• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권1호
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• pp.67-74
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• 2021

본 논문에서는 노후화된 PSC I형 교량을 대상으로 철근부식에 대한 구조적 안전성을 평가하였다. 대상 PSC I형 교량은 실제 구조물을 참고하여 철근을 배근하고 해석 시 콘크리트의 파괴와 철근의 항복을 고려하였다. 한국시설안전공단 정밀안전진단의 교량 평가 기준을 참고하여 철근노출면적률과 철근부식률로 구분하여 총 32가지의 철근부식 시나리오를 구성하였다. 철근노출은 교량의 바닥판 하부 인장철근이 콘크리트 피복 탈락에 의해 노출된 것으로 가정하였다. 각 시나리오별 해석 결과, PSC I형 교량의 안전율과 내하율은 철근노출면적률과 철근부식률이 증가함에 따라 감소하였다. 철근부식률이 50% 이상일 경우는 모든 철근노출면적률에 대해서 안전성등급을 세밀하게 분석할 필요가 있었으며, 철근부식률 57%이상인 경우는 철근노출면적률에 관계없이 모두 E등급으로 산정되었다. 철근노출면적률 2%에 대해서 상관도 분석을 실시한 결과,철근부식률이 약 55.8% 까지는 A등급, 56.9% 까지는 C등급, 58.5% 까지는 D등급, 58.5% 이상인 경우 E등급으로 평가되었다. 본 연구를 통해 노후화된 교량에 대한 철근부식의 정량적인 구조적 안전성 평가가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제24권5호
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• pp.9-16
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• 2020

CFRP 시트를 이용한 RC 구조물의 보강은 다양한 방법으로 적용되어 왔으며, 관련 연구도 오랜 기간 수행되어 왔다. 하지만 CFRP 보강에 대한 연구는 대부분 실험적으로 수행되어, 다양한 변수 효과를 효율적으로 분석하기에는 한계가 있었다. 본 연구에서는 CFRP 시트로 보강된 RC 보의 구조거동을 ABAQUS 프로그램을 이용하여 수치해석적으로 분석하였다. RC 보 하면과 시트 사이에 Cohesive 요소를 적용하여 CFRP 보강 RC 보의 주요 파괴모드인 CFRP 시트 탈락을 모사하였다. CFRP 시트 탈락에 의한 급격한 비선형 문제 및 효율적인 유한요소해석을 위하여 준정적 해석 기법과 2 차원 대칭 모델을 사용하였다. 본 연구에서 수행한 유한요소해석 결과는 기존 실험결과를 잘 반영하는 것을 확인하였으며, CFRP 보강 수준과 최대 강도, 초기 강성, 파괴시점의 관계를 분석하였다. 총 31개 모델에 대한 유한요소해석을 수행한 결과 보강 수준의 증가에 따라 최대 강도 및 초기 강성이 sin 함수 형태로 증가하는 것을 확인하였다. 또한 과도한 CFRP 시트 보강은 파괴시점을 앞당겨 보강 구조물의 취성파괴를 야기할 수 있음을 확인하였으며, 이를 방지하기 위한 적절한 수준의 CFRP 시트 보강 설계가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권2호
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• pp.76-83
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• 2022

이 연구는 적층 시공 시 타설 초기부터 외기에 직접 노출되는 조건을 모사하여 밀봉조건과 노출조건에 따른 수축거동을 100일 이상 실험적으로 분석하였다. 결합재 치환에 따른 수축거동 분석을 위해 1종 시멘트, 플라이애시, 실리카흄을 사용하여 동일한 조건에서 길이변화율을 측정하였다. 혼화제 사용이 수축거동에 미치는 영향을 분석하기 위해 적층 시공 시 사용되는 셀룰로오스계 점도조절제와 유지계 수축저감제를 사용하였다. 표면노출양생 시 초기 수축 발생시점이 단축됐으며, 플라이애시와 실리카흄을 사용 시 수축량은 양생조건에 따라 OPC100 배합 대비 60 - 110% 증가했다. 점도조절제와 수축저감제 적용은 양생조건에 따라 최소 18%에서 최대 70% 수축량을 저감시켰다. 시험체의 온도는 양생초기 15 ℃까지 일시적으로 저하됐으며, 수축거동과 상관성을 이 연구를 통해 확인했다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권4호
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• pp.57-64
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• 2022

염화물은 철근 콘크리트 구조물의 주요 열화 요인 중 하나로 철근 부식을 발생시켜 구조물의 성능을 저하시킨다. 염해에 의한 철근 콘크리트 구조물의 열화정도 또는 철근 부식 개시 시기를 확인하기 위해서는 철근 깊이에서의 염화물 농도 또는 콘크리트 내에서 염화물 침투 속도를 확인할 필요가 있다. 일반적인 콘크리트내 염화물 침투를 확인할 수 있는 방법으로는 염화물 침투 깊이별로 전위차 적정법과 같은 방법으로 염화물 농도를 측정하는 염화물 프로파일링 방법이나 질산은 용액을 이용하여 콘크리트의 변색된 범위를 다지점 측정하여 침투 깊이를 측정하는 방법이 대표적이다. 전자의 경우에는 정확하게 염화물 농도를 직접 측정하기 때문에 염화물 침투 속도 (일반적으로 확산계수)를 정확하게 예측할 수 있는 장점이 있지만, 작업이 번거롭다는 단점이 있다. 후자는 질산은 용액과의 반응에 따른 변색 범위를 측정하여 염화물 침투 깊이를 산정하는 것이기 때문에 간편하고 결과의 신뢰성도 확보할 수 있는 장점이 있지만, 침투 깊이를 산정하는데 있어서 작업자의 숙련도에 따라 오류가 발생할 수 있는 단점이 있다. 본 연구에서는 변색법에 의해 얻어진 결과를 이미지 분석을 통해 콘크리트 내의 염화물 침투 깊이를 분석하였다. 이를 통해 작업자에 의해 발생될 수 있는 오류를 최소화할 수 있도록 하였다. 또한 콘크리트의 미세 균열이 염화물 침투에 미치는 영향에 대해서도 확인하였다. 이미지 분석을 통해 염화물 침투 깊이를 정량화한 결과 염화물은 미세균열부를 통해 빠른 속도로 염화물 침투가 발생한다는 것을 확인 하였기 때문에, 콘크리트 구조물에서는 특히 균열 발생에 주의가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권5호
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• pp.40-47
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• 2021

본 연구에서는 확대머리 정착이음을 갖는 연결부의 상세에 따른 구조거동을 유한요소해석을 통해 분석하였다. 복잡한 접촉조건과 비선형 거동을 나타내는 연결부의 유한요소해석을 위하여 외연적 동해석을 활용한 준정적 해석 기법을 적용하였다. 기존 실험결과와 해석결과를 비교하여 유한요소모델의 정확성을 검토하였으며, 준정적 해석 기법은 확대머리 연결부의 비선형성을 잘 반영하는 것을 확인하였다. 다양한 정착길이, 횡방향 철근지수를 갖는 21가지 유한요소모델을 활용하여 구조해석을 수행한 결과 정착길이와 횡방향 철근지수의 증가는 강도와 연성도를 증가 시키는 것을 확인하였으나, 충분한 구조성능을 확보하기 위해서는 두 가지 설계변수 모두 일정수준을 확보해야 함을 확인하였다. 최근 개정된 확대머리 정착이음 설계기준에서는 정착길이와 횡방향 철근지수를 모두 고려하는 설계식을 제시하고 있으며, 본 연구의 결과에서도 정착길이 뿐만 아니라 횡방향 보강철근이 매우 중요한 영향을 미치는 것을 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권5호
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• pp.112-118
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• 2022

이 연구는 원전 안전성 관련 구조물의 콘크리트 배합설계를 이용하여 확산특성을 평가하였다. 원전안전성관련 콘크리트 구조물 중 해수에 침지되거나 간만대에 위치하는 취배수구조물의 배합을 선정하여 압축강도, 전기전도도에 의한 염소이온 침투저항성 평가, 염수침지를 통한 확산특성을 분석하였다. 원전 콘크리트 구조물의 설계기준강도인 91일까지 재령에 따라 1, 7, 14, 28, 56, 91일에 압축강도를 측정했으며, 재령 28, 91일에 염소이온 침투저항성 평가를 실시했다. 재령 28일 콘크리트 시험체를 28일간 염수에 침지한 뒤 깊이별 시료를 채취하여 염화물량을 분석함으로써 확산계수를 도출하였다. 결과적으로 보통포틀랜드시멘트를 100% 사용한 콘크리트보다 플라이애시가 20% 치환된 원전 콘크리트 배합이 28일 이후 장기적인 강도증진 효과가 더 높게 나타났다. 또한 원전콘크리트 배합이 보통포틀랜드시멘트를 100% 사용한 배합보다 염소이온 침투저항성이 높고 확산계수도 더 낮게 나타나 염해에 대한 저항성이 더 높은 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.193-198
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• 2021

이 연구에서는 3D 프린팅 복합재료의 레올로지 특성과 출력 패턴에 따른 적층 시험체의 압축강도 특성을 평가하였다. 레올로지 측정결과, 압출 후 60분 후부터 급격한 재료 변화가 나타났으며, 배합직후 대비 1.4배 높은 항복응력과 14.94~25.62% 낮은 소성점도를 나타내었다. 실린더 몰드에 제작한 시험체와 적층 시험체의 압축강도를 비교하였으며, 적층 시험체의 출력패턴은 0°, 45°, 90°를 변수로 하였다. 재령 1~28일까지의 몰드 타설 시험체와 적층 시험체의 압축강도는 출력 패턴과 관계없이 유사한 성능을 나타내었다. 특히, 재령 28일에서는 모든 시험체의 초기 접선탄성계수와 최고 압축강도 및 최대 응력 시 변형률은 거의 동일하게 나타났다. X-ray CT분석을 통한 적층 시험체의 계면 분석결과, 압축강도 측정 후의 시험체의 적층 계면에서의 균열이 발생하지 않은 것을 확인하였으며, 이는 적층 시험체 내의 각각의 계면이 일체화 거동을 한 것으로 판단할 수 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권4호
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• pp.56-64
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• 2021

구조체 열화, 손상 등에 의해 발생하는 누수는 동결융해에 의한 체적 변화를 유발하는 주요 원인 중 하나이며, 콘크리트 내부의 미세균열, 표면 스케일링 등을 유발한다. 이러한 손상은 염화물 등 외기 유해물질 침투 및 확산을 가속화시킨다. 시설물 성능평가 세부지침(2020)에서 피복 콘크리트 품질과 동해환경 지표가 새롭게 제시되었으며, 피복 콘크리트 품질은 반발경도시험으로, 동해환경은 동결융해 싸이클 수로 평가한다. 본 논문에서는 빠른 동특성 기반 초음파 비선형성을 통해 동결융해에 의한 초기 미세손상을 평가하고자 하였다. 서로 다른 물-시멘트비(40%, 60%)와 공기량(1.5%, 3.0%)을 가지는 콘크리트 시험체를 제작하고, 동결융해 싸이클 수를 증가시키며 압축강도, 반발경도, 상대동 탄성계수, 초음파 비선형성을 측정하였으며, SEM을 활용하여 미세균열 발생 및 진전을 분석하였다. 그 결과, 상대동탄성계수 및 반발경도로는 확인이 어려웠던 초기 미세손상을 공진주파수 비선형성 측정을 통해 탐지할 수 있었으며, 콘크리트의 동결융해 저항성능을 예측할 수 있다는 가능성을 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.84-91
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• 2022

본 연구에서는 반복하중을 받는 대각선 철근콘크리트 커플링 보의 강섬유 형상비와 혼입률에 따른 이력거동을 분석하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 강섬유의 형상비와 혼입률을 주요변수로 설정하였으며, 국내 건축구조기준에서 제시한 연결보의 횡방향 보강량이 약 53% 완화된 4개의 실험체를 제작하였다. 실험에서는 ACI 374.2R-13에 따른 변위제어법으로 반복하중 실험을 수행하였으며, 실험 결과 강섬유가 혼입된 모든 실험체가 현행 구조기준에서 제시하는 공칭전단강도를 상회함을 확인하였다. 강섬유의 형상비가 증가할수록 대각선 철근의 좌굴을 방지하고 강섬유의 브리징 효과로 콘크리트의 균열면 증가를 방지하였다. 강섬유가 혼입된 실험체의 전단강도, 강성감소 및 에너지 소산능력은 강섬유가 혼입되지 않은 Vf0 실험체보다 우수하였다. 따라서 강섬유 철근콘크리트가 횡철근의 디테일을 완화할 수 있다고 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권6호
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• pp.47-53
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• 2022

콘크리트구조물의 한계상태설계법이 적용되면서 구조물의 극한상태까지 고려하는 설계가 이루어지고 있다. 실제 철근콘크리트 부재가 인장력을 부담할 때 부재가 항복한 후에도 극한상태까지 콘크리트가 인장력을 부담한다. 따라서 한계상태 거동에 대한 정확한 평가를 위해서는 휨 부재의 항복 후 인장강화효과에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 복철근 직사각형 단면을 가지는 RC 단순보에 대하여 4점 휨 실험을 수행하였고, 영상분석기법을 이용하여 부재의 거동을 상세하게 분석하였다. 분석 결과를 이용하여 휨 인장강화효과 계수를 도입한 항복 후 인장강화효과 추정식을 제안하였고, 이를 기존 연구들의 실험 결과를 통해 적용성을 검증하였다. 부재의 연성거동을 대표하는 극한 변형률과 항복 변형률 차이가 실험 결과와 유사하게 나타나 제안식의 예측이 비교적 정확한 것으로 판단된다.