PURPOSES : Concrete, which is a construction material, is the most widely used compression material; however, unlike steel, it exhibits nonlinear material characteristics. Therefore, to examine the behavior of structures under the nonlinear conditions of concrete materials, one must select an appropriate numerical-analysis technique and a reasonable material model. When performing the nonlinear numerical analysis of a structure using general-purpose structural analysis software, the stress–strain curve or the Mohr–Coulomb failure criterion is typically employed to consider the nonlinear material characteristics. In this study, an efficient nonlinear numerical analysis is conducted by defining the stress–strain curves and Mohr–Coulomb parameters applicable to Strand7 to examine and design the stability of reinforced concrete structures. METHODS : This study was conducted by improving existing data. Based on the tensile region of the concrete stress–strain curve presented in a simple shape and the results of the splitting test, the proposed Mohr–Coulomb parameter was improved based on regulations stipulated in the design standards of concrete structures. The characteristics and usability of the improved material models were examined using concrete splitting tensile and bending models. RESULTS : A yield area distribution similar to that of the reference data is obtained when the Mohr–Coulomb material model is used in the numerical analysis of the concrete splitting tension, thus confirming the validity of the model. In the Mohr–Coulomb material model, nonlinear resistance continues even after the maximum reaction force occurs. However, when the stress–strain curve material model is applied, at the moment the maximum reaction force occurs, the material yields and begins to be damaged. In addition, by applying the Mohr–Coulomb material model to the bending numerical-analysis model, the magnitude of stress in the tensile region from the initial stage exceeds the yield stress defined in the stress–strain curve. CONCLUSIONS : Based on a series of examples, the usability of the proposed concrete stress–strain curve and Mohr–Coulomb parameters is confirmed. However, to obtain numerical-analysis results that are consistent with the nonlinear behavior of actual structures, nonlinear testing of reinforced concrete structures shall be conducted and material models shall be improved.

RC교량의 내진성능은 교각에 충분한 연성도를 제공함으로써 확보할 수 있다. 이러한 연성도는 교각의 소성힌지 영역에 적절한 횡방향철근을 배근함으로써 실현할 수 있다. 횡방향철근에 의한 횡구속력은 유효구속력으로 결정되므로 단면형상과 횡방향철근량이 지배적인 요소가 된다. 동일한 횡방향철근량을 제공하더라도 설치간격, 배치형태, 갈고리 상세 등의 차이에 의해 유효구속력에 차이가 있게 된다. 후프띠철근에 의해 횡구속력을 발휘하는 원형단면과는 달리 사각 또는 중공사각단면에서는 유효구속력을 증가시키기 위해 보강띠철근이 함께 사용된다. 이러한 보강띠철근을 어떻게 고려하느냐에 따라 횡구속된 콘크리트의 응력-변형률 관계는 달라지게 된다. 본 연구에서는 실험을 통해 후프띠철근과 함께 보강띠철근을 갖는 정사각단면 콘크리트의 응력-변형률 관계를 파악하였으며 기존의 평가식과 비교를 통해 역학적 특성을 분석하였다.

내진설계의 기본적인 개념은 지진 시 요구되는 연성도 이상의 변형성능을 확보하는 것이다. 기둥의 경우 소성힌지 영역에 적절한 횡철근을 배근함으로써 이를 실현할 수 있다. 가장 경제적인 설계를 위해서는 횡구속 콘크리트의 응력-변형률 특성에 기초하여 횡철근량을 산정하는 것이다. 우리나라(도로교 설계기준)에서는 목표연성도를 단일화하여 동일한 횡철근을 제공하고 있으나 일본에서는 횡구속된 콘크리트의 응력-변형률 곡선식을 제공함으로써 경제적으로 소요 횡철근량을 산정하고 있다. 이러한 재료레벨(응력-변형도)의 특성을 사용하면 설계는 어려워지지만 보다 경제적인 설계가 가능하며 이는 성능에 기반한 내진설계의 경향과도 부합된다. 이 연구에서는 현행 도로교설계기준의 갈고리상세에 부합되는 횡철근을 배치한 부재에 대해 횡철근량을 변수로 하여 응력-변형률 실험을 수행하였다. 응력-변형률 특성을 정량적으로 평가할 수 있는 인자를 도입하여 실험결과와 기존의 콘크리트 모델식을 비교 분석하였다.