 범위를 논하였으며 최종 곡선 및 비정형 구조부재 형상 및 설계를 구체화 하였다. 이 연구에서 곡선 및 비 정형 구조부재를 개발하기 위한 방향성을 [그림 4.1]과 같이 제시하였다. 고성능 섬유보강 시멘트 복합체를 활용한 구조부재는 구조물 및 공간형성을 위한 부재로서 의 기능과 구조적 성능이 충분히 확보되도록 하였다. 또한, 높은 고유동성으로 곡 선 및 비정형 요소의 형상을 자유롭게 할 수 있어 곡선미가 돋보이도록 하였다. 계 획 설계 및 공간설계 시, 곡선 및 비정형 구조부재를 노출부재로 사용함으로써 사 용자의 시각적 효과를 극대화 시킬 수 있도록 하였다. 더불어 일반적인 직사각형 부재의 대비 체적을 감소시킴으로써 부재의 자중을 감소시켜 경제성과 친환경성을 확보할 수 있는 곡선 및 비정형 부재를 개발하고자 하였다.
[그림 4.1] 곡선 및 비정형 구조부재 개발을 위한 방향성
제안된 부재를 실용화하고자 곡선 및 비정형 형상이 완벽하게 구현될 수 있도 록 비정형 및 가변형 거푸집 제작 기술(안)에 대해서 <부록 A> 유리섬유를 활용한 비정형 거푸집 및 <부록 B> 고무판을 활용한 가변형 거푸집을 고안하였다.
제1절 구조역학 거동 관계
건축구조부재중 수평구조부재인 보를 대상으로 양단 지점에 상태에 따라 축의 직각 방향으로 부재의 전 길이에 작용하는 등분포하중을 지지하고 있는 부재에 발 생하는 휨 및 전단 대한 구조 역학적 거동과 응력분포에 대해 분석하였다. 국내 범 용구조설계 및 해석 프로그램인 Midas-gen51을 이용하여 [그림 4.2] 와 같이 콘크 리트 구조부재를 모델링 하였다. 부재의 지점상태에 따른 구조해석결과는 [그림 4.3]와 같으며 부재 처짐은 휨에 지배적임을 알 수 있다. [그림 4.3(a)]와 같이 단 순지지 된 구조부재는 길이 방향 중앙에서 최대 휨 모멘트가 발생하였고 양쪽 지점 에서 최대 전단력이 발생하였다. 지점에서 중앙으로 갈수록 상부측은 압축응력이 나타났고 하부측은 인장응력이 집중적으로 발생하였다. [그림 4.3(b)]와 같이 양단 고정 된 구조부재는 부재 중앙에서는 최대 정 모멘트가 양쪽 지점에서는 크기가 2 배가 큰 부 모멘트가 나타나며 양단 지점부에서 최대 전단력이 발생하였다. 양쪽 지점의 상부측은 인장 응력이 나타났고 하부측은 압축응력이 발생하였으며 중앙의 상부측은 압축응력이 나타났고 하부측에서 인장응력이 집중적으로 발생하였다.
[그림 4.2] 콘크리트 구조부재 모델링
1. 축력분포 2. 최대전단응력분포 (a) 단순지지 된 콘크리트 구조부재 응력분포
1. 축력분포 2. 최대전단응력분포
(b) 양단고정 된 콘크리트 구조부재 응력분포 [그림 4.3] 지점상태에 따른 부재 구조해석결과