Comparative Study of Homogenization Methods to Estimate the Effective Elastic Moduli of Concrete

콘크리트 유효탄성계수의 정확도를 확인하기 위해, 150mm 정방형 대표체적크기를 통해, 굵은골재의 조립률과 체적혼입률에 따른 2차원 2상 콘크리트 복합체 모델을 생성하였다. 기본 혼합법칙인 Voight-Reuss 균일변형률 및 균일응력 경계를 비롯하여, Hashin-Shtrikman 변분경계, Mori-Tanaka 평균장 균질화 방법, Self Consistent 암시적 균질화 방법 등을 통하여 추정된 유효물성을 유한요소모델로 계산된 유효물성 간의 비교를 통해, 각 균질화 방법의 유의성을 확인하고자 하였다. 균질화 이론 모델은 비교적 간단하고, 신속한 추정이 가능하다. 이러한 이론 모델로 추정된 C30/37 콘크리트의 유효탄성계수는 혼입물인 골재의 분포와 입도 등의 정보에 관계 없이, 골재의 형상과 프아송비에만 의존하였다. 따라서 원형 혼입물, 완전 부착 등 단순화 가정에 의존하며, 균열 전파나 복잡한 미세구조와 같은 국부적 효과를 포착할 수 없는 단점이 있지만 초기 설계, 매개변수 연구, 그리고 특히 종방향 선형 탄성 물성 예측에는 적합하다. 한편, 2차원 대표체적크기를 이용한 유한요소해석에서는 골재 입도 변동성을 감안 할 수 있고, 복잡한 골재 형상, 모르타르 결합재의 비선형 재료 거동, 재료 손상 등을 명시적으로 모델링 할 수 있는 장점이 있다. 본 연구의 2차원 대표체적크기 해석으로 추출한 유효탄성계수는 Hashin-Shtrikman 변분경계 하한치와 유사한 결과를 나타내었다. 이러한 결과는 실무에서 콘크리트 탄성계수 적용값을 결정하는 데 도움이 될 것으로 판단된다.