Earticle

This paper is aimed to clarify the characteristics of wooden roof trusses in modern age of Korea. These western roof trusses are largely classified with king post roof truss, queen post roof truss, and so on. The king and queen post roof truss are respectively classified with 3 types by the roof span. The king post roof trusses are composed with the principal rafter, tie beam, strut, braces, purlins, and so on. They are spanning up to about 4.5-8m, 9-12m, 12.5-16.2m, each of them has 6, 4, 2 struts and lattice members But there are practically no 6 struts and lattice members in the king post roof truss of wooden architectural properties. The queen post roof truss enable the construction of the very large roof trusses than the king post roof trusses, the knee brace are when bay is more than 5m between the queen posts. An further innovation was the use of iron tie bars in lieu of timber for tensile lattice members(struts) in the trusses.

The vehicle weight and alternative light materials development like aluminum alloys are hot issues around the world. In order to obtain the goal of the weight reduction of automobiles, the researches about lighter and stronger suspension links have been studies without sacrificing the safety of automotive components. Therefore, in present study, the structure analysis of the torque strut links made by aluminum alloys (A356) was performed by using CAE (computer aided engineering) to investigate the light weight design process from the reference of the rear suspension torque strut link which was made by STKM11A steel and was already proven in the commercial market. Especially, the simulated maximum von Mises stresses after strength analysis were normalized as fatigue limit and these were converted to the WF (weight factor) of the same type as the fatigue safety factor suggested and named like that in present study. From these, it was suggested that the fatigue properties of the torque strut could be simply predicted only from this static CAE simulation.

스트럿-타이 모델 방법은 응력교란영역을 갖는 콘크리트 구조부재의 설계에 효과적이다. 그러나 현행 설계기준의 스트럿-타이 모델 방법은 3차원 응력교란영역을 갖는 콘크리트 구조부재의 설계에 관한 명확한 개념 및 기준을 제시하지 못하고 있다. 이 연구에서는 현행 설계기준의 문제점을 개선하기 위한 새로운 스트럿-타이 모델 설계 방법을 제안하였다. 제안한 방법에서는 스트럿-타이 모델을 한 절점에서 주변의 인접한 모든 절점들로 힘을 전달할 수 있는 3차원 기본격자요소를 활용하여 형성한다. 또한 콘크리트 스트럿 및 절점영역의 유효강도를 이들이 위치한 곳의 철근의 영향 및 3차원 응력상태를 고려할 수 있는 수치해석적 방법을 사용하여 결정한다. 뿐 만 아니라 스트럿 및 타이의 하중전달능력을 격자요소의 최대단면적 개념을 도입하여 검토한다.

Although the strut-tie model approaches of current design codes are regarded as the valuable methods for designs of structural concretes with D-regions, the approaches have to be improved because of the uncertainties in terms of the concepts and provisions for designs of 3-dimensional structural concretes. To improve the uncertainties, a new strut-tie model approach is proposed in this study. In the proposed approach, the concepts of employing a 3-dimensional grid element allowing load transfers in all directions at a node to construct a strut-tie model, a numerical analysis approach to determine the effective strengths of concrete struts and nodal zones by reflecting the effects of reinforcing bars and 3-dimensional stress state, and maximum areas of struts and ties to examine their load carrying capacities are integrated into the strut-tie model approaches of current design codes.

현 논문에서는 전편 논문에서 제안한 3차원 격자요소를 활용하는 스트럿-타이 모델 방법의 타당성 및 효율성을 검증하기 위해 파괴실험이 수행된 13개의 슬래브-기둥 접합부 및 51개의 비틀림 보 등의 극한강도를 평가하였으며, 또한 3축 방향의 하중을 받는 교각코핑부에 대한 설계를 수행하였다. 현 연구의 방법에 의한 철근콘크리트 슬래브-기둥 접합부 및 비틀림 보의 극한강도 평가결과는 실험결과, ACI 318 설계기준을 비롯한 세계 주요설계기준, 그리고 몇몇 연구자의 방법에 의한 평가결과 등과 비교하여 현 연구방법의 타당성을 검증하였다. 교각코핑부의 설계결과는 ACI 318 설계기준의 단면법 및 AASHTO-LRFD의 스트럿-타이 모델 설계기준에 의한 설계결과와 비교하여 그 결과의 타당성을 검토하였다.

In this study, the ultimate strengths of 13 slab-column joints and 51 torsional beams were evaluated to verify the validity of the strut-tie model approach presented in the companion paper. In addition, the design of the bridge pier subjected to multiple load combinations with longitudinal and lateral loads was conducted. The analysis results were compared with those by the provisions of BS 8110, ACI 318, and AASHTO-LRFD. The design results of the bridge pier were also compared with those by the provisions of ACI 318's sectional design method and AASHTO-LRFD's strut-tie model method.

스트럿-타이 모델 방법은 응력교란영역을 갖는 콘크리트 구조부재의 설계에 효과적인 방법으로 알려져 있다. 그러나 하중이나 기하학적 조건이 복잡한 경우 현행 설계기준의 스트럿-타이 모델 방법은 스트럿-타이 모델의 선정, 스트럿-타이 모델의 구조형식, 그리고 구성요소의 유효강도 측면에서의 불확실성으로 인해 콘크리트 구조부재의 합리적인 설계가 어려운 부분이 있다. 본 연구에서는 이러한 불확실성을 개선하기 위해 콘크리트 구조부재의 기하학적 형상을 바탕으로 초기격자모델을 구성하고 간단한 최적화 알고리즘을 이용하여 콘크리트 스트럿과 철근 타이의 하중전달능력을 결정함으로써 다양한 하중조건에 적합한 스트럿-타이 모델의 선정과 동시에 일관된 설계를 수행할 수 있는 격자 스트럿-타이 모델 방법을 제안하였다. 철근콘크리트 깊은 보의 극한강도평가와 개구부를 가지는 벽체의 설계를 통해 제안한 방법의 타당성과 효율성을 검증하였다.

Although the approaches implementing strut-tie models are the valuable tools for designing discontinuity regions of structural concrete, the approaches of the current design codes have to be improved for the design of structural concrete subjected to complex loading and geometrical conditions because of the uncertainties in the selection of strut-tie model, in the use of an indeterminate strut-tie model, and in the effective strengths of struts and nodal zones. To improve the uncertainties, a grid struttie model approach is proposed in this study. The proposed approach, allowing to perform a consistent and effective design of structural concrete, employs an initial grid strut-tie model in which various load combinations can be considered. In addition, the approach performs an automatic selection of an optimal strut-tie model by evaluating the capacities of struts and ties using a simple optimization algorithm. The validity and effectiveness of the proposed approach is verified by conducting the analysis of the four reinforced concrete deep beams tested to failure and the design of shearwalls with two openings.

이 논문에서는 스트럿-타이 모델을 이용한 프리스트레스트 콘크리트 보의 해석 및 설계 시 프리스트레스트 콘크리트 보의 비선형 파괴거동 특성 및 복잡한 하중전달 메커니즘을 합리적인 방법으로 반영할 수 있는 단순한 형태의 부정정 스트럿-타이 모델을 제안하였다. 또한 현행 설계기준서의 스트럿-타이 모델 규정을 이 연구에서 제안한 부정정 스트럿-타이 모델에 접목시켜 프리스트레스트 콘크리트 보의 해석 및 설계를 수행할 수 있는 부정정 스트럿-타이 모델의 하중분배율을 제안하였다. 이 연구에서 제안한 부정정 스트럿-타이 모델 및 하중분배율의 적합성을 검증하기 위해 파괴실험이 수행된 47개의 프리스트레스트 콘크리트 보의 극한강도를 평가하였으며, 그 결과를 현행 설계기준서의 스트럿-타이 모델 방법에 의한 평가결과와 비교분석 하였다.

In this study, a statically simple indeterminate strut-tie model is proposed for the rational analysis and design of simply supported prestressed concrete beams by reflecting all characteristics of nonlinear structural behavior and load transfer mechanisms. In addition, a load distribution ratio that allows to transform the proposed indeterminate strut-tie model to a determinate model is also suggested to help structural designers conduct the structural analysis and design of simply supported prestressed concrete beams by using the strut-tie model method of current design codes. For verifying of the validity of the proposed model and load distribution ratio, the ultimate strengths of 47 simply supported prestressted concrete beams tested to failure were estimated and the results were compared with those by the strut-tie model methods of current design codes.

철근콘크리트 코벨의 파괴거동은 코벨의 전단경간비 및 주인장 철근비를 포함한 여러 변수들로 인해 복잡하다. 이 논문에서는 철근콘크리트 코벨의 강도 및 거동 특성을 논리적이고 합리적인 방법으로 반영하여 전단경간비가 1.0 이하인 철근콘크리트 코벨을 설계할 수 있는 단순한 형태의 1차 부정정 트러스 구조의 스트럿-타이 모델을 제안하였다. 또한 부정정 스트럿-타이 모델을 정정 트러스 구조의 스트럿-타이 모델로 변환시켜 현행 스트럿-타이 모델 설계기준에 의한 코벨의 설계를 가능하게 하는 하중분배율을 제안하였다. 하중분배율 결정 시 스트럿과 타이의 재료적 비선형 거동을 고려할 수 있는 부정정 스트럿-타이 모델의 비탄성 구조해석을 통해 철근콘크리트 코벨의 강도 및 거동을 지배하는 전단경간비, 주인장 철근비, 수직하중에 대한 수평하중의 비, 그리고 콘크리트의 압축강도 등의 주요설계변수들의 영향을 반영하였다. 이 연구에서 제안한 부정정 스트럿-타이 모델 및 하중분배율의 적합성을 검증하기 위해 파괴실험이 수행된 다수의 철근콘크리트 코벨의 극한강도를 평가하였으며, 그 결과를 ACI 318-11의 전통적인 설계기준 및 정정 트러스 구조의 스트럿-타이 모델을 기반으로 하는 현행 주요 설계기준의 스트럿-타이모델 방법에 의한 평가결과와 비교분석하였다.

The ultimate behavior of reinforced concrete corbel is complicated due to the primary design variables including the shear span-to-effective depth ratio a/d, flexural reinforcement ratio, load condition, and material properties. In this study, a simple indeterminate strut-tie model reflecting all characteristics of the ultimate strength and complicated structural behavior is proposed for the design of the reinforced concrete corbels with shear span-to-effective depth ratio of $a/d{\leq}1$. A load distribution ratio, defined as the fraction of applied load transferred by horizontal truss mechanism, is also proposed to help structural designers perform the design of reinforced concrete corbels by using the strut-tie model approaches of current design codes. For the development of the load distribution ratio, numerous material nonlinear finite element analyses of the proposed indeterminate strut-tie model were conducted by changing primary design variables. The ultimate strengths of reinforced concrete corbels tested to failure were evaluated by incorporating the proposed strut-tie model and load distribution ratio into the ACI 318-11's strut-tie model method. The validity of the proposed model and load distribution ratio was examined by comparing the strength analysis results with those by the ACI 318-11's conventional design method and strut-tie model methods of current design codes.

본 연구에서는 현재의 설계기준에서 명확하게 제시하지 못하고 있는 3차원 응력교란영역의 설계를 위해 3차원 스트럿-타이 모델을 이용하는 새로운 설계방법을 제안하였고, 실무자들이 이 방법에 따라 콘크리트 구조부재를 설계하는데 편리함을 제공해주는 실용적인 3차원 스트럿-타이 모델 전용 그래픽 프로그램을 개발하였다. 격자 스트럿-타이 모델을 사용함으로서 모델 선정에 따른 주관성을 배제하였고, 3차원 파괴면, 압축주응력 흐름의 방향, 그리고 스트럿의 방향 등을 이용하여 3차원 스트럿의 유효강도를 계산하는 방법을 개발하였다. 본 연구의 해석과정은 스트럿의 최대단면적과 필요단면적을 이용하여 최대하중을 계산한 다음, 계산된 타이의 필요단면적을 배근된 철근의 단면적으로 대치시켜 증분하중단계를 이용한 비선형 트러스 해석을 수행하는 방법이다. 설계과정은 주어진 설계하중에 대하여 필요철근량을 산정하고 스트럿과 절점의 강도를 검토하는 일련의 설계방법이다. 따라서 제안된 방법은 유한요소해석과의 상호작용을 통하여 스트럿-타이 모델의 단점을 보완하고 장점을 최대한 활용하기 위한 컴퓨터에 기반한 스트럿-타이 모델 방법으로 분류될 수 있다. 제안된 방법의 타당성을 검증하기 위하여 파괴실험이 수행된 9개의 말뚝기초 공시체의 파괴강도 예측 및 교각코핑부의 설계를 수행하였고, 그 결과를 기존의 연구결과 및 기존 설계기준에 의한 해석 및 설계결과와 비교하였다.

In this study, a new approach employing 3-dimensional strut-tie models for analysis and design of 3-dimensional structural concrete with disturbed regions that are not properly occupied by current design codes is proposed. In addition, a computer graphics program for the practical application of the approach is developed. The approach adopts a grid strut-tie model to exclude the subjectivity in the selection of strut-tie model and evaluates the effective strength of concrete strut by considering the 3-dimensional failure criteria of concrete and the deviation angles between the struts and compressive principal stress trajectories. To verify the appropriateness of the approach, nine pile caps tested to failure are analyzed and a bridge pier is designed. The analysis and design results are compared with those obtained by several different methods.

철근콘크리트 깊은 보는 콘크리트와 전단철근에 의한 전단저항 메커니즘의 성능에 의해 극한강도가 지배된다. 깊은 보의 거동은 전단지간대 유효깊이의 비, 휨철근비, 하중점과 지지점의 조건, 그리고 사용재료의 성질 등의 여러 변수간의 복합적인 역학관계로 인해 매우 복잡하다. 본 논문에서는 이러한 깊은 보의 강도 및 거동 특성을 모두 반영하여 단순지지 철근콘크리트 깊은 보의 설계를 수행할 수 있는 부정정 스트럿-타이 모델을 제안하였다. 또한 현 스트럿-타이 모델 설계기준을 부정정 스트럿-타이 모델을 이용한 단순지지 철근콘크리트 깊은 보의 설계에 합리적으로 적용하기 위해 수직 트러스 메커니즘에 의해 전달되는 하중의 크기 즉 부정정 스트럿-타이 모델의 하중분배율을 제안하였다. 하중분배율의 결정 시 단순지지 철근콘크리트 깊은 보의 전단에 대한 연성파괴거동을 확보하기 위하여 깊은 보의 전단저항 메커니즘을 구성하는 콘크리트 스트럿과 수직철근 타이가 동시에 파괴된다는 전단평형철근비 개념을 도입하였으며, 다양한 수치해석결과를 바탕으로 단순지지 깊은 보의 강도 및 거동에 영향을 미치는 전단지간대 유효깊이의 비, 휨철근비, 그리고 콘크리트의 압축강도 등의 설계변수를 고려하였다. 본 논문의 후속편에서는 기존의 여러 설계방법들과 본 연구에서 제안한 방법을 이용하여 파괴실험이 수행된 다양한 종류의 단순지지 깊은 보의 강도를 평가하고, 본 연구에서 제안한 방법의 적합성을 검증하였다.

The ultimate strengths of reinforced concrete deep beams are governed by the capacity of the shear resistance mechanism composed of concrete and shear reinforcing bars, and the structural behaviors of the beams are mainly controlled by the mechanical relationships according to the shear span-to-effective depth ratio, flexural reinforcement ratio, load and support conditions, and material properties. In this study, a simple indeterminate strut-tie model reflecting all characteristics of the ultimate strengths and complicated structural behaviors is presented for the design of simply supported reinforced concrete deep beams. In addition, a load distribution ratio, defined as a magnitude of load transferred by a vertical truss mechanism, is proposed to help structural designers perform the design of simply supported reinforced concrete deep beams by using the strut-tie model approaches of current design codes. In the determination of a load distribution ratio, a concept of balanced shear reinforcement ratio requiring a simultaneous failure of inclined concrete strut and vertical steel tie is introduced to ensure the ductile shear failure of reinforced concrete deep beams, and the prime design variables including the shear span-to-effective depth ratio, flexural reinforcement ratio, and compressive strength of concrete influencing the ultimate strength and behavior are reflected upon based on various and numerous numerical analysis results. In the companion paper, the validity of presented model and load distribution ratio was examined by employing them to the evaluation of the ultimate strengths of various simply supported reinforced concrete deep beams tested to failure.

본 논문에서는 전편논문에서 제안한 부정정 스트럿-타이 모델 및 하중분배율 결정식을 ACI 318-05 스트럿-타이 모델 설계기준에 적용하여 파괴실험이 수행된 229개 단순지지 철근콘크리트 깊은 보의 극한강도를 평가하였다. 또한 229개 깊은 보의 극한강도를 실험식, 실험 전단강도모델에 기초한 설계기준, 이론 전단강도모델에 기초한 설계기준, 그리고 현 스트럿-타이 모델 설계기준 등으로 평가하고, 그 결과를 본 연구의 방법에 의한 결과와 비교분석하여 본 연구에서 제안한 방법의 적합성을 검증하였다.

In this study, the ultimate strengths of 229 simply supported reinforced concrete deep beams tested to shear failure were evaluated by the ACI 318-05's strut-tie model approach implemented with the presented indeterminate strut-tie model and its load distribution ratio. The ultimate strengths of the deep beams were also estimated by the experimental shear equations, design codes that were based on experimental and theoretical shear strength models, and current strut-tie model design codes. The validity of the present strut-tie model and its load distribution ratio was examined through the comparison of the strength analysis results classified according to the prime design variables of the shear span-to-effective depth ratio, flexural reinforcement ratio, and compressive strength of concrete.

스트럿-타이 모델 방법을 이용한 콘크리트 구조부재의 설계 시 가장 중요한 요소 중 하나는 콘크리트 스트럿의 유효강도를 정확하게 결정하는 것이다. 콘크리트 스트럿의 유효강도를 결정하기 위한 많은 연구가 진행되어 왔으며, 여러 종류의 스트럿의 유효강도 값 및 산정식이 제안되었다. 그러나 이들은 2차원 콘크리트 구조부재의 스트럿-타이 모델 설계를 위한 것으로, 그 값을 3차원 콘크리트 구조부재의 설계에 적용하는 것은 적절하지 않다. 이 연구에서는 콘크리트 스트럿이 위치한 곳의 3축 응력 상태, 콘크리트의 3차원 파괴기준, 스트럿 길이의 영향, 스트럿과 압축 주응력 흐름과의 불일치의 영향, 콘크리트 압축강도의 영향, 그리고 철근에 의한 콘크리트 스트럿의 구속의 정도 등을 고려하여 3차원 콘크리트 스트럿의 유효강도를 일관성 있게 결정할 수 있는 방법을 제안하였다. 제안한 방법의 타당성을 검증하기 위해 기존 연구자들에 의해 파괴실험이 수행된 115개의 철근콘크리트 파일캡 시험체의 극한강도를 평가하였으며, 그 결과를 실험결과 및 현행 설계기준에서 제안한 스트럿의 유효강도 값을 이용하여 평가한 결과와 비교분석하였다.

For the reliable design of the structural concrete by the strut-tie model approaches of current design codes, the effective strengths of concrete struts must be determined with sufficient accuracy. Many values and equations for the effective strengths have been suggested until now. As those are for the two-dimensional concrete struts, however, it is inappropriate to employ them in the strut-tie model designs of three-dimensional structural concretes. In this study, an approach, that determines the effective strengths of three-dimensional concrete struts consistently and accurately by reflecting the state of 3-dimensional stresses, the 3-dimensional failure criteria of concrete, the degree of cracks (or tensile strains of reinforcing bars crossing the struts), the strut's longitudinal length, the deviation angle between strut orientation and compressive principal stress flow, compressive strength of concrete, and the degree of concrete confinement by reinforcing bars, is proposed. To examine the validity of the proposed approach, the ultimate strength analyses of 115 reinforced concrete pile caps tested to failure by previous investigators were conducted by the ACI 318-11's strut-tie model approach with the existing and proposed effective strengths of concrete struts.

스트럿-타이 모델 방법은 철근콘크리트 코벨의 극한강도 해석 및 설계에 매우 효과적이다. 그러나 스트럿-타이 모델 방법을 이용한 철근콘크리트 코벨의 정확한 해석 및 안전한 설계를 위해서는 스트럿의 유효강도를 정확하게 결정하여야 한다. 이 연구에서는 여러 연구문헌에서 제안된 철근콘크리트 코벨의 대표적인 세 종류의 스트럿-타이 모델을 활용하기 위하여 철근콘크리트 코벨의 기하학적 형상, 수직 및 수평 하중의 조합 비, 그리고 휨철근 및 수평전단철근 비 등 주요 설계변수들의 영향을 정확하게 반영할 수 있는 스트럿 유효강도 식을 개발, 제안하였다. 현행 여러 설계기준서의 스트럿 유효강도 식과 이 연구에서 제안한 유효강도 식을 이용하여 파괴실험이 수행된 243개 철근콘크리트 코벨의 극한강도를 평가하였으며, 그 결과의 비교분석을 통해 이 연구에서 제안한 스트럿 유효강도 식의 적합성을 평가하였다.

The strut-tie model approach has proven to be effective in the ultimate analysis and design of structural concrete with disturbed regions. For the reliable analysis and safe design of the structural concrete, however, the effective strengths of concrete struts must be determined accurately. In this study, the equations of the effective strengths of concrete struts, which are useful for the three types of determinate and indeterminate strut-tie models of reinforced concrete corbels, were proposed. The effects of shear span-to-effective depth ratio, the vertical-to-horizontal force ratio, and flexural and horizontal shear reinforcement ratios were reflected in the development of the proposed equations. To examine the appropriateness of the proposed and existing equations, the ultimate strengths of 243 reinforced concrete corbels tested to failure were evaluated by using the three types of corbel strut-tie models.

스트럿-타이 모델 방법을 이용하여 철근콘크리트 깊은 보를 정확하게 해석하고 안전하게 설계하기 위해서는 콘크리트 스트럿의 유효강도를 정확하게 결정하여야 한다. 이 연구에서는 여러 설계기준서 및 연구문헌에서 제안된 세 종류의 대표적인 철근콘크리트 깊은 보의 스트럿-타이 모델을 위하여 철근콘크리트 깊은 보의 전단경간 비, 콘크리트의 압축강도, 그리고 휨철근 및 전단철근 비 등의 주요 설계변수들의 영향을 정확하게 반영할 수 있는 콘크리트 스트럿의 유효강도 식을 개발, 제안하였다. 현행 설계기준서 및 여러 연구문헌의 콘크리트 스트럿의 유효강도 식과 이 연구에서 제안한 유효강도 식을 이용하여 파괴실험이 수행된 241개 철근콘크리트 깊은 보의 극한강도를 평가하였으며, 그 결과의 비교분석을 통해 이 연구에서 제안한 스트럿 유효강도 식의 적합성을 평가하였다.

The effective strength of concrete struts must be determined accurately for the reliable strut-tie model analysis and design of structural concrete. In this study, the equations of the effective strength, which are useful for the three types of determinate and indeterminate strut-tie models of reinforced concrete deep beams employed in current design codes, are proposed. The effects of shear span-to-effective depth ratio, compressive strength of concrete, and flexural and shear reinforcement ratios are reflected in the development of the proposed equations. To examine the appropriateness of the proposed equations, the strengths of 241 reinforced concrete deep beams, all tested to shear failure, are evaluated by using the three types of strut-tie models with the existing and proposed equations.

스트럿-타이 모델 방법은 응력교란영역을 갖는 콘크리트 구조부재의 설계에 효과적인 방법으로 알려져 있으며, 세계 주요 설계기준서에 채택되고 있다. 그러나 스트럿-타이 모델 방법에 의한 콘크리트 구조부재의 설계과정은 스트럿-타이 모델의 형성, 스트럿 및 타이의 필요단면적의 결정, 스트럿 및 절점영역의 강도검토 등으로 인한 반복적인 수치해석과정, 많은 도식적 계산과정, 엄청난 시간과 노력, 그리고 여러 단계에서의 설계자의 주관적인 판단 등을 필요로 하는 단점을 내포하고 있다. 이 연구에서는 스트럿-타이 모델 설계과정 상의 단점을 극복하여 모든 콘크리트 구조부재의 스트럿-타이 모델 해석 및 설계를 전문적이며 효과적으로 수행할 수 있는 컴퓨터 그래픽 프로그램을 개발하였다. 이 연구의 컴퓨터 그래픽 프로그램은 평면고체 및 평면트러스의 선형 및 재료비선형 해석을 위한 모든 종류의 경계조건을 소화할 수 있는 유한요소해석 프로그램, 스트럿 및 절점영역 유효강도의 자동적 결정을 위한 수치해석 프로그램, 다양한 형태의 스트럿 및 절점영역의 형상 결정을 위한 그래픽 프로그램 등을 포함한 콘크리트 구조부재의 스트럿-타이 모델 해석 또는 설계과정 상에 필요한 모든 프로그램을 탑재하고 있다. 이 연구의 프로그램은 그래픽 환경을 접목시킨 여러 다양한 기능을 통해 콘크리트 구조부재의 모델링 및 스트럿-타이 모델 해석 및 설계 시 뛰어난 효율성과 편의성을 제공할 것이다.

The strut-tie model approach has been recognized as an efficient methodology for the design of all types of concrete members with D-regions, and the approach has been accepted in design codes globally. However, the design of concrete members with the approach requires many iterative numerical structural analyses, numerous graphical calculations, enormous times and efforts, and designer's subjective decisions in terms of the development of appropriate strut-tie model, determination of required areas of struts and ties, and verification of strength conditions of struts and nodal zones. In this study, a computer graphics program, that enables the design of concrete members efficiently and professionally by overcoming the forementioned limitations of the strut-tie model approach, is developed. In the computer graphics program, the numerical programs that are essential in the strut-tie model analysis and design of concrete members including finite element analysis programs for the plane truss and solid problems with all kinds of boundary conditions, a program for automatic determination of effective strengths of struts and nodal zones, and a program for graphical verification of developed strut-tie model's appropriateness by displaying various geometrical shapes of struts and nodal zones, are loaded. Great efficiency and convenience during the application of the strut-tie model approach may be provided by the various graphics environment-based functions of the proposed program.

A kinematically-hybrid 5-axis machine tool is analyzed from the perspective of machine tool design. Its kinematic characteristics are pointed out, which should be considered during the conceptual design process. A result of the structural analysis of the machine is presented, which is performed during the detailed design process. It is also presented how we improve the thermal characteristics of the machine tool by changing the installation position of the actuators.

PSC 박스거더 교량의 격벽(diaphragm)은 프리스트레스에 의해 큰 집중하중이 가해지기 때문에 응력의 분포가 매우 교란되며 격벽에 발생하는 과도한 균열은 격벽의 거동을 매우 복잡하게 만든다. AASHTO 설계기준에 따르면 집중 긴장하중에 의한 3차원 효과는 3차원 모델을 이용하거나, 둘 혹은 그 이상의 평면으로 분리된 하위모델(submodel)을 사용하여 근사적으로 계산하는 방법을 허용하고 있다. 이때 하위모델은 각 방향에 대하여 독립적으로 결정할 수 있으나 모델 간의 상호작용이 고려되어야 하며 일관성이 있어야 한다. 그러나 외부 긴장재의 정착을 위한 격벽은 2차원 문제로 간주하기 어려운 3차원 응력교란영역(disturbed region) 구조물이며, 2차원 모델을 이용하여 격벽에 작용하는 힘의 흐름을 표현하는 것은 만족한 결과를 주지 못한다. 본 연구에서는 3차원 응력교란영역 구조부재의 해석/설계를 위해 제안된 컴퓨터에 기반한 3차원 격자 스트럿-타이 모델 방법을 이용하여 Texas대학교에서 실험, 파괴된 PSC 박스거더 격벽의 1/2 축소 모형을 해석하였다. 그리고 그 결과를 기존의 연구결과 및 실험결과와 비교하여 제안된 방법의 타당성과 정확성을 평가함으로서, 포스트텐션 정착부 및 격벽부 설계를 위한 합리적인 컴퓨터 기반의 설계방법을 제시하였다.

There is a complex variation of stress in PSC anchorage zones and box girder diaphragms because of large concentrated load by prestress. According to the AASHTO LFRD design code, three-dimensional effects due to concentrated jacking loads shall be investigated using three-dimensional analysis procedures or may be approximated by considering separate submodels for two or more planes. In this case, the interaction of the submodels should be considered, and the model loads and results should be consistent. However, box girder diaphragms are 3-dimensional disturbed region which requires a fully three-dimensional model, and two-dimensional models are not satisfactory to model the flow of forces in diaphragms. In this study, the strengths of the prestressed box girder diaphragms are predicted using the 3-dimensional grid strut-tie model approach, which were tested to failure in University of Texas. According to the analysis results, the 3-dimensional strut-tie model approach can be possibly applied to the analysis and design of PSC box girder anchorage zones as a reasonable computer-aided approach with satisfied accuracy.

스트럿-타이 모델 방법을 이용한 콘크리트 구조부재의 설계 시 구조부재 내부의 하중전달 메커니즘을 대변하는 스트럿-타이 모델을 형성하는 일은 어렵다. 스트럿-타이 모델 형성의 어려움을 극복하고 하나의 스트럿-타이 모델을 이용하여 다양한 여러 하중조합을 고려하고자 2차원 격자 스트럿-타이 모델 방법이 제안되었으나, 이 방법에 도입된 스트럿의 유효강도 결정방법, 스트럿과 타이의 하중전달능력 결정방법, 그리고 스트럿-타이 모델의 기하학적 적합조건 검토방법 등을 비롯한 몇 가지의 기본개념에 관한 내용만 소개되었을 뿐 이 방법의 타당성 검증에 대한 연구는 매우 미흡하다. 따라서 이 연구에서는 철근콘크리트 깊은 보의 정확한 해석과 경제적이고 안전한 설계를 위하여 기 제안된 2차원 격자 스트럿-타이 모델 방법의 적합성을 검증하였다. 이를 위하여 파괴실험이 수행된 다수의 철근콘크리트 깊은 보의 파괴강도를 2차원 격자 스트럿-타이 모델 방법, 현행 설계기준의 단면법, 그리고 현행 설계기준의 전통적인 스트럿-타이 모델 방법으로 예측하였으며, 그 예측 결과의 비교분석을 통해 기제안된 2차원 격자 스트럿-타이 모델 방법의 타당성을 평가하였다.

It is difficult to form a rational strut-tie model that represents a true load transfer mechanism of structural concrete with disturbed stressed region(s). To overcome the difficulty and handle numerous load cases with just one strut-tie model, a two-dimensional grid strut-tie model method was proposed previously. However, the validity of the method was not fully examined, although the incorporated basic concepts and new methods regarding the effective strength of concrete strut, load carrying capacity of struts and ties, and geometrical compatibility of grid strut-tie model were explained in detail. In this study, for accurate strength analysis and reliable design of reinforced concrete deep beams, the appropriateness of the two-dimensional grid strut-tie model method is verified. For this, the failure strength of 237 reinforced concrete deep beams, tested to shear failure, is predicted by the two-dimensional grid strut-tie model method, and the results are compared with those obtained by the sectional shear design methods and conventional strut-tie model methods of current design codes.

경주시 암곡동의 무장사비는 년에 , 801 아미타불을 만들어 모신 후 그 시말을 새긴 통일신 라의 대표적 비석이다. 높은 조형적 완성도는 물론, 용두화 진행 초기의 거북을 쌍으로 조 각한 구부 형식의 특이성이 학계의 주목을 끌어왔다. 이 논문은 무장사비의 원형을 다양한 방법으로 추론하여 복원해보려는 취지로 작성 되었다. 알려진 것처럼 무장사비는 야외에 노출된 채 오랜 풍상을 겪었을 뿐더러 인위적인 파괴도 가해져 훼손이 심한 편이다. 비신의 파편 일부는 국립박물관에 보관돼 있고, 구부 의 머리가 양 쪽 모두 망실되었으며, 이수 또한 절반 가까이 파괴된 채 현장에 놓여있다. 그 럼에도 이 석비는 통일신라 전기에 제작된 태종무열왕릉비를 제외하면 이수가 남아 있는 드문 예여서 당시 이수의 변화과정을 살필 수 있는 귀중한 작품이다. 보물로 지정될 당시 에도 양쪽 거북의 머리가 모두 파손된 상태여서 완전한 형태는 알 수 없었다. 다행히 2008 년 무장사비 비신복원을 위한 조사 과정에서 발견한 파편이 소실된 왼쪽 두상으로 확인되 어 복원에 실마리를 제공하였다. 더욱이 발견된 구부 형식은 거북에서 용머리로 변모해 가 는 과정을 시사하는 유물로서 학술적 가치 또한 각별하다고 할 수 있다. 가치가 이러함에 도 기존의 무장사비 연구는 비문에 대한 관심에 비해 구부이수에 대해서는 상대적으로 소 홀했었다. 복원을 앞둔 무장사비의 과제는 쌍구부의 독특한 형식을 어떻게 상정하는 것이 타당 하냐는 문제였다. 통일신라 초기 구부와 이수가 온전히 남아있는 작품이 드문 현실에서, 추가 발견된 두상은 온전한 복원에 한 발 더 가까이 다가갈 수 있게 해준다. 더불어 구부에 부조된 십이지상에 대해서도 관련 유물과의 비교를 통해 본래의 형식을 추론해 보았다. 특히 미술사적 가치가 큰 구부이수의 형식은 인접 지역의 관련 유물과 비교 분석하여, 최근 수습한 파편을 근거로 복원하였고, 윤곽만 겨우 남은 십이지상과 이수의 용무늬에 대 해서도 최대한 원형에 가깝게 복원을 시도하였다.

The Amitabha Buddha statue at Mujangsa, Amgok-dong, Gyeongju-si is a representative stele on which the beginning and the end of Amitabha are carved after it was made and kept at Mujangsa in 801. It is not only equipped with high formative completeness but also with a unique form of tortoise carving strut carved with a pair of tortoises in the early stage of Yongduhwa (*which refers to a phenomenon of turtle-headed shape's changing into that of dragon head) so it has attracted attention from academia. This thesis is made with an aim to restore the original form of Mujangsa stele by inference through various ways. As it is already known, Mujangsa stele has long gone through wind and frost while being exposed outside and man-made destruction has also been applied on it. The stele stands on the site while some pieces of the stele body are being kept in the National Museum, heads of tortoise carving strut are both damaged, and the dragon carving is also half destroyed. Despite these facts, this stele is a rare example of having the dragon carving left except for Royal Tomb of King Taejong Mooyul which was made in early days of United Silla so it is a precious work through which the process of change in dragon carving of the time can be examined. It is now a treasure but both heads of tortoise were all damaged when it was designated as one so its complete form is not known. Fortunately, pieces found during the investigation for restoration of the Mujangsa stele body were identified as the lost left head, which has been a big help for restoration. In addition, the form of discovered tortoise carving strut is a relic suggesting the transfiguration process from turtle head to dragon head so it is also of especial academic value. Even with such value, existing studies on Mujangsa stele have been more interested in its epitaph than tortoise carving strut or dragon carving. The problem of Mujangsa stele which has its restoration ahead is how the unique form of double tortoise carving strut should be assumed properly. In reality where there rarely are works with complete tortoise carving strut and dragon carving made in early days of United Silla, the head additionally found helps to take another step forward to the complete restoration. Therefore, this study conducts comparative analyses on the form of tortoise carving strut and dragon carving with adjoining and relevant relics and it attempts to restore core elements in formative restoration the closest to the original like the form of head and slope and twelve signs of the Zodiac whose contours are partially remained based particularly on the head of recently settled tortoise carving strut.

현재 대부분의 파일캡의 해석 및 설계에 보이론을 적용한다. 그러나 파일캡은 응력이 집중되고 전단경간 깊이비가 작아 보이론 적용에 논리적 모순이 있다. 현행 구조 기준에서는 파일캡과 같은 부재 설계를 할 때, 스트럿-타이모델(STM) 또는 비선형해석 방법을 적용하도록 하고 있으나 실제 적용된 사례는 거의 없다. 본 연구에서는 파일캡과 같이 응력교란영역(D-영역)에 적용 가능한 STM의 활용도를 높이고자 보이론 해석 결과에 만족하는 단면 및 철근량을 갖는 파일캡에 STM을 적용하여 서로 비교하였다. 그 결과 STM이 보이론 대비 약 0.74～0.82의 내력을 나타내었다. 그러나 보이론을 적용하여 설계된 기존 파일캡 중 구조적 문제가 발생된 예는 거의 없다. 따라서 연구 대상 파일캡에 비선형유한요소해석을 수행하여. 스트럿 및 절점영역 유효강도에 영향을 주는 계수(, )의 적정성을 검토하였다. 결론적으로 전반적인 요소의 응력은 스트럿 및 절점영역 유효압축강도에 0.47～0.55, 0.41～0.61에 각각 분포하는 것으로 나타났다.

Currently, the Beam Theories are applied to most of the pile-caps analysis and design. However, there is a logical contradiction when we apply the Beam Theories to Pile Cap because the stress on Pile Cap is concentrated and ratio a/d is at the low figure. The current Structural design code encourages the application of Strut-and-Tie Models(as follow "STM") or Non-Linear Analysis when we comes to the member design like Pile Cap. But the real cases are very few. This study compared the results by applying STM to Pile Caps which has the sectional-area and the reinforcement-ratio supported by the Beam Theory analysis. It will increase the practical applications of STM which can be applied to D-Region like Pile-Caps. As a result, STM has shown the member strength of 0.74 ~ 0.82 times compared to those of the Beam Theory. However, there are few example of the structural problems occurred among the existing Pile Caps which are designed by employing Beam Theory. Therefore, we performed Non-Linear Finite Element Analysis on Pile Caps and estimated the adequacy of coefficient(, ) which affects on the strut and nodal zone strength. As a result, the overall element stress range from 0.47 ~ 0.55 times(strut), 0.41~0.61 times (nodal zone) respectively of the effective compressive stress of strut and nodal zone. In conclusion, we consider that any further study on the adequacy of coefficient and is necessary for efficient member designing by applying STM.