• 콘크리트학회논문집
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• 제24권4호
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• pp.369-379
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• 2012

비산물체의 충돌 및 폭발, 테러 등의 극한하중에 의한 구조물의 붕괴는 재산상의 손실뿐만 아니라 다수의 인명피해를 유발한다. 일반적으로 콘크리트는 타 건설재료에 비해 충격 및 폭발 하중에 우수한 저항성능을 지니고 있다고 알려져 있으나, 준-정적(quasi-static)하중과는 달리 높은 변형률 속도를 갖는 극한하중을 고려하지 않고 설계된 기존의 콘크리트 구조물은 예상치 못한 극한하중에 노출될 경우 상당히 위험할 수 있다. 이 연구에서는 콘크리트 보의 충격저항성능을 향상시키기 위해 길이 30 mm의 번들형 양단 hooked type의 강섬유를 전체 부피의 0%에서 1.5%까지 혼입하여 정하중 및 충격하중 휨 실험을 수행하고, 그 성능을 평가하였다. 실험 결과 강섬유의 혼입률을 증가시킬 경우 정하중뿐만 아니라 충격하중에서도 휨강도와 연성 등 휨 저항성능이 크게 향상되는 경향을 보였다. 강섬유를 인장부에 집중적으로 혼입한 층 구조 콘크리트 보의 경우에는 동일한 양의 섬유를 보 전체에 타설한 시편에 비해 휨 저항성능이 향상되는 것으로 나타났다. 또한, 강섬유 보강 콘크리트의 재료적 비선형성을 고려하여 단자유도계(sing degree of freedom, SDOF) 시스템의 해석 알고리즘을 구성하고 실험 결과와 비교하였으며, 비교적 정확하게 최대 처짐을 예측하는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권6호
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• pp.763-771
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• 2009

최근 장경간에 대한 요구가 증가됨에 따라 수평부재는 극한강도 뿐만 아니라 과도한 처짐이 중요한 문제로 인식되고 있다. 따라서 건축물의 경우에 처짐을 해결할 수 있는 좋은 대안으로서 비부착긴장재를 사용한 포스트텐션 구조의 적용이 늘어가고 있다. 그러나 대부분의 기존 연구들은 비부착긴장재를 사용한 프리스트레스트 휨부재의 극한강도에 국한되고 있기 때문에 처짐과 같은 사용성 검토에는 적용이 불가능 하거나 매우 어려운 실정이다. 따라서 이 연구는 비부착긴장재를 사용한 포스트텐션 부재의 균열 전 초기 거동, 균열 후 및 사용하중 상태에서의 거동 및 극한강도까지 적용이 가능한 긴장재의 응력거동 예측모델을 제안하고, 기존 실험결과와의 비교를 통하여 제안 모델의 적용성 및 정확도를 검증하고자 하였다. 다양한 부재 특성을 가진 실험 결과와의 비교를 통하여 제안된 응력거동 예측모델은 보강지수 및 하중형상에 관계없이 하중단계별 긴장재의 응력 및 강도를 매우 정확하게 예측함을 확인할 수 있었다. 특히, 제안된 모델은 다양한 재하형태의 영향을 잘 반영하였으며, 휨 부재를 보강할 때 쉽게 발생할 수 있는 과보강 부재에 대해서도 무리없이 적용 할 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권2A호
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• pp.289-295
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• 2008

본 연구는 탄소섬유판으로 보강된 철근콘크리트 부재의 휨 거동특성 및 파괴양상을 규명하고 또한 탄소섬유판 부착탈락 거동을 규명함에 그 목적이 있다. 이를 위하여 탄소섬유판의 형상, 섬유판 부착길이, 부착면적 등의 다양한 변수를 포함하는 실험연구가 수행되었으며, 초기 부착균열이 발생되는 부착탈락 기구를 규명 하였다. 본 실험결과 탄소섬유판으로 보강된 철근콘크리트 부재의 휨 강성은 보강되지 않은 보에 비해 현저하게 개선되며 최대 극한강도 증진율은 120% 이상인 것으로 나타났다. 또한 탄소섬유판 탈락 시 측정된 탄소섬유판의 인장변형율은 탄소섬유판의 극한 변형율의 36%에 해당되는 것으로 나타났으며, 탄소섬유판의 부착길이가 충분 할수록 보는 휨 균열로 야기되는 탄소섬유판의 계면 부착탈락으로 파괴됨을 알 수 있었다. 탄소섬유판의 계면부착탈락은 휨을 받는 구역에서 시작되어 보의 양 끝단으로 급격하게 전파되는 취성적인 파괴를 유도하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 탄소섬유판의 유효응력에 근거하여 탄소섬유판으로 보강된 철근콘크리트 부재의 휨 강성을 계산하였으며, 이는 실험결과와 잘 일치하는 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권5A호
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• pp.543-550
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• 2009

본 연구에서는 재활용된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)로 만든 플라스틱 단섬유의 구조재료로서의 사용 가능성을 조사하였다. 성능을 검증하기 위해서 가장 널리 상용되는 합성섬유인 폴리프로필렌(polypropylene; PP) 섬유와 비교하였으며, 섬유의 혼입률을 0%, 0.5%, 0.75%, 1.0%로 변화시켜 혼입률에 따른 영향을 함께 검토하였다. 실험으로는 압축강도, 쪼갬인장강도 등의 재료 특성과 재생 PET(recycled PET fibers; RPET) 섬유가 혼입된 RC 부재에서의 극한성능과 연성을 평가하기 위해 RC보의 휨 실험을 수행하였다. 실험결과, 압축강도는 섬유의 혼입량이 증가함에 따라 감소하였으나, 기존 PP섬유와 유사하였다. 반면 쪼갬인장강도는 약간 증가하는 경향을 보였다. 구조 부재에 적용하였을 경우에는 RPET을 혼입한 RC 보의 극한강도, 상대 연성비, 에너지 흡수능력이 OPC 시편에 비해 확연히 증가되는 것을 알 수 있었다. 극한 휨강도와 연성비가 증가하는 현상은 PP 섬유를 혼입한 콘크리트에서도 유사하게 나타났다. 따라서 RPET 섬유는 콘크리트 부재의 보강섬유로 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권4A호
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• pp.383-389
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• 2010

현재 우리나라의 콘크리트구조설계기준은 강도설계법에 근간하고 있다. 강도설계법에 의해 휨부재를 설계할 경우, 콘크리트 응력-변형률 관계는 사용하중 상태에서 선형으로 가정하지만 이후 극한한계 상태까지에 대해서는 규정되어 있지 않다. 이로 인해 콘크리트구조설계기준에서는 처짐 및 균열폭 등의 산정에 대해 개별적인 규정을 두고 있다. 그러나 한계상태설계법에 근거한 EC에서는 재료에 대한 응력-변형률 관계를 규정하고 있다. 따라서 재료의 응력-변형률 관계로부터 휨강도 및 처짐 등을 직접 계산할 수 있다. 본 연구에서는 휨부재에 대하여 주어진 재료 모델을 바탕으로 평형방정식과 적합조건식을 적용하여 휨모멘트-곡률 관계를 계산하였다. 이로부터 휨강도 및 처짐을 산정하여 현행 콘크리트구조설계기준에 의한 값과 비교하였다. 해석 결과 재료 모델로부터 휨모멘트-곡률 관계를 통해 산정된 처짐은 실험 결과와도 비교적 잘 일치하고, 항복 이후의 처짐 계산도 가능한 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권2호
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• pp.277-287
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• 2017

이 연구는 한계상태설계법을 기반으로 하는 도로교설계기준에 의해 철근콘크리트 휨부재 설계 시 적용하는 균형철근비와 최대 철근량에 대한 규정을 검토한 것이다. 현행 도로교설계기준(한계상태설계법)에서는 휨부재 철근량 산정의 기준이 되는 균형철근비에 대한 명시적 규정이 없고, 휨모멘트 재분배 효과를 반영한 최대 중립축 깊이 및 콘크리트 단면적의 0.04배로서 최대 철근량을 산정한다. 그런데, 최대 중립축 깊이 규정에 의하면 최대 철근량이 적게 산정되어 단면을 크게 하여야 하며, 콘크리트 단면적의 0.04배라는 한계값이 적용될 경우에는 인장 철근의 변형률이 항복 변형률의 2배 이하로 되어 충분한 연성거동을 보장할 수 없는 문제점이 있다. 이 연구에서는 연성거동을 확보할 수 있는 휨부재 설계를 위한 사용 철근량 산정의 기준이 되는 균형철근비를 극한한계상태 검증 규정 및 재료 특성과 콘크리트 기준압축강도에 따른 극한한계변형률을 도입하여 설계 실무에 적용할 수 있도록 간편한 식으로 유도하였다. 그리고, 설계된 휨부재가 충분한 연성이 확보되도록 인장철근의 최소허용변형률을 항복변형률의 2배로 가정하고 철근의 기준항복강도 및 콘크리트 기준압축강도에 상관없이 만족할 수 있도록 최대 중립축 깊이 비 보정계수를 도입하여 수정하고, 이로부터 최대철근비를 산정할 수 있도록 하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권2호
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• pp.357-367
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• 2017

강지보로 보강된 터널 숏크리트 라이닝은 그 기하학적 형태로 인해 외부하중이 작용됨에 따라 휨 모멘트와 축력이 동시에 발생하게 된다. 숏크리트는 축력 수준에 따라 휨 강성이 달라지며, 이로 인한 심한 비선형 거동을 보인다. 또한 강지보 유형에 따라 역학적으로 상이한 지보 성능을 가진다. 본 연구에서는 화이버 단면 요소(fiber section element)를 이용해 압축력과 휨 모멘트를 동시에 받는 강지보-숏크리트 라이닝의 비선형합성거동을 평가할 수 있는 수치모델을 제시하였고, 이를 활용해 강지보 유형에 따른 합성지보 성능을 수치적으로 분석하였다. 또한, 지반-구조물 상호작용을 구현하기 위해 지반의 연화(softening) 거동을 고려하여 수정된 hyperbolic 모델을 제시하였다. 제시된 수치모델은 기존 아치형 실험체의 하중실험 결과와 해석결과를 비교하여 검증하였으며, 수치해석을 통해 강지보 유형에 따른 라이닝의 합성거동을 분석하였다. 해석결과를 통해, 복철근 형태의 강지보가 기존 H형강과 유사한 극한 하중 지지력을 가지는 것을 확인하였다. 또한 강재량 증가가 잔류 지지력 향상에 크게 기여하였으며, 지보재 주변의 지반강성이 증가함에 따라 강지보 유형에 따른 최대 하중지지력 개선 효과는 작아짐을 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제10권2호
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• pp.165-176
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• 2006

본 연구는 볼트의 조임력을 이용한 와이어로프의 휨보강 효과에 대한 실험 및 사례에 대한 것이다. 본 공법은 와이어로프에 볼트와 너트를 이용해 긴장응력을 도입하며, 이 방법은 시공성이 매우 우수하다. 제안된 방법에 대한 휨보강 효과에 대한 검증을 위해 실험을 수행하였다. 콘크리트 압축강도는 24MPa이고 전단스팬비(a/d)가 2.8인 실험체의 주요변수로는 초기 긴장응력과 새들 수량으로 하였다. 실험결과, 무보강 실험체에 비해서 휨내력은 약 160% 증가하였으며, 초기 긴장력에 따라서 균열 및 극한모멘트가 증가하였다. 그러나 새들의 수량은 균열 및 극한모멘트에는 영향을 주지 않았다. 실제 구조물의 보강공사에 적용한 사례를 통해서 제안된 공법은 다른 보강방법보다 매우 경쟁력 있는 방법임을 알 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권2호
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• pp.133-140
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• 2018

본 연구에서는 중공형의 PHC말뚝과 강관말뚝을 합성한 중공형 콘크리트 충전 강관(HCFT)말뚝의 거동분석을 위한 수치해석 모델을 개발하였고 휨강도시험에 적용하여 모델의 타당성을 검증하였다. 개발된 비선형 유한요소해석 모델의 적정성을 파악하기 위해 실물 시험 결과와 비교하였고 이를 활용하여 HCFT말뚝에 적합한 접촉조건, PC강봉의 제원에 따른 효과, 콘크리트 두께에 따른 효과 등을 분석하였다. 소성응력분배법을 적용하여 HCFT말뚝의 휨강도 산정식을 제안하였고 시험 및 해석결과와 비교하여 활용성을 검증하였다. 본 연구의 결과는 HCFT말뚝의 최적설계 및 거동분석에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권2A호
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• pp.391-399
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• 2006

정 부모멘트 사이의 효과적인 휨강성분배를 통한 경제적인 단면을 설계하고 하부플랜지의 교축방향 곡선화를 통한 교량의 미를 도모하기 위해, 강플레이트거더 교각부에서 높이가 변하는 복부판을 설계에 종종 반영하고 있다. 이 같은 높이가 변하는 플레이트거더의 전단거동은 일반적인 플레이트거더에 비해 복잡하다. 그러나 관련연구의 부족으로 현행 하중-저항계 수설계규정은 명확한 전단설계기준을 제시하고 있지 못하다. 본 연구에서는 전단력을 받는 높이가 변하는 복부판의 탄성좌굴 및 극한전단거동을 조사하기 위해 다양한 매개변수가 고려된 3차원 유한요소해석이 수행되었으며, 해석결과로부터 높이가 변하는 복부판의 전단강도를 간단하며 합리적으로 산정할 수 있는 전단설계식을 제안하였다.