건축물은 사용자의 부주의, 전기적, 기계적 요인 등에 의해 화재가 발생할 수 있고, 화재 발생 시 각 재료의 특성에 따라 강성 및 강도가 감소하여 구조 성능이 저하될 수 있다. 이러한 상황에서 적절 한 성능 복구가 되지 않으면 후에 지진 등의 큰 하중이 가해질 때 건축물 붕괴 등 치명적인 피해가 발생할 수 있다. 현재 내화성능을 높이는 방법으로 내화피복을 사용하는 등 수동적인 방법에 머물러 있으며, 꾸준한 유지관리 등이 필요하다는 단점이 있다. 따라서 변형 후 열을 가하면 원래의 형상으로 돌아가는 성질을 가진 형상기억합금을 사용하여 콘크리트 보를 보강하고, 화재 시, 화재 후에 프리스 트레스트 콘크리트와 유사한 방식으로 콘크리트에 압축응력을 발생시켜 구조 성능을 향상시킬 수 있 는지 ANSYS 구조해석 프로그램을 통해 그 효과를 확인해보고자 한다.

본 논문에서는 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보의 전단 강도를 유한요소법을 이용한 수치해석으로 예측해 보았다. 프리스트레스의 정도를 주요 변수로 하여 전단 강도의 변화를 살펴보았다. 유한요소해석 프로그램인 Abaqus를 사용하여 CDP재료 모델과 초기조건을 설정함으로 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보의 전단 강도를 비교적 정확하게 예측할 수 있으며 오차는 5%이하였다. 또한 깊은 보의 strut-and-tie 모델과 동일한 형태를 나타냈으며, 해석이 타당하다고 본다. 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보의 전단 강도를 예측하기 위해 제안된 수식으로 전단 강도를 계산하였을 때 실제 전단 강도보다 큰 수치를 얻었다. 텐던에 가해진 프리스트레스의 크기가 커질수록 깊은 보의 전단 강도는 선형적으로 증가하는 현상을 보였다. 깊은 보의 전단 강도를 효과적으로 증가시키기 위해 프리스트레스트 콘크리트 깊은 보를 활용할 수 있다.

In the seismic design of building structural members, due to the complexity of the placement of PC steels in prestressed concrete members, it is necessary to review and define the definition of member damage in comparison with reinforced concrete members.In this study, the results of past experiments compared with the calculation results by ‘section Analysis Method’, with the aim of reviewing the precision of calculation results when member damage evaluation is performed using the section analysis method. Furthermore, it is also compared with the calculation results by the ‘split Element Method’.In addition, parametric studies were carried out, and the influence of the difference between the amount of PC steels and reinforced bar on the residual strain was examined.

In order to evaluate a stress state of concrete according to the change of tensile force of prestressed beam, improved nonlinear resonant ultrasonic spectroscopy(NRUS) method is proposed. This technique is advantageous to evaluate the stress state in initial state because the method shows much higher sensitivity than existing linear ultrasonic methods. The NRUS technique measure a nonlinearity parameter, which is calculated from the resonant frequency shift of ultrasonic wave related to the medium state, and the result is also closely related to the stress state of concrete. In this study, the nonlinearity parameter was measured with the change of tensile force to verify the close relationship between the two factors, and the effect of repetitive load cycle on the change of nonlinearity parameter was analyzed. In addition, sensitivity comparison with the linear ultrasonic pulse velocity method was performed. Through the experimental results, the possibility of NRUS technique for the evaluation of stress state in prestressed beam was confirmed.

본 연구에서는 프리스트레스트 콘크리트 보의 처짐 예측을 위해 재료비선형이 고려된 콘크리트 및 철근, 강연선의 거동을 고려할 수 있는 구성모델을 조합하여 적층 쉘 요소를 사용한 유한요소해석 모델에 적용하였다. 이를 기존 연구자들의 실험결과와 비교함으로써 모델의 타당성을 검증하였고, 스팬-깊이비, 편심 그리고 프리스트레싱 크기에 대한 처짐을 해석하고 이를 수계산 결과와 비교하였다. 그 결과, 스팬-깊이비가 커질수록, 편심이 작아질수록, 프리스트레싱 크기가 작아질수록 처짐이 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 편심이 매우 작을 경우와 프리스트레싱 크기가 매우 작을 경우에는 수계산이 처짐을 과대평가한다는 것을 확인하였다.

연결보를 가진 전단벽 시스템은 벽체의 개별 강성을 합산한 것보다 훨씬 큰 강성을 확보할 수 있기 때문에 효율적인 횡력저항시스템으로서 40층 이하의 중 고층 건물에 널리 적용되고 있다. 일반적으로 사용되는 철근콘크리트 연결보는 철근배근이 복잡해 시공성이 저하되고, 철골연결보의 경우에는 과도한 스티프너의 사용으로 인해 경제성이 저하된다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 이 연구에서는 철근콘크리트와 철골부재를 합성하여 시공성 및 경제성을 개선하고 단면크기를 줄일 수 있는 불연속웨브가 적용된 프리스트레스트 합성연결보를 개발하였다. 개발한 프리스트레스트 합성 연결보의 구조적인 성능을 검증하기 위해서 전단철근비를 주요 변수로 두 개의 실험체를 제작하여 반복하중실험을 수행하였으며, 실험결과는 제안된 연결보의 내진성능을 검증하였다.