고강도 콘크리트보의 파괴특성과 크기효과에 관한 수치해석 = Numerical Analysis of Fracture Characteristics and Size Effect for High Strength Concrete Beam

국문 초록 (Abstract)

선형탄성파괴역학(LEFM) 및 파괴진행영역(FPZ)의 개념으로부터 유도한 크기효과법칙(SEL)에 따르면 콘크리트의 휨강도는 부재의 크기가 증가할수록 연속적으로 감소한다. 그러나, 초기노치가 없는 콘크리트보에 대한 실험결과에 의하면 콘크리트의 휨강도는 시편의 깊이가 증가함에 따라 우선 감소하다가 매우 큰 시편에서는 어느 일정한 값에 수렴하게 된다.
따라서, 본 연구에서는 2직선 가상균열모델(FCM)과 유한요소법(FEM)을 사용한 수치해석을 수행하여 초기균열 유무에 따른 보통강도 콘크리트(NSC)와 고강도 콘크리트(HSC)보의 파괴특성과 크기효과를 연구하였다. 수치해석 결과로부터 크기효과 모델식을 제안하였으며, Bazant의 제안식과 비교·분석하였다. 결론적으로, 고강도 콘크리트에 대한 파괴특성과 크기효과법칙을 구하기 위해서는 파괴에너지 및 연화거동 등을 고려하여야 함을 알 수 있었으며, 고강도 콘크리트에 대하여 보다 정확한 크기효과법칙을 정립하기 위하여 많은 실험 및 해석적 연구가 필요하리라 생각한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Size effect laws(SEL) based on linear elastic fracture mechanics(LEFM) concepts, and fracture process zone(FPZ) modifications of that concept, predict that the flexural strength of plain concrete specimens decreases continuously as the specimen's depth increases. By contrast it is observed experimentally that while the flexural strength of unnotched specimens at first decreases as the specimen's depth increases, that strength subsequently reaches a limiting value for very large specimens.
A finite element numerical analysis, using a bilinear fictitious crack model(FCM), was made to investigate fracture characteristics and size effect predictions for normal strength concrete(NSC) and high strength concrete(HSC) with and without an initial crack. Based on the numerical results, a simple size effect equation was proposed and compared with the predictions of equations proposed by Bazant. It is concluded that fracture energy and softening behavior need to be included in fracture characteristics and size effect laws for high strength concrete. Futhermore, physical tests and researches are needed to determine that size effect relationship for HSC.