이 논문에서는 전단에 지배적인 철근콘크리트 부재의 비탄성 전단거동 특성을 해석적으로 평가하기 위한 수치해석 프로그램을 개발하였다. 비선형 유한요소 해석프로그램(RCAHEST)은 기존의 유연도법에 근거한 보 - 기둥 섬유요소 모델에 전단변형 효과를 고려할 수 있도록 이 연구에서 새로이 제안한 해석기법과 함께 단면에 대한 비선형 전단응답이력 구성관계식을 적용하였다.
Euler - Bernoulli 보 이론을 기반으로 축력과 휨모멘트의 상호작용을 합리적으로 고려할 수 있는 기존의 보 - 기둥 섬유요소 정식화의 장점은 그대로 유지하였다. 단면에 대한 비선형 전단응답이력 구성관계식은 그 단면에 대해 평균적인 개념의 변형률로서 개별적인 재료의 구성관계로부터 부재의 저항력을 구할 수 없으며 부재단위의 전단력과 전단변형률 관계로부터 부재의 저항력을 구해야 한다. 신뢰도기반 한계상태설계법을 근간으로하는 도로교설계기준 - 한계상태설계법(2012)에서 제시하고 있는 설계전단강도를 기본적으로 적용하였다. 콘크리트만의 전단 균열 강도와 전단보강철근의 항복응력 및 전단 균열 발생 이후의 전단보강철근의 인장증강효과를 고려한 가정된 최대 변형률에 대응하는 응력과 새로이 제안된 콘크리트 압축 스트럿의 경사각 θs을 설계기준식에 적용하여 만족하는 단면 전단력으로부터 3개의 선형구간(tri-linear)으로 구성된 파괴 포락 곡선을 새로이 제안하였다. 콘크리트 압축 스트럿의 경사각 θs의 계산에는 축력, 인장철근비, 전단지간비와 함께 철근콘크리트 기둥의 경우 기초와의 접합부에서 기초에 의해 추가적으로 나타나는 구속 효과들을 계산에 간접적으로 적용함으로서 이에 대한 영향을 반영할 수 있도록 하였다.
철근콘크리트 재료의 구성방정식은 기존의 연구에서와 같이 분산균열 개념에 근거하여 평균 응력과 평균 변형률 관계식으로 표현하였으며 각각 콘크리트의 압축모델과 균열 직각 방향의 인장모델 그리고 콘크리트에 매입된 철근의 재료모델로 구성되었다. 심부구속된 고강도 콘크리트의 압축모델에는 고강도 콘크리트를 대상으로 제안된 Sun과 Sakino의 구속효과 모델과 함께 기둥과 기초의 접합면에서 발생하는 불연속 변위를 고려할 수 있는 접촉면 요소를 적용하였다.
횡력과 함께 축력이 작용하는 교각의 경우에 있어서 기하비선형성에 대한 고려가 필수적이며 대변위 또는 대회전의 문제에도 적용 가능한 Co-rotational 해석기법도 새로이 추가하여 기존 해석프로그램의 적용범위를 확장하였다.
개발된 해석프로그램을 여러 선행연구자들이 수행한 실험체에 적용하여 대변위 및 대회전의 기하비선형 해석뿐만 아니라 다양한 하중재하 조건과 재료물성 및 전단지간비를 갖는 철근콘크리트 부재의 비탄성 전단거동 예측을 위한 해석을 수행하여, 제안된 해석기법에 대한 적용성과 타당성을 검증하였다. 개발된 비선형 유한요소해석 프로그램을 지진하중과 같은 반복하중이 작용하는 동안 발생하는 교각의 비선형 변형성능 및 극한하중 예측에 적용하여 실험으로 미처 다루지 못한 여러 형태의 전단에 지배적인 교각들에 대한 내진성능평가에도 충분히 활용될 수 있을 것으로 판단된다.