• 대한토목학회논문집
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• 제28권4A호
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• pp.537-548
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• 2008

최근 들어 비부착 강선을 이용한 프리스트레스트 콘크리트 구조물의 건설이 증가하고 있다. 그러나 극한거동 해석 시 단면 적합조건을 이용하는 내부 부착 강선과는 다르게 비부착 강선은 부재의 전체거동에 의해서 응력 증가량이 결정된다. 또한 외부 강선의 경우에는 편향부에서의 미끌림 효과와 강선의 편심 변화 효과 등이 발생하게 된다. 따라서 본 연구는 비부착 강선을 가지는 프리스트레스트 콘크리트(PSC) 보의 거동 특성을 평가하고 비부착 강선의 극한 응력을 구하기 위하여 지간길이/유효깊이, 콘크리트 압축강도, 철근비 및 기존 부착강선의 영향 등을 변수로 하여 정적 휨실험을 수행하여 비부착 강선 부재의 휨거동 특성을 얻었다. 실험결과에 의하면 균열하중, 철근 항복 하중 및 파괴하중의 경우, 콘크리트 강도보다는 철근비의 영향이 더 크게 나타났으며, 강도 측면에서는 고강도의 경우가 저강도의 경우보다 약간은 구조 성능이 우수하나, 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 또한 L/dp 값이 커질수록 훨씬 더 긴 구간의 연성 거동이 있는 것으로 나타났다. 이는 철근 항복 이후 비부착 강선의 기여가 상당히 크다는 것을 알 수 있었으며, ACI-318에서 제시하고 있는 비부착 강선의 극한 응력식은 실험 결과와 잘 일치하지 않으며, 경향성도 없는 것으로 나타났다. 실험결과 들을 분석하여 미끌림 현상이 없는 비부착 강선의 극한응력에 대한 예측식을 제안하였다. 제안된 예측식은 실험결과와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났으며, 미끌림 현상이 없는 비부착 강선의 극한 휨거동 평가, PSC 부재 해석 및 설계 시 본 연구에서 제안된 식은 유용한 기초가 될 것으로 사료된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권2A호
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• pp.401-409
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• 2006

본 연구에서는 고강도 강섬유보강 콘크리트(HSFRC)의 설계 및 시공을 위한 기초 자료를 제공하기 위하여 역학적 특성 및 장기변형 특성에 관한 연구를 수행하였으며, 탄성계수, 압축강도, 인장강도, 휨강도, 건조수축 및 크리프에 미치는 강섬유 혼입의 영향을 검토하고, 휨파괴인성을 평가하였다. 연구결과, HSFRC의 압축강도에 미치는 강섬유의 혼입효과는 그다지 크지 않았고, 탄성계수는 섬유혼입률이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났으며, 인장강도, 휨강도 및 휨인성에 미치는 섬유혼입률($V_f$) 및 섬유형상비($l_f/d_f$)의 영향은 대단히 큰 것으로 나타났다. 이는 $V_f$ 및 $l_f/d_f$의 증가와 함께 극한하중에 상응하는 처짐량이 증가하고, 강섬유의 균열구속성능에 의해 하중-처짐곡선의 하강곡선이 완만하게 감소하기 때문인 것으로 판단된다. 또한 크리프 및 건조수축에 미치는 섬유혼입률($V_f$)의 영향은 대단히 큰 것으로 나타났으며, 특히 고강도 콘크리트에 강섬유를 혼입하면 크리프 변형에 비해 건조수축 변형의 저감에 더욱 효과가 큰 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.541-554
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• 2023

터널 및 에너지/폐기물 저장과 관련하여 지하공간의 활용이 증가하는 추세이다. 지하공간의 안정성 확보를 위해서는 암반균열 및 절리를 보강하는 것이 중요하다. 절리와 같은 불연속면은 암반의 강도를 저하시키고, 지하공간 내부로 지하수 유입을 발생시킬 수 있다. 불연속면 주변의 암반 강도의 증대와 차수를 위해 암반 그라우팅을 활용할 수 있다. 그러나 암반 그라우팅 시 주입재료가 암반 절리 내 원활하게 주입되고 있는지 직접적인 확인에 한계가 있다. 그라우팅 주입재가 사전에 목표한 설계안과 같이 주입되지 않을 시 강도, 내구성 증대 및 차수성 향상 효과를 볼 수 없다. 따라서 실험적으로 평가가 어려운 그라우팅 주입재가 설계대로 주입되고 있는지 수치해석을 활용하여 사전에 평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 개별요소 수치해석 프로그램인 UDEC (Universal Distinct Element Code)을 활용한 그라우팅 주입재의 물/시멘트 배합비, 주입압력, 주입유량과 같은 주입변수에 따른 주입성능을 평가하였다. 또한 실내실험을 통해 수치해석 결과와 비교하여 수치해석 모델의 신뢰도를 검증하였다. 본 연구결과는 향후 현장에서 그라우팅 설계 시 주입재의 물성, 주입시간, 펌프 압력과 같은 변수들을 최적화할 수 있는데 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권6호
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• pp.451-464
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• 2022

고준위방사성폐기물 처분장은 심지층 처분시스템으로 사용후핵연료를 취급하는 특성상 고온, 방사선 및 지하수 등의 복합적인 환경조건에 노출되어 있다. 지속적인 노출에 의해 시간이 지남에 따라 구조물의 균열 및 열화가 발생할 수 있다. 한편 고준위방사성폐기물 처분장은 초장기 기대수명이 요구되며 이에 따른 장기적인 구조물 건전성 모니터링이 필수적이다. 구조물 건전성 모니터링에는 가속도계, 토압계, 변위계 등 다양한 센서들이 활용될 수 있으며, 이 중 일반적으로 피에조센서가 사용된다. 따라서 피에조센서의 내구성 평가를 바탕으로 고내구성 센서를 개발할 필요가 있다. 본 연구에서는 피에조센서의 내구성 평가 및 수명예측을 위한 가속수명시험을 설계하였다. 문헌연구를 바탕으로 단일 스트레스 인자에 대한 가속 스트레스 수준 수 및 각 수준 별 시료 수를 선정하였다. 또한 고준위방사성폐기물 처분장 환경조건에서 발생할 수 있는 피에조센서의 고장모드 및 고장메커니즘을 분석하였다. 온도 스트레스 인자에 대한 최대 가혹조건 탐색 실험을 두 가지 방법으로 제안하였으며 피에조센서의 신뢰도 높은 동작한계를 도출하였다. 이를 이용하여 가속수명시험의 합리적인 가속 스트레스 수준을 설정하였다. 본 연구에서 제시된 최대 가혹조건 탐색 실험방법은 경제적이며 실용적인 아이디어를 담고 있으며, 추후 피에조센서의 가속수명시험 설계에 널리 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권2A호
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• pp.129-136
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• 2011

최근 대기오염 물질을 제거하기 위하여 $TiO_2$ 등의 광촉매 재료를 사용한 기능성콘크리트에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이들 연구에서 $TiO_2$의 흡착은 콘크리트에 직접 혼합하거나, 현탁액을 표면에 직접 도포하는 방법을 사용하고 있다. 이 중 콘크리트에 $TiO_2$를 직접 혼합하는 방법은 $TiO_2$의 사용량에 비하여 효능이 떨어져 표면에 직접 도포하는 방법이 많이 이용된다. $TiO_2$의 표면도포는 광촉매의 활성화와 접착성 증대를 위하여 $400^{\circ}C$ 이상의 고온 열처리를 실시하게 되며, 이는 콘크리트 수화생성물의 탈수 수축으로 내부균열을 발생시키는 원인이 되기도 한다. 이에 이 연구에서는 $TiO_2$의 저온도포가 가능한 Sol-gel법으로 $TiO_2$를 제조하였으며 펄라이트 사용 경량골재콘크리트에 저온 고정화하여 $TiO_2$ 도포 성능을 평가하였다. 또한 펄라이트 입경을 2.5~5.0 mm와 5.0 mm이상으로 구분하여 펄라이트 입경, $TiO_2$ 혼입방법과 혼입률 및 시간경과에 따른 $CH_3CHO$ 제거 특성을 검토하였다. 실험결과, Sol-gel법으로 제조한 $TiO_2$를 $120^{\circ}C$에서 저온 도포할 때 XRF 정량분석에서 $TiO_2$ 38%, $SiO_2$ 29%, CaO 18% 순으로 나타나 $TiO_2$ 도포율은 높게 나타났다. 또한 펄라이트 입경 2.5~5.0 mm에서 $TiO_2$를 저온도포한 경량골재콘크리트의 $CH_3CHO$ 제거 특성은 Sol-gel법으로 제조된 $TiO_2$를 7% 표면 도포하였을 경우 94%로 나타나 10%를 혼입할 때 72%에 비해 약 20%정도 높게 나타났다. 또한 펄라이트 입경 5.0 mm이상에서 $TiO_2$를 10%로 치환하여 혼합하였을 경우 $CH_3CHO$ 제거율은 69%로 펄라이트 입경 2.5~5.0 mm에 대한 72%와 비슷하게 나타나 펄라이트 입경이 $CH_3CHO$ 제거율에 미치는 영향은 크지 않았다. 시간 경과에 따른 $CH_3CHO$ 제거 특성은 전 시험편의 10시간 평균 제거율이 20시간 전체 제거율의 84% 수준으로 나타나 반응 초기에 제거율이 높은 것으로 나타났다.

• 보존과학회지
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• 제23권
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• pp.11-24
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• 2008

미륵사지석탑의 보존처리를 위해 화강암의 풍화에 따른 물리적 성능시험과 화학적 조성변화를 검토하였다. 자연 풍화된 미륵산 화강암을 수습하여 풍화상태에 따른 분류기준과 암석해머시험에 따라 강도를 구분하였다. 비 파괴 암석해머시험 강도와 초음파 속도를 비교한 결과, 각각의 강도 측정값은 비례하였다. 시료의 흡수율은 1.68~0.20%이며 신선한 F-형은 자연 포화되지 않았고 WW-형은 자연 포화되었으나 시간이 많이 소요되었다. 흡수율은 풍화정도에 따라 SW-형, MW-형, HW-형으로 가며 순차적으로 증가했다. CW-형은 풍화단계 시료들 중에서 흡수현상이 현저하게 달랐다. 염색시험에서는 F-형과 WW-형의 경우 정장석만이 염색되었고, SW-형과 MW-형에서는 사장석의 염색이 특징적이었으며 HW-형과 CW-형은 석영의 균열부로 염색이 확장되었다. 분류기준에 따른 조암광물의 변화는 3등급으로 대별할 수 있다. XRD 분석결과, 조암광물 중 알바이트가 현저하게 감소되었다. SEMEDX로 조암광물 중 흑운모, 사장석, 정장석을 구성하는 성분의 평균변화를 관찰한 결과, 신선한 시료에 비하여 풍화도가 높은 시료에서 흑운모는 $Al_2O_3$, $K_2O$, $Na_2O$는 증가하고 CaO, MgO는 감소하였으며, 사장석은 CaO, $K_2O$는 감소하고 $Na_2O$는 증가하였다. 정장석은 $Al_2O_3$가 약간 증가했고 $K_2O$, $Na_2O$는 감소되었다. 풍화단계별 시료를 파쇄하여 양이온의 용출 정도를 검토한 결과, 조암광물 구성성분 중 CaO, $Na_2O$, $K_2O$, MgO가 화학적 변화도가 높았으며, 풍화도 WW-형과 CW-형에서 양이온의 변화도가 높게 나타났다. 이 결과는 익산 미륵사지석탑을 구성하는 부재의 보존처리 방안을 수립하는데 중요한 자료로 이용될 것이다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제19권1호
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• pp.1-10
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• 2016

셰일가스 개발 과정에서 수압 파쇄에 의해 발생하는 미소지진의 진원 분포는 균열대의 특성을 파악하는 데 필요한 중요한 정보를 제공한다. 본 연구에서는 가상의 진원에 대하여 부정확한 속도 구조 모델이 선형 역산법을 이용한 진원 결정 프로그램인 hypoellipse와 hypoDD의 결과에 어떠한 영향을 미치는 지에 대해서 알아보았다. 총 98개의 가상 관측소를 반경 4 km의 원내에 배치하였고, 25개의 지진들이 판상으로 분포한 가상 지진 세트를 관측망의 중심부에서부터 남쪽으로 1 km 간격으로 5곳에 배치하였다(S0 ~ S4). 역산 결과의 정확성을 정량적으로 평가하기 위해 진원들의 평균 위치의 차이를 의미하는 $d_1$, 가정한 진원에 대한 면적비 r, 근사 평면과 실제 평면의 경사 차이 ${\theta}$, 근사 평면과 실제 평면의 주향 차이 ${\phi}$, 근사 평면으로부터 진원들이 떨어진 거리의 제곱평균제곱근 $d_2$, 평면상에서의 진원들의 패턴의 정확성 $d_3$의 6가지 파라미터를 정의하였다. 층상 구조를 가정한 기준 속도 구조를 만들어 합성 주시자료를 계산하였으며, 속도 구조의 부정확성을 고려하기 위하여 진원 역산에 사용한 속도 구조 모델은 각 층의 기준 속도를 중심으로 0.1 km/s, 0.2 km/s, 및 0.3 km/s의 표준편차를 가지는 정규분포를 이용하여 구성하였다. 속도의 부정확성에 비례하여 오차가 커지는 파라미터에는 $d_1$, r, ${\theta}$, 및 $d_3$가 있으며, 나머지 두 파라미터는 S4의 경우를 제외하면 속도 부정확성의 정도와 관계없이 일정한 오차를 보여준다. S0, S1, S2, S3의 경우, hypoellipse와 hypoDD 모두 비슷한 $d_1$ 값을 나타낸다. 하지만 다른 파라미터의 경우 hypoDD가 훨씬 나은 결과를 보여주며, 진원의 상대적 오차는 속도 구조의 부정확도와 관계없이 수 미터 이하이다. 수압 파쇄의 부피 양상을 알기 위한 목적으로 상대적 진원 위치 부정확성을 수 미터 이내로 제한시키기 위해서 hypoellipse에서는 0.2 km/s 이내의 속도 오차의 표준편차를 가져야하며, hypoDD에서는 속도 오차의 표준편차 값이 0.3 km/s일 때에도 상대적 진원 위치 오차를 수 미터 이내로 제한시킬 수 있다.

• 한국포장학회지
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• 제25권3호
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• pp.79-87
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• 2019

화장품 내용물의 모니터링이 가능한 화장품 스마트 패키징을 제작하기 위하여 화장품 업계 실무자를 대상으로 경험 및 선호도를 조사하였다. 대부분의 설문자가 화장품 사용 시 유통기한 준수를 위해 기한을 확인하며, 보관환경에 의한 화장품 내용물의 변질이 빈번한 것을 확인하였다. 설문조사 결과를 바탕으로 보관환경의 온·습도, 사용빈도, 유통기한, 내용물 제조성분 표시기능을 추가하여 센서·PCB 및 모바일 어플리케이션을 제작하였으며, 기능의 작동성을 확인하였다. 제작한 센서의 고온, 상온, 저온의 3가지 환경조건에서의 작동성능을 확인한 결과, 온도 및 습도가 (±3)℃, (±5)%R.H. 이내로 작동하였고, pH는 (±1) 이내로 측정되어각 환경조건에서 설정한 기준치 이내로 정상 작동하는 것을 확인하였다. 제작한 센서 및 PCB를 적용할 수 있는 스마트 화장품 용기를 설계, 디자인하였고, 제작한 스마트 화장품 용기의 내구성을 확인하였다. 비교적 부피가 큰 센서를 적용하기 위하여 크래들 형태를 적용하였으며, 내용물 용기에 회전토출방식을 적용하여 밀폐성을 높였다. 제작한 화장품 용기의 감압누설, 내열성, 내한성, 낙하, 크로스컷트 시험 결과, 각 시험 후 용기의 변형, creep 현상, 분리, 균열, 파열, 변색 등의 손상이 발생하지 않았으며, 누설 및 작동불량이 발생하지 않았다. 본 연구에서 개발한 화장품 스마트 패키징 용기, 센서 및 어플리케이션을 통해 화장품의 보관환경, 사용빈도 등을 측정할 수 있었고, 측정 정보를 용기의 색변화 및 어플리케이션을 통해 효율적으로 소비자에게 전달할 수 있을 것으로 사료된다. 소비자 UI/UX 디자인 개발을 통한 어플리케이션 및 용기에 대한 연구가 추가적으로 이루어진다면, 상용화를 통한 다양한 화장품 제품군에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.165-165
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• 2017

지난 수 십 년 동안, 전 세계적으로 자원의 소비가 급격히 증가하게 되면서 최근 자원 고갈은 물론 환경오염이 커다란 이슈로 문제가 되고 있다. 이에 따라 재료 관련 분야에 있어서는 보다 효율적이고 친환경적인 방법으로 자원을 활용해야 된다는 필요성이 대두되었고 이와 같은 관점에서 목적하는 성분이 우수하고 환경 친화적인 표면처리 재료 개발연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다. 그 중 플라즈마 전해 산화(Plasma Electrolytic Oxidation, PEO)는 알루미늄, 마그네슘 등의 경금속의 경도를 향상시키고 높은 내마모성, 내식성을 갖게 하는 표면처리로써 그 관심이 증가하고 있다. 이 플라즈마 전해 산화는 일반적으로 공정비용 대비 효과적이고 환경 친화적이며 코팅 성능 면에서 우수하다고 알려져 있다. 이러한 고유한 특성으로 인해 플라즈마 전해 산화 코팅은 최근 몇 년 동안 기계, 자동차, 우주항공, 의학 및 전기 산업 등의 분야에서 그 적용이 점차 증가하고 있는 상황이다. 한편, 플라즈마 전해 산화 코팅을 하는 모재들의 경우 부동태 산화피막을 용이하게 형성할 수 있는 특성의 모재에 한정되고 있어서 그 응용확대에 한계가 있는 것이 사실이다. 따라서 본 연구에서는 플라즈마 전해 산화법을 사용하여 용융알루미늄도금 강판 상에 산화피막 형성을 시도하였다. 전원공급 장치의 양극은 전해질 속에 잠겨있는 작동전극에 연결하고 음극은 대전극 역할을 하는 스테인레스강 전해질 용기에 연결되었다. 전해질은 Sodium Aluminate 및 기타 첨가제를 함유한 것을 사용하였고 온도는 열교환기를 사용하여 $30^{\circ}C$ 이하로 유지되었다. 또한 여기서 전류밀도는 $5{\sim}10A/dm^2$, 실험 주파수는 700Hz, Duty cycle은 30 및 90%의 각 조건에서 공정처리 시간을 각각 30분 및 60분 동안 진행하였다. 이와 같은 조건에서 형성한 막들에 대해서는 주사형전자현미경(SEM)을 이용하여 코팅 막의 표면 및 단면의 모폴로지를 관찰하였음은 물론 EDS 및 XRD 측정을 통하여 원소조성분포 및 결정구조를 각각 분석하였다. 또한 이 코팅 막들에 대한 내식성은 5% 염수분무 환경 중 노출시험(Salt spray test), 3% NaCl 용액에서의 침지 시험 및 전기화학적 동전위 양극분극(Potentiodynamic Polarization) 시험을 진행하여 평가하였다. 이상의 실험결과에 의하면, 제작조건별 플라즈마 전해 산화 코팅 막의 모폴로지 및 결정구조가 상이하게 나타나는 것을 알 수 있었다. 코팅 막의 모폴로지 관찰 결과, 공정 시간에 비례하여 표면에 존재하는 원형 기공의 수는 감소하였으나 그 크기가 커지고 크레이터의 직경 또한 커진 것이 확인되었다. 이 기공은 마이크로 방전에 의해 형성된다고 알려져 있는데 공정 시간이 증가함에 따라 코팅 두께가 점차 증가하여 마이크로 방전의 빈도수가 줄어들고 그 강도는 증가하게 되어 기공 크기가 증가한 것으로 사료된다. 또한 공정시간이 긴 시편에서 표면에 크랙이 다수 존재하는 것으로 확인되었다. 이것은 방전에 의해 고온이 된 소재가 차가운 전해질과 만나게 되어 생긴 큰 온도구배로 인해 강한 열응력이 발생하여 균열을 초래한 것으로 보인다. 조성원소 분석 결과 원형 기공 주변의 크레이터 영역에는 알루미늄이 풍부하였으며 그 주변에 결절상을 갖는 구조에서는 전해질 성분의 원소가 포함되어 있는 것이 확인되었다. 이러한 코팅 막의 표면 특성은 내식성에 영향을 주게 된 원인으로 사료된다. 동전위 분극측정 결과에 의하면 플라즈마 전해 산화 공정 시간이 길어질수록 부식전류밀도가 증가하였다. 이것은 공정시간이 길어짐에 따라 강한 방전이 발생하여 기공의 크기가 증가하고 크랙이 발생하게 되면서 내식성이 저하된 것으로 판단된다. 종합적으로 재료특성 분석 및 내식성 평가를 분석한 결과, 플라즈마 전해 산화의 공정 시간이 너무 길게 되면 오히려 내식성은 저하되는 것이 확인되었다. 이상의 연구를 통하여 고내식 특성을 갖는 플라즈마 전해 산화 막의 유효성을 확인하였으며 용융알루미늄강판 상에 실시한 플라즈마 전해 산화 처리에 대한 기초적인 응용 지침을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권3호
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• pp.275-283
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• 2012

초고층 건축물의 선행 코어 후행 슬래브 접합부, 지하 연속벽과 바닥구조의 접합부, 임시 개구부 등 신구 콘크리트 접합부의 철근 이음을 위하여, 다수의 커플러를 전단키가 있는 얇은 강판에 설치한 철근 이음용 매립 강판이 최근 개발되었다. 이 공법을 사용한 접합부의 구조 성능을 검증하기 위하여, 벽체-슬래브 접합부에 대한 반복하중 실험을 실시하였다. 비교를 위해 기존에 사용되는 굽힌 철근 박스를 이용한 접합부와 이음이 없는 접합부도 함께 실험하였다. 실험 결과 철근 이음용 매립 강판을 사용한 접합부는 이음이 없는 접합부와 동일하게 [인장철근 항복]-[충분한 휨변형]-[압축 콘크리트 압괴] 후 압축 철근의 좌굴로 파괴되었다. 따라서 설계에서 가정한 충분한 연성 거동을 확인할 수 있었다. 반면, 굽힌 철근 박스를 사용한 접합부의 경우, 탄성구간에서는 철근 이음용 매립 강판과 유사하게 거동하였으나, 측면 피복 콘크리트가 빨리 탈락되었으며, 슬래브 상하부면의 겹침이음 구간에 부착 균열이 다수 발생하였다. 최종적으로 이음 없는 실험체 및 철근 이음용 매립 강판을 사용한 실험체에 비해 강도와 변형능력이 저하되었다. 또한 굽힌 후편 철근을 겹침이음한 실험체가 철근 이음용 매립 강판을 적용한 경우에 비해 강성 저하가 빠르게 진행되었다. 굽힌 후편 철근의 탄성계수는 직선 철근에 비해 낮고, 완전한 직선으로 펼 수 없기 때문에 인장력을 받으면서 일부 구간이 펴지므로 접합부의 강성을 저하시킨 것으로 판단된다. 2종류의 철근 지름(D13, D16)과 강종(SD300, SD400)에 대해, 철근이음용 매립 강판을 적용한 접합부는 공칭 강도를 충분히 상회하였다. 그러나 굽힌 후 편 철근을 사용하면 강종이 높을수록 그리고 지름이 굵을수록 휨강도가 저하되었다. 따라서 굽힌 후 편 철근의 사용에 주의가 필요하다.