• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.162-171
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• 2023

본 연구에서는 기존 구조물의 면내 보강을 위해 콘크리트 구조물과 보강재를 쉽게 연결할 수 있는 내진 어댑터의 세부 설계 방안을 제안하였다. 제안된 내진 어댑터는 실제 크기의 절반으로 축소된 2층짜리 기둥-보 구조물에서 동적 시뮬레이션을 통해 성능을 테스트하였다. 실험 결과, 내진 어댑터를 사용하여 보강된 시험체는 보강되지 않은 시험체에 비해 에너지 소산 능력이 3.5배 향상되었음을 보여주어, 일반적인 사용 범위 내에서 내진 어댑터가 손상되지 않았음이 확인되어 그 효과를 입증하였다. 이어서 변형 한계(변형 각도 3.3%)까지 하중을 가했을 때, 1층 하부에서 어댑터와 보강재를 연결하는 M10 볼트 중 하나가 파손된 것을 관찰하였다. 이러한 발견을 고려할 때, 실제 상황에서 내진 보강을 적용할 때는 내진 어댑터를 연결하는 볼트와 앵커의 설계에 중점을 둬야 할 것으로 판단되었다.

• Steel and Composite Structures
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• 제50권3호
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• pp.249-263
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• 2024

This article presents a comparative analysis of seismic behavior in steel-beam reinforced concrete column (RCS) frames versus steel and reinforced concrete frames. The study evaluates the seismic response and collapse behavior of RCS frames of varying heights through nonlinear modeling. RCS, steel, and reinforced concrete special moment frames are considered in three height categories: 5, 10, and 20 stories. Two-dimensional frames are extracted from the three-dimensional structures, and nonlinear static analyses are conducted in the OpenSEES software to evaluate seismic response in post-yield regions. Incremental dynamic analysis is then performed on models, and collapse conditions are compared using fragility curves. Research findings indicate that the seismic intensity index in steel frames is 1.35 times greater than in RCS frames and 1.14 times greater than in reinforced concrete frames. As the number of stories increases, RCS frames exhibit more favorable collapse behavior compared to reinforced concrete frames. RCS frames demonstrate stable behavior and maintain capacity at high displacement levels, with uniform drift curves and lower damage levels compared to steel and reinforced concrete frames. Steel frames show superior strength and ductility, particularly in taller structures. RCS frames outperform reinforced concrete frames, displaying improved collapse behavior and higher capacity. Incremental Dynamic Analysis results confirm satisfactory collapse capacity for RCS frames. Steel frames collapse at higher intensity levels but perform better overall. RCS frames have a higher collapse capacity than reinforced concrete frames. Fragility curves show a lower likelihood of collapse for steel structures, while RCS frames perform better with an increase in the number of stories.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권3호
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• pp.327-335
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• 2009

지진이 빈번하게 발생하는 지역에서는 비내진상세구조물은 지진 발생시 연약층을 형성하고 취성적 붕괴를 일으키게 된다. 그러나, 기존 구조물을 해체하고 내진상세 구조물을 신축하는 방법은 건설폐기물, 환경오염 및 민원 등 여러가지 문제들을 가지는 등 비경제적 방법이라 할 수 있다. 따라서 기존 구조물이 내진성능을 만족하도록 내진보강에 관한 많은 연구가 이루어졌으며, 이러한 내진보강방법에는 끼움벽, 철골브레이스, 연속벽, 부벽, 날개벽, 기둥/보의 자켓팅 등이 있다. 이 중 끼움벽 골조는 큰 변형과 접합부에서의 회전이 발생하는 골조와, 비교적 작은 변형에서도 전단파괴를 야기하는 끼움전단벽 등 복합적인 거동특성을 나타낸다. 따라서, 이러한 시스템의 거동특성은 개개의 골조나 벽에서 나타나는 거동특성과 매우 다르게 된다. 본 연구에서는 끼움벽의 내진성능을 평가하고자 하였으며, 손상에너지의 효과적 흡수를 위해 변형경화형 시멘트 복합체 (SHCC)를 사용하였다. 실험은 1/3 축소모형의 끼움벽을 반복가력하는 것으로 계획하였다. 실험 결과, SHCC 끼움벽에서는 섬유의 가교작용을 통해 시멘트 복합체 내 응력을 재분배함으로써 미세균열이 발생하였으며, 강도 및 에너지소산능력이 우수한 것으로 나타났다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제16권3호
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• pp.23-33
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• 2012

구조물의 특성치를 결정하기 위하여 18층 규모의 사무용 건물 3동에 대하여 자연진동 조건하에서 동적계측실험을 수행하였다. 대상건물은 기본적으로 보-기둥 골조시스템에 횡하중을 보다 효율적으로 지지하기 위하여 추가적으로 코아가 배치된 혼합 구조형식을 나타낸다. 매층 마다 측정한 일련의 진동기록으로부터 고유진동수, 모드형태 및 감쇠율 등과 같은 모달계수를 추출하기 위하여 최신 주파수- 및 시간영역-기반 응답의존 시스템판별법인 FDD, pLSCF 및 SSI를 적용하였다. 3방법에 의하여 추출한 결과는 대체로 일치하였으나, 초기 FE 해석결과와 비교하여 저차 3개 고유진동수는 대략 1.2~1.7배나 되는 단단한 거동을 나타냈다. 진동응답으로부터 추출된 값, 기준에서 제시하는 약산식 및 FE해석에 의하여 산정된 고유주기를 비교하여 보면, FE결과가 가장 유연한 거동을 예측하였으며, 높이를 변수로 하는 약산식이 추출된 값에 가장 근접한 결과를 나타냈다. 이러한 차이는 현재의 실험 추출치에는 콘크리트 균열 등과 같은 강성저감 요인을 포함하고 있지 않으며, 또한 FE 해석치는 비구조체 및 사용된 재료의 실제성능 등과 관련된 강성증가 요소를 포함하고 있지 않기 때문이다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.409-417
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• 2010

지진에 의한 사회기반 구조물의 손상은 대형참사를 유발할 가능성이 크므로, 적절한 내진성능평가가 이루어져야한다. 특히 지진하중 하에서 구조물의 거동은 상부 하중을 지탱하는 기둥의 거동에 지배되므로 기둥에 대한 해석 및 실험을 통한 내진성능평가는 가장 핵심적인 요소이다. 현재 내진성능평가 실험의 일환으로 준정적실험, 유사동적실험, 진동대실험 등이 대표적으로 수행되고 있으며 이러한 실험을 수행 시 시험체의 크기, 실험장비 성능의 한계, 경제적인 이유 등으로 원형 구조물을 대신하여 축소모형을 통해 실험을 수행하고 있다. 이러한 축소모형실험을 위해서는 적절한 상사법칙을 적용해야 하는데, 현재 일반적으로 적용되고 있는 상사법칙은 탄성범위 내에서 유도가 되어 있기 때문에 지진하중하 구조물의 비탄성 거동을 예측하는데 무리가 있다. 또한 마이크로콘크리트를 사용한 축소모형에 대해서는 필연적으로 재료특성에 있어서 원형재료와 축소모형재료 사이에 왜곡이 발생하여 결과의 신뢰성에 영향을 주게된다. 따라서 이 연구에서는 재료의 왜곡과 비탄성 거동을 고려하여 새로운 상사법칙을 제시하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제13권6호
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• pp.593-601
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• 2001

철근콘크리트구조에서 철근의 인장력이 발휘되기 위해서는 적절한 정착길이 또는 갈고리가 필요하다. 그런데, 접합부와 같이 배근이 집중되는 곳이나 대구경 고강도철근이 필요한 경우 정착을 위한 정착길이나 갈고리의 제작 및 배근작업이 어려우며 콘크리트의 충진성도 저하될 수 있다. 또한 갈고리부분의 과도한 응력집중으로 국부적인 지압파괴나 slip이 발생될 우려도 있다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방안으로 정착판을 철근 단부에 부착한 기계적 정착공법이 제안되고 있다. 본 연구는 기계적 정착공법의 기초가 되는 정착장치의 요구성능과 정착설계법을 고찰하고 인발실험를 통해 정착장치의 앵커기능을 확인하고자 한다 인발실험 결과, 본 연구에서 설계된 정착장치는 앵커로써의 기능을 적절히 발휘하여 기존 CCD 이론식과 매우 근접한 내력을 발휘하였다 철근항복내력 이상의 정착내력을 지니는 경우, 항복하중까지 콘크리트에 아무런 손상이 발생되지 않았으며, 정착판 후미에서 콘크리트와의 상대변위는 0.2mm이하로 콘크리트에 손상을 유발시키지 않을 것으로 판단되었다. 따라서, 본 연구의 설계과정으로 제작된 기계적 정착장치를 통해 콘크리트에 유해한 손상 없이 필요한 정착내력을 확보할 수 있다. 그러나, 철근간 간격이 좁아 파괴면이 중첩되는 경우에는 정착내력이 크게 저하되어, 순수한 콘크리트 내력만으로 기계적 정착설계가 이루어지는 경우 상당한 매립깊이가 요구된다. 따라서, 실제 구조물의 정착설계를 위해서는 인접부재와의 골조거동(frame action)에 따른 구속효과와 전단보강근의 영향을 고려할 필요가 있다. 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제13권1호
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• pp.46-53
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• 2001

본 연구에서는 PCI 방법으로 설계한 직사각형보의 댑 전단거동을 구명키 위해 실물 크기의 두 개의 보 네 개의 댑단부에 대하여 실험하였다. 적용된 설계 활하중 500kgf/$m^2$은 주차장, 1,200kgf/$m^2$은 매장을 위한 국내설계기준이다. 보의 하단폭은 5층 정도의 매장 또는 주차장건물의 하부 기둥크기와 동일하게 60cm로 하였고, 댑의 깊이는 PCI에서 허용하는 최대치 내에서 하부 플랜지높이의 절반을 적용하였다. 대상 실물 실험체는 PCI 설계에 충분히 만족하도록 설계하였으나, 네 개의 실험체중 활하중 1200kgf/$m^2$를 위한 두 개의 실험체는 사용하중이전에 초기균열이 발생되었고 예측강도에 훨씬 못 미치는 하중에서 니브의 수직 전단파괴에 의하여 종국파괴되었다. 니브 수직전단파괴를 일으킨 활하중 1200kgf/$m^2$실험체의 최종 파괴강도는 77.22tonf과 78.36tonf으로 PCI의 81.9tonf과 ACI의 65.62tonf 사이 값으로 ACI의 예측식에 상회하나 PCI 제안 값에 미달하여 발생하였으므로 ACI제안 방식이 안전적인 측면을 고려할 때 더 합리적인 것으로 사료된다. 모든 하중-변형률곡선에서 걸이철근(Ash)의 변형률이 항복변형률에 도달할 정도로 가장 두드러졌다. 강도를 개선하기 위하여 추가적인 경사 걸이 철근이 필요한 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제4권1호
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• pp.27-48
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• 1984

본(本) 연구(硏究)는 한계상태(限界狀態) 설계(設計) 이론(理論)에 의한 철근(鐵筋)콘크리트 뼈대구조물(構造物)에 관(關)한 것이다. 한계상태이론(限界狀態理論)에 의한 철근(鐵筋)콘크리트 뼈대구조물(構造物)에 대한 최적설계(最適設計)의 문제형성(問題形成)은 철근(鐵筋)의 단면적(斷面積), 단면(斷面)의 폭(幅)과 유효고(有效高) 그리고 모멘트 감소율(減少率)을 설계변수(設計變數)로 취급(取扱)하는 비선형(非線型) 계획(計劃) 문제(問題)로 된다. 목적함수(目的凾數)는 철근(鐵筋)콘크리트 뼈대구조물(構造物)의 철근(鐵筋)과 콘크리트 및 거푸집의 비용(費用)을 고려(考慮)하는 총(總) 건설경비(建設經費)로 형성(形成)되고, 기본(基本) 제약조건식(制約條件式)들은 극한(極限) 한계상태(限界狀態)와 사용성(使用性) 한계상태(限界狀態)의 개념(槪念)을 내포하고 있다. 또한 CP110과 Hognestad et al. 이론(理論)에서 가정(假定)된 응력분포도(應力分布圖)를 극한(極限) 한계상태(限界狀態)를 위해 극한(極限) 저항단면력(抵抗斷面力)을 해석(解析)하는데 적용(適用)되었고, 사용성(使用性) 한계상태(限界狀態)를 위해서는 CP110의 규준(規準)만을 사용(使用)한다. 철근(鐵筋)콘크리트 뼈대구조물(構造物)의 최적화(最適化)를 위한 비선형(非線型) 계획(計劃) 문제(問題)를 풀기 위해서 적용(適用)된 최적화(最適化) 기법(技法)은 수정(修正) Newton-Raphson 법(法)을 이용한 SUMT 알고리즘이다. 본(本) 알고리즘을 2종(種)의 뼈대구조물(構造物)에 시행(試行)해 보았고, 본(本) 알고리즘의 수감성(收歛性), 적용가능성(適用可能性) 및 안정성(安定性)을 검토(檢討)하기 위해 문헌(文獻)(10)의 수치결과(數値結果)와도 비교분석(比較分析)하였다. 결론적(結論的)으로 수치분석(數値分析)을 통(通)하여 CP110과 Hognestad et al.의 경제성(經濟性) 비교(比較)와 본(本) 알고리즘의 적용가능성(適用可能性), 안정성(安定性), 수감성(收歛性) 및 확실성(確實性) 등에 대하여 논의(論議)되었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제22권1호
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• pp.67-74
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• 2010

최근 기상이변에 따라 폭설로 인한 비닐하우스의 붕괴가 빈번해져서 농가의 피해가 증가하고 있다. 하지만 이에 대한 대책연구는 미약하여 매년 농가의 피해는 되풀이 되고 있다. 그리하여 본 연구에서는 고강도 변단면 부재를 이용한 모듈을 적용하여 근본적인 구조체의 붕괴를 방지하고, 인장타이재를 이용한 추가적인 보강을 통하여 비닐하우스의 붕괴를 방지하고자 한다. 비닐하우스 프레임의 경우 처짐설계보다는 강도설계에 의해 단면이 지배되므로 모멘트가 최대가 되는 부분에 고강도의 변단면 부재를 적용한다. 현재 설치된 비닐하우스의 형태는 아치의 형태를 하고 있으나, 구조적으로는 곡선부(보)와 직선부(기둥)가 불연속의 형상을 하고 있어 연직하중에 대해 아치거동보다는 프레임거동을 하는 취약한 구조시스템이다. 직선부재(기둥) 상단에 폭설 시에만 임시적으로 인장타이재를 추가함으로써 모멘트로 저항하던 프레임 구조체를 축력에 저항하는 타이아치형 구조체로의 단기적인 변화를 유도하여 구조체의 내력을 증가시키고자 한다. 고강도 변단면 부재를 이용하면 조합강도비가 10~30% 정도 감소하였으며, 인장타이재를 이용하여 추가보강하면 조합강도비가 절반 이하로 감소하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제28권5호
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• pp.611-620
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• 2016

철근항복강도가 420 MPa만 사용되는 원자력발전소는 대구경 철근이 과밀 배근되어 정밀시공이 어렵고 콘크리트구조물의 품질저하가 우려된다. 과밀배근 해소를 위해 항복강도 550 MPa 철근의 사용이 필요하다. 이 연구에서는 550 MPa 고강도철근의 실용화를 위해 요구되는 여러 검토 항목 중, 철근과 콘크리트 일체 거동을 위해 필요한 43 mm 갈고리철근의 정착거동을 실험적으로 평가하였다. 실험체 모두 목표했던 측면파열파괴가 발생하여, 최대하중에서 측면 피복두께가 급격히 탈락하였다. 가력 초기에는 대부분의 하중을 직선구간의 부착에 의해 지지하였으나, 최대 하중의 1/3 지점부터 부착에 의한 기여도가 저감되기 시작하여 최대 하중에서는 대부분 갈고리 지압에 의해 하중을 지지하였다. 횡보강철근이 있는 실험체에서 [실험값]/[콘크리트구조기준 예측값] 비율의 평균이 1.45였다. 35 mm 초과 철근에 적용이 금지된 횡보강철근에 대한 보정계수 0.8을 적용하여도 안전한 갈고리 정착이 가능하다. 고강도콘크리트를 사용한 경우에는 [실험값]/[콘크리트구조기준 예측값]의 비율이 1.0로 다른 경우에 비해 안전율이 부족하였다. 콘크리트강도의 제곱근에 비례하는 콘크리트구조기준은 고강도 콘크리트에서 안전측이 아니므로 콘크리트 압축강도에 대한 영향을 저감시킬 필요가 있다. 실험결과를 회귀분석하여, 콘크리트 압축강도, 묻힘길이, 측면피복두께, 횡보강철근의 영향을 고려한 갈고리철근 정착강도 평가식을 개발하였다. 13개 실험데이터와 비교한 결과, [실험값]/[예측값] 비 평균이 1.0, 변동계수가 10%로 매우 정확히 강도를 예측하였다.