개요

콘크리트 구조물에 균열이 발생하면, 구조적 결함, 내구성 저하, 외관손상 및 철근부식 및 방수성능 저하 등으로 치명적인 손실을 초래할 수 있기 때문에, 설계초기 단계부터 콘크리트의 재료선정, 배합설계, 시공 및 구조물 평가에 주의를 기울여야 한다. 구조적인 균열은 구조물이나 구조부재가 사용하중에 대해 구조적으로 지지하지 못할 때 발생하는 균열을 의미한다.

따라서 3차원 유한요소해석모델을 통한 콘크리트의 구조적 균열에 대한 검토를 통하여 구조물의 내구성 및 안전성에 대한 평가가 필요하다.

 – LUSAS의 콘크리트 균열해석 모델(A plastic-damage-contact multi crack concrete model Craft)

 해석에 사용되는 콘크리트 모델은 Implicit return-mapping algorithm과 consistent tangent matrix를 사용하였으  며 이것은 Explicit integration scheme(Simo and Huges,1998)에 근거한 알고리즘보다 빠르게 수렴하며 더 정확  한 결과를 얻는 것으로 나타난다. 이 모델의 성능은 직간접적인 파괴 시험, 파쇄/균열/다른 재료와의 결합등이  거동에 미치는 영향이 큰 철근콘크리트에 대한 전단/수직 응력시험 등을 통해 검증되었다. 

해석모델 예시 (콘크리트 아치교)

본 해석에 사용된 모델은 교량의 종∙횡구배 등 최대한 실제 교량의 형상을 그대로 반영하여 3차원으로 이상화 하였다. 철근의 경우는 균열에 대한 통제력을 행사하는 인장측 주철근을 위주로 모델링에 반영하였으며, 콘크리트 부재와 절점을 공유하며 해석이 수행되도록 하였고, 콘크리트와 철근은 부착강도는 고려되지 않았으며 일체 거동하는 것으로 가정하였다. 균열 검토를 위한 기둥의 모델링에는 콘크리트 구체에 대하여 3차원 입체요소 (HX8M, 3D Solid Continuum Element)를 사용하고, 철근에는 3차원 Bar 요소 (BRS3, 3D Bar Element)를 사용하였다.