• 대한토목학회논문집
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• 제42권6호
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• pp.751-762
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• 2022

강합성 교량에서 강 거더와 콘크리트 바닥판의 합성을 위한 전단연결재로는 용접접합 머리붙이 스터드가 주로 사용된다. 용접접합 전단연결재의 경우, 손상 또는 노후화된 바닥판 철거 시에 파쇄에 따른 소음, 비산먼지 등이 발생하여 환경적 문제가 지적되고 있다. 따라서 환경적 문제 및 생애주기비용 관점의 효율적인 유지관리를 위해서는 노후화된 콘크리트 바닥판의 교체가 용이한 분리식 전단연결재 개발이 필요하다. 기존의 볼트접합 전단연결재로는 매립너트 방식이 주로 연구되었으나 낮은 강성과 전단저항강도, 초기슬립 증가 등으로 교량과 같은 토목구조물에는 활용되지 못하고 있는 실정이다. 본 논문에서는 이러한 문제점들을 개선하기 위해 매립너트 부분이 스터드 기둥에 일체화되고 확대 기둥 하단에 테이퍼진 형상을 갖는 분리식 볼트접합 전단연결재를 제안하였다. 제안된 분리식 스터드볼트의 정적 전단강도와 슬립 변위에 대한 성능 검증을 위해 수평전단실험을 수행하였고, 기존 용접접합 스터드와 성능을 비교하였다. 제안된 분리식 볼트접합 전단연결재가 전단성능이 매우 우수하고, 슬립변위 또한 연성설계기준을 만족함으로써 기존 용접 스터드를 충분히 대체하여 적용 가능함을 확인하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권2호
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• pp.151-157
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• 2014

초고성능 콘크리트(UHPC)의 높은 강도 및 내구성으로 인하여 교량 바닥판에 UHPC를 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. UHPC 바닥판은 강도 및 강성이 기존 콘크리트보다 월등히 높아 합성된 강재 거더 상부 플랜지의 구조적 역할을 대신할 수 있을 것이므로, 이 연구에서는 상부 플랜지를 생략한 역T형 거더를 UHPC 바닥판과 합성한 형식을 제안하고자 한다. 역T형 거더를 적용함에 있어 상부플랜지에 전단연결재를 용접하는 방식으로 전단연결재를 설치할 수 없으므로, 새로운 형식의 전단연결재의 개발이 필요하다. 이 연구에서는 3가지 형식의 전단연결재를 제안하고 이들의 정적 극한강도를 실험적으로 평가하였다. 첫 번째 형식은 웨브에 스터드를 횡방향으로 직접 용접한 전단연결재이고, 두 번째는 유럽에서 개발된 퍼즐스트립 형식의 전단연결재이며, 마지막은 횡방향 스터드와 퍼즐스트립을 조합한 전단연결재이다. 실험 결과 횡방향 스터드는 AASHTO LRFD에 제시된 기존 스터드 전단연결재의 강도 설계식 보다 평균 24% 크게 나타났으나, 바닥판에 쪼갬 균열이 현저히 발생하여 이를 방지하기 위한 새로운 대책이 필요한 것으로 나타났다. 퍼즐스트립은 기존 유럽의 연구에서 제안한 극한강도 평가식 보다 40% 큰 강도를 보여, 기존의 평가식이 지나치게 보수적인 것으로 나타났다. 마지막으로 2가지를 조합한 형식의 전단연결재의 극한강도는 각각의 전단연결재의 극한강도를 산술적으로 합한 것보다 작은 극한 강도를 보였고 바닥판에 균열 또한 현저하였으므로, 조합에 따른 상승효과를 기대할 수 없었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제23권3호
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• pp.385-395
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• 2011

교량용 HSB 고성능 강재를 적용한 정모멘트부 강합성 복합단면 거더의 휨저항강도를 모멘트-곡률 해석법으로 산정하고 LRFD 휨저항강도 설계식에 의한 휨저항강도와 비교하여 기존 설계식의 적용성을 검토하였다. 강거더의 하부플랜지는 HSB800 강재를 상부플랜지와 복부판은 HSB600 강재를 적용하였다. 다양한 연성특성을 갖는 6,205개 단면을 임의추출법으로 선정하고 재료 비선형 모멘트-곡률 해석 프로그램을 이용하여 이들 단면에 대한 휨저항강도를 구하였다. 합성단면을 구성하는 콘크리트 재료는 CEB-FIP 모델로, HSB600 및 HSB800 강재는 탄소성-변형경화 재료로 모델링하였으며 콘크리트 바닥판의 압축강도는 30MPa, 45MPa 및 60MPa를 고려하였다. HSB 강재를 적용한 강합성 복합단면 거더의 연성계수와 콘크리트 바닥판의 압축강도에 따른 휨저항강도 특성을 분석하였다. HSB 고성능강을 적용한 이종 복합단면 강합성 거더의 모멘트-곡률해석 결과, 현 AASHTO LRFD 정모멘트부 휨저항강도 산정식을 적용할 수 있는 것으로 평가되었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제17권5호통권78호
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• pp.549-559
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• 2005

철도교는 강성이 주요한 설계인자이기 때문에 기존의 2거더 교량의 구조적 효율성을 높이기 위해서 이중합성 구조를 가진 철도교를 제안하였다. 일반적으로 강합성 연속교를 설계할 경우, 부모멘트 구간에 존재하는 콘크리트 바닥판은 인장에 저항하지 못한다고 가정하고 바닥판 단면을 무시하게 된다. 부모멘트 구간에서는 합성단면의 강성이 감소하게 되므로 이를 보완하기 위해 강재단면이 커지게 되는데, 이러할 경우 변단면의 적용이 불가피하게 되고 강합성형으로서의 장점이 반감된다고 할 수 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 다양한 접근법이 존재하지만 그 중에서도 경간을 확대하고 강성이 중요한 설계인자가 되는 경우에 적절하게 사용될 수 있도록 제안된 교량의 형태가 이중합성구조이다. 따라서 본 연구에서는 이중합성 전단연결부의 거동을 파악하기 위하여 수평스터드, 수평스터드와 수직스터드가 함께 배치된 복합스터드 부재에 대한 push-out 실험을 수행하였다. 실험결과의 분석을 통하여 기존의 설계식과의 비교를 수행하고 정적 거동을 평가하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권1호
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• pp.19-29
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• 2023

실리카 흄과 같은 고가의 혼화재 투입 없이 원심성형 공정 활용으로 콘크리트의 수밀성 증대 통한 콘크리트 압축강도 100 MPa급 초고강도 프리스트레스 각형보를 개발하였다. 벽체에 가설된 초고강도 원심성형 각형보는 상부슬래브 콘크리트와 합성된 후에 공용하중을 받게 되는데, 원심성형 보와 바닥판 사이에는 휨에 의해 수평전단응력이 발생되고 이는 스터드나 철근 등의 전단연결재를 통해서 보와 바닥판이 합성거동을 하게 된다. 본 연구에서는 공장에서 생산된 100 MPa급 원심성형 각형보 상부에 RC슬래브를 제작하여 합성시킨 실물모형 시험체에 대한 휨재하시험을 수행하였으며, 합성단면은 설계 공칭휨강도를 넘어 안정적인 합성거동을 하면서 파괴되어 구조적인 신뢰성을 입증하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권2A호
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• pp.149-159
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• 2010

본 연구에서는 전두께 프리캐스트 바닥판을 적용한 CFT 트러스 거더 합성형교의 구조거동을 평가하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 모형교량의 지간장은 20 m이고, CFT 트러스 거더의 상현재와 하현재는 콘크리트 충전강관 단면이다. CFT 트러스 거더 합성형교의 구조특성을 평가하기 위해 정적 및 동적실험을 수행하였다. 실험 및 해석에 의해 산정된 고유진동수가 잘 일치함을 확인하였고, 해석결과에서 거더간에 설치되는 브레이싱은 CFT 트러스 거더 합성형교의 고유진동수에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 정적 휨 실험을 통해서 CFT 트러스 거더 합성형교의 항복강도 및 변형특성을 평가하였다. 또한, 실험결과를 통해서 프리캐스트 바닥판을 통한 등분포 전단연결재의 배치는 CFT 트러스 거더의 합성형교에 적용 가능함을 확인하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.182-182
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• 2011

현재 국내에서 PSC 거더의 제작은 주로 포스트텐션방식을 사용하고 있다. 포스트텐션방식은 콘크리트 양생 후 긴장력을 도입하여 제작회전율이 높은 특성을 가지나 쉬스, 그라우팅, 정착장치 등이 요구되어 조립과정이 복잡하고 제작단가가 높다. 교량에 적용되는 PSC 거더를 포스트텐션방식 대신에 프리텐션방식으로 제작한다면 제작단가를 대폭 감소시킬 수 있을 것이나, 교량용 PSC 거더의 길이가 일반적으로 30~50m이므로 공장에서 제작하여 현장으로 운반하는 것은 운반비용의 상승 및 운반 가능한 크기의 제한을 받게 된다. 운반의 문제를 해결하기 위해서는 현장에서 PSC 거더를 제작하여야 하는데 현장에 긴장대를 고정식으로 설치하는 것은 제작단가의 상승으로 이어져 경제성을 잃게 된다. 따라서 현장에서 사용할 수 있도록 이동식 긴장대를 제작한다면 경제성을 갖춘 프리텐션방식의 PSC 거더 생산이 가능할 것이다. 50m급 이동식 긴장대에는 약 10MN에 이르는 매우 큰 긴장력이 가해져 이동식 긴장대가 콘크리트 양생전까지 이 긴장력을 저항하여야 한다. 본 논문에서는 유한요소 해석프로그램인 ABAQUS를 사용하여 50m급 PSC 거더를 생산할 수 있는 이동식 긴장대를 모델링하여 약 10MN에 이르는 긴장력이 가해질 때에 이동식 긴장대의 각 구성요소의 거동특성 및 하중에 대한 안전성 및 좌굴에 대한 안정성 확보 여부를 해석적으로 파악하고자 한다. 이동식 긴장대는 구성요소인 정착블럭(긴장BOX)과 중간연결블럭으로 나누어 모델링하였다. 정착블럭(긴장BOX)은 다수의 강판을 4절점 쉘요소(S4R)를 사용하여 직육면체의 BOX 형상에 내부를 보강한 단면으로 구성하였고, 중간연결블럭은 H형강 2개를 일체화한 긴장대 거더와 콘크리트 바닥판 블록이 볼트로 합성된 구조이며, H형강은 4절점 쉘요소(S4R), 바닥판블럭은 8절점솔리드요소(C3D8R)를 사용하였다. 긴장대거더와 바닥판블럭은 합성거동을 하도록 weld option을 사용하여 부분적으로 결합하였다. 정적해석결과 이동식 긴장대에 발생하는 응력은 도로교 설계기준에 SS400 강재의 허용응력 140MPa 보다 작으며 선형탄성좌굴 해석결과 가력하중의 2.22배 약 21MN의 하중이 가력되어야 전체좌굴이 발생하게 될 것으로 추정된다. 해석결과를 보아 50m급 PSC 거더를 생산할 수 있는 이동식 긴장대는 하중에 대한 안전성 및 좌굴에 대한 안정성을 확보하고 있는 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권6호
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• pp.677-685
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• 2015

최근 일반적인 콘크리트의 단점인 낮은 인장강도 및 휨강도와 취성파괴를 극복하기 위하여 초고성능 콘크리트에 강섬유를 혼입한 강섬유 보강 초고성능 콘크리트(UHPC)에 대한 연구가 주목받고 있다. 본 논문에서는 UHPC의 장점을 극대화하기 위하여 합성보 구성 시에 강재 거더의 상부 플랜지를 없앤 역T형 거더를 적용하여, 콘크리트 압축강도, 섬유 혼입률, 전단연결재 간격 및 바닥판 두께 등의 변수를 가지는 역T형 거더와 UHPC 바닥판을 합성한 합성보를 16 개 제작하고 전단연결재의 거동, 휨거동 특성 등을 실험적으로 파악하고자 하였다. 실험결과를 기준으로 볼 때, 향후 UHPC의 경우 스터의 간격은 100 mm에서 바닥판 두께의 2 또는 4 배 사이로 규정함이 적절할 것으로 예상된다. 또한 대부분 실험 부재의 특성 상대변위는 Eurocode-4의 기준을 만족하므로 연성 거동을 확보하는 것으로 판정되었으며, 전단연결재 간격이 넓은 부재는 설계식의 값보다 실험값이 크게 나와, 비합성 거동 후 UHPC와 강재로 전단연결재 예상저항하중보다 더 큰 극한강도를 발휘하며, 전단연결재 간격이 좁은 부재는 전단연결재가 스스로의 능력에 도달하기 전에 UHPC 상연에서 압축파괴가 급격히 발생됨을 알 수 있었다.

• 전산구조공학
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• 제20권2호
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• pp.90-96
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• 2007

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2006년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.590-593
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• 2006