• 콘크리트학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.892-899
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• 2002

콘크리트 휨 부재의 내하능력을 개선하는 방법들 중에서, 최근에 와서, 기존의 철근콘크리트 부재에서 사용하는 철근을 대신하여 섬유보강폴리머(FRP) 복합재료 층으로 보강한 콘크리트 부재에 관한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구는 휨을 받는 원형단면 FRP 콘크리트 부재의 거동을 예측하기 위한 해석모델에 중점을 두고 있다. FRP층과 내부에 충진된 콘크리트로 이루어진 부재의 응력 및 변형을 예측하기 위하여 층분할 단면해석 모델이 제시되었다. 콘크리트의 압축거동이 횡방향 팽창에 의존한다는 가정과 다축 압축 응력상태의 구성관계에 기초하여 FRP 층으로 둘러 쌓인 콘크리트의 응력변형률 관계를 정식화하였다. 고전적 적층이론에서, FRP 층의 거동은 2차원 적층의 면내거동의 응력-변형률 관계에 기초한 등 가직교재료특성에 기초하여 정식화하였다. 소개된 해석모델의 검증을 위하여 원형단면 FRP 콘크리트 휨 부재의 4점 실험과 비교한 결과, 본 모델은 부재의 모멘트-곡률 관계, 단면에서의 축방향 변형률뿐만 아니라 횡방향 변형률, 그리고 FRP 층으로 인한 콘크리트의 구속효과의 증진에 관한 거동 특성들을 잘 예측해 주었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제16권1호
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• pp.61-69
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• 2004

신설교량의 경우 최근 개정된 도로교설계기준에 의해 내진설계를 수행하여 시공되었으나, 내진설계규정이 적용되기 이전에 시공되어 사용중에 있는 철근콘크리트 교각의 경우에는 지진에 의한 횡하중에 대해 취약할 수 있다. 특히 형상비가 큰 기존 교각에서는 기초와 교각 접합부에 주철근 겹침이음이 존재하므로 지진이 발생할 경우 피복콘크리트 파손에 따른 부착파괴 형태의 급격한 취성파괴 거동을 나타낸다. 이러한 부착파괴가 일어나는 소성힌지 구간에 FRP 적층 원통관으로 보강하여 부착강도를 크게 함으로써 횡하중에 대한 급격한 파괴를 예방할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 FRP 적층 원통관으로 보강된 원형교각에서 FRP 적층 원통관이 주는 구속효과를 효과적으로 산정하기 위한 이론식을 유도하여 제안하고자 하였다. 이를 위해 FRP 적층 원통관이 철근콘크리트 원형교각에 발생시키는 구속응력을 이론적으로 유도하여 제안하였으며, 제안된 식의 타당성을 검증하기 위해 기존의 타 연구에서 수행한 실험결과와 비교, 검토하였다. 또한 다양한 FRP 적층조건에 따른 구속응력의 변화를 고찰하기 위한 매개변수 연구를 수행하였다. 이와 같은 연구를 통해 본 연구에서 제안하는 식이 FRP 적층 원통관을 이용하여 보강한 기존 원형교각의 거동을 잘 예측할 수 있음을 확인하였으며, 적층수, 섬유배향각, 섬유방향의 탄성계수가 FRP 적층 원통관에 의한 내진보강효과에 가장 지배적인 매개인자임을 알 수가 있었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권4호
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• pp.401-408
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• 2009

초고강도콘크리트의 개발에 따라 철근 압축이음에 대한 연구 필요성이 높아지고 있다. 40여년 전의 연구를 바탕으로 한 현재의 압축이음 설계기준으로는 향상된 강도를 제대로 활용할 수 없으며, 특히 압축이음길이가 인장이음 길이보다 길어지는 기현상(奇現象)이 발생되어 실무의 혼란을 초래하기도 한다. 이러한 현상은 현행 설계기준에서 콘크 리트 강도와 횡보강근의 영향을 고려하지 않기 때문이다. 본 연구에서는 51개 실험체의 결과를 바탕으로 40부터 70MPa 까지 콘크리트에 대한 압축이음길이 설계식을 제안하였다. 실험 결과를 통해 도출된 압축이음의 영향 인자들을 분석하 여 이음강도식의 기본형을 만들었다. 실험 결과에 대한 비선형 회귀분석을 통해 압축이음강도 평가식을 마련하고, 5% 분위수 개념을 통해 설계기준이음강도를 설정하고 압축이음길이 설계식을 도출하였다. 이 연구에서 제안된 압축이음길 이 설계식을 이용하여 고강도콘크리트에서 압축이음길이가 인장이음길이보다 길어지는 이상 현상을 해소할 수 있다. 더 불어 제안된 압축이음길이 설계식은 통계적 기법에 기반을 두어 재료강도와 동일한 수준의 신뢰성을 확보할 수 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제17권6호
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• pp.21-30
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• 2013

최근 발생한 대규모 지진으로 구조물의 내진보강에 대한 사회적 관심도가 높아지고 있다. 특히 내진설계가 반영되지 않은 기둥의 경우 지진에 의한 횡하중을 저항하지 못하고, 취성적인 파괴가 유발되어 구조물 전체적 붕괴를 유발할 수 있다. 따라서 빠른 시간내에 보강이 가능하면서 기둥에 손상을 주지 않는 기존의 보강법과 구별되는 응급 보강법이 필요하다. 과거에는 기둥 보강법으로 단면 증설법과 강판보강법 등이 개발되어 현장에 적용되었지만, 최근에는 FRP (Fiber Reinforced Polymer)의 장점을 활용한 탄소섬유시트공법이 많이 사용되고 있다. 본 연구에서는 긴급시공이 가능한 체결식 FRP 내진보강재를 사용한 구조물의 내진성능보강효과를 검토하고자 하였다. 검토를 위하여 실제 구조물의 축소모델의 철근콘크리트 시험체를 제작하고 횡방향 변위하중을 가력하였다. FRP 내진보강재를 이용한 내진보강시공 후 실내시험을 통하여 내진성능을 평가하였다. 그 결과 개발된 보강재의 철근콘크리트 구조물에 보강 시, 내진성능이 향상됨을 확인하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제11권3호
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• pp.23-31
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• 2007

건설여건의 변화에 따라 교량구조물의 급속시공에 대한 요구가 늘어나고 있다. 이 논문에서는 하부구조에서 교각의 프리캐스트화를 위한 준정적 실험을 수행하였다. 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 교각 설계의 가장 주요한 항목이 내진성능의 확보에 있다. 7개의 프리캐스트 교각을 제작하였고 주요 실험변수는 긴장재의 양, 프리스트레스트의 크기, 이음부의 위치 및 수로 설정하였다. 실험결과 축방향으로 도입되는 프리스트레스에 의해 작은 횡변위하에서는 일부 손상이 발생하여도 변형의 복원력을 발휘하였지만 소성힌 지구간의 손상이 많은 경우에는 이러한 복원력이 효과를 발휘하지 못하는 것을 확인하였다. 실험을 통해 관찰된 손상의 형태로부터 판단할 때 조립식 교각의 이음부 설계는 기초부와 교각부 사이의 이음부에 대해서 실시되어야한다. 축방향 긴장재의 양은 RC 교각과 강재비를 일치시키는 것은 지나친 설계가 될 수 있고 주어진 하중조건에 대한 P-M 상관도를 만족시키는 수준에서 결정되어야 한다. 변위연성도 평가를 볼 때 프리캐스트 교각에서 횡철근비는 현재의 철근 콘크리트 교각과 동일한 수준에서 확보되어야 요구연성도를 만족할 수 있다. 에너지 소산능력은 강재비가 증가함에 따라 향상되었고 이음부의 수가 많은 경우가 다소 뛰어난 능력을 발휘하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권6호
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• pp.687-694
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• 2014

이 연구에서는 철근콘크리트 전단벽의 경계요소의 연성설계를 위한 변위연성비모델을 제시하였다. 부재의 길이에 따른 곡률과 자유단에서의 변위를 산정하기 위한 전단벽의 단면의 변형률 및 내부힘들의 분포는 베르누이(Bernoulli)의 정리, 변형률 적합조건 및 힘의 평형조건을 이용하여 이상화하였다. 경계요소내의 횡보강근에 의한 구속효과는 Razvi and Saatcioglu에 의해 제시된 콘크리트의 응력-변형률 관계를 이용하여 고려하였다. 항복시 및 최대내력 이후 최대모멘트 80%에서의 곡률은 등가소성 힌지길이 개념을 도입하여 변위값으로 환산하였다. 일반화된 변위연성비의 모델은 다양한 범위에서 수행된 변수연구로부터 얻어진 데이터들의 회귀분석을 통하여 단순식으로 정립되었다. 제시된 단순모델은 실험결과 대비 평균, 표준편차 및 변동계수가 각각 1.05, 0.19 및 0.18로 대부분의 실험결과의 경향을 잘 예측하였다. 따라서 제시된 모델은 경계요소에서 소요연성비에 따른 횡보강근의 상세를 결정하는데 쉽게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권4호
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• pp.451-458
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• 2015

비내진 상세를 갖는 노후된 철근콘크리트 골조의 내진보강을 위해 철근콘크리트 끼움벽 공법이 많이 사용되고 있다. 기존 콘크리트 골조에 끼움벽을 이용하여 보강하는 방법은 지진과 같은 횡력에 대하여 높은 강도를 확보할 수 있는 방법이다. 그러나, 기존의 끼움벽공법은 공사기간동안 이용자의 사용이 제한될 수 밖에 없으며, 접합부의 시공이 어렵고, 접합부의 합성성능을 확보하기 어려운 측면이 있다. 이 연구에서는 기존 끼움벽 공법의 단점을 개선하기 위하여 공장제작된 프리캐스트 콘크리트 벽체를 건물의 외부에서 압착하여 보강하는 방법을 제안하였다. 제안된 공법을 검증하기 위하여 반복하중을 받는 총 4개의 1/3축소 실험체들을 제작하여 실험을 수행하였으며, 제안된 공법이 적용된 철근콘크리트 골조의 강도, 강성, 에너지 소산 능력이 크게 향상되는 것을 실험적으로 확인하였다.

• 콘크리트학회지
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• 제6권1호
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• pp.120-130
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• 1994

본 연구의 목적은 반목하중을 받는 철근콘크리트 부재의 이력거동을 적절히 예측할 수 있는 해석모델을 구축하고 기존 연구자들의 실험결과를 분석하여 부재의 다양한 이력거동을 예측할 수 있는 이력모델을 제안하는데 있다. 이력모델의 구축에는 골조의 동적해석에 정량적으로 사용할 수 없는 변수들을 배제함으로써 6개 자유도를 갖는 평면 프레임의 비선형 동적해석에 적용가능한 해석요소를 개발하였다. 해석모델은 소성힌지부를 단일 스프링으로 치환한 분리선형요소 모델을 사용하였으며 부재의 길이방향 철근 배근상태에 따라 소성힌지부의 이동을 고려할 수 있도록 하였다. 기존 연구자들의 실험결과를 비교$\cdot$분석한 결과, 반복하중에 의해 나타나는 부재의 강성저하는 기본 핀칭계수, 부재의 연성비 및 항복강도비의 함수로 적절히 예측할 수 있었으며, 부재의 강도저하에 대해서는 횡보강근 간격비, 단면형상비를 고려한 새로운 개념의 강도감소계수를 제안하였다. 본 해석모델에 의해 계산한 부재의 에너지 소산능력을 실험결과와 약 10%~20% 내외의 오차를 나타냄으로써 본 해석결과의 타당성을 입증하고 있다. 따라서 본 연구에서 제안하는 해석모델은 반복하중을 받는 철근콘크리트 보-기둥 접합부의 이력거동 해석에 사용 가능하다고 판단된다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제16권5호
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• pp.1-11
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• 2012

본 연구에서는 주기하중에 대하여 거시적 모델링 방법을 다르게 적용하여 철근콘크리트 벽체의 비선형 해석을 수행하고 기존에 나타난 실험 연구와 비교/분석하였다. ASCE41-06에서 제시하는 높이-길이 비에 따른 벽체의 파괴유형을 참고하여 기존에 수행된 실험연구 중에서 높이-길이비가 3.0을 초과하는 세장한 벽체와 높이-길이비가 1.5인 낮은 벽체를 선택하였다. 각 실험체에 대하여 거시적 모델을 다르게 고려하여 비선형 해석을 수행하였다. 본 연구에서 적용한 거시적 모델은 휨에 대한 거동을 정확히 묘사할 수 있는 방법과 벽체의 복부에서 발생되는 대각 전단을 고려할 수 있는 방법이다. 세장한 벽체는 거시적 모델에 따른 실험과 해석의 결과 차이가 거의 없는 것으로 나타났지만 낮은 벽체는 모델링 방법에서 고려할 수 있는 요소에 의해 이력 거동이 크게 달라지는 것으로 조사되었다. 또한, 높이-길이 비가 1.5인 철근콘크리트 벽체가 건축물에 적용된 경우 정확한 횡 저항능력을 평가하기 위해서 복부의 대각 압축 전단을 고려할 수 있는 모델을 사용하는 것이 타당하다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권3호
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• pp.47-55
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• 2006

본 연구는 도로교의 교각으로 널리 사용되고 있는 2주형 철근 콘크리트 교각의 내진성능과 보강방안을 실험적으로 수행하였다. 실험체는 지름 400mm, 높이 2,000mm인 2주형 원형교각 10기를 제작하였으며, 하중은 $0.1f_{ck}A_g$ 크기의 축방향하중하에서 교축방향과 교축직각방향의 이축 횡방향하중을 교번 반복재하하였다. 실험변수는 심부구속철근비, 주하중방향, 주철근 겹침이음 그리고 보강방안을 선택하였다. 주철근 겹침이음이 있는 교각에 대한 보강방안으로 steel band, steel jacket, 그리고 prestress 강선을 이용하였다. 실험 결과 주하중방향이 교축직각인 실험체가 소성힌지구간이 교각의 상 하부 양측에 발생하면서 주하중 방향이 교축방향인 실험체보다 연성 능력이 우수한 것으로 나타났다. 프리스트레스 강선으로 보강한 실험체는 과보강으로 인한 소성힌지구간의 이동으로 연성도 저하가 나타났으나, steel jacket 및 steel band로 보강한 실험체는 모두 요구연성도를 만족하는 것으로 나타났다. 특히, steel band에 의한 보강방안은 시공성 등을 감안하여 바람직한 철근 콘크리트 교각의 내진 보강방안으로 고려될 수 있다.