• 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.

• Composites Research
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• 제31권4호
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• pp.122-127
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• 2018

섬유강화고분자복합재료(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastics)의 경량화는 자동차 및 항공 분야에서 끊임없이 요구되고 있으며, 구조용 폼과 CFRP를 혼합하여 샌드위치 복합재료로 사용되고 있다. 본 연구에서는 열경화성 소재인 에폭시 폼과 폴리우레탄 폼 및 열가소성 소재인 PET 폼과 PVC 폼의 조성 차이에 따른 폼의 형상 및 열 노화를 통해 변화되는 기계적 특성 변화를 관찰하였다. 성형한 에폭시 폼, 폴리우레탄 폼 및 상용화된 PET 폼과 PVC폼을 180도에서 열 노화시켰으며, 30, 60, 120, 180분의 노화시간에 따라 구조용 폼의 변화를 광학 현미경 및 만능시험기로 폼 셀의 형상 및 압축강도를 평가하였다. 궁극적으로 에폭시 폼이 가장 높은 2.6 MPa의 압축강도를 가졌으며, 열 노화 조건에서도 물성저하나 형상의 변화가 거의 발생되지 않았다. 이는 에폭시 폼이 타 구조용 폼에 비해 열 노화 조건에서 후경화되어 강직한 조성을 이루며, 타 구조용 폼과는 다르게 내열 특성이 우수하기 때문에 고온용 구조용 폼으로 적용하기 적합한 소재임을 확인하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제9권2호
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• pp.103-118
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• 2009

It has been reported that more than thirty five percent of steel bridges in the USA are structurally deficient because of structural degradations. The degraded structures need either full replacement or rehabilitation such that they are able to provide the required services for a longer period of time. The cost for repair in most cases is far less than the cost of replacement. Moreover, repair method generally takes less time than replacement and also reduces service interruption time. Modern advanced composites have been used in aerospace and automotive fields since World War II. In the recent past, because of the high strength-to-weight ratio and high stiffness-to-weight ratio, these composite materials have been introduced to civil engineering infrastructures primarily for repair and rehabilitation of concrete structures. However, only a few preliminary studies on repair of corroded steel structures using theses composite materials are reported in the literature available in the public domain. Thus, in this study, a series of laboratory tests was undertaken to evaluate the effectiveness of this repair method using carbon fiber reinforced polymer composite. The paper discusses the test method and test results obtained from these tests.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제22권4호
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• pp.449-467
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• 2006

Most existing concrete structures in Taiwan are considered nonductile due to insufficient transverse reinforcement and poor detailing of frame elements. Such features are fairly typical for buildings constructed prior to 1997, at which time the local building code was revised based on ACI 318-95. Among these structures, many contain perimeter or partition walls made of concrete or clay brick for architectural purposes. These walls, though treated as non-structural components in common design practice, could affect the structural behavior of the buildings during an earthquake. To study the behavior of such structures under seismic load, experiments were conducted on concrete frames of various configurations to show the force-deformation relationships, damage patterns, and other characteristics of the frames. For further interest, similar units with columns jacketed by carbon-fiber-reinforced-polymer (CFRP) were also tested to illustrate the effectiveness of this technique in the retrofit of concrete frames.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제73권3호
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• pp.353-365
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• 2020

In the previous studies, the authors proposed the use of laminated veneer lumber - carbon fiber reinforced polymer (LVL-CFRP) composite beams for structural application. Bond strength of the LVL-to-CFRP interface and flexural strengthening schemes to increase the bending capacity subjected to positive and negative moment were discussed in the previous works. In this article, theoretical models are proposed to predict the moment capacity when the LVL-CFRP beams are subjected to negative moment. Two common failure modes - CFRP fracture and debonding of CFRP are considered. The non-linear model proposed for positive moment is modified for negative moment to determine the section moment capacity. For the debonding based failure, previously developed bond strength model for CFRP-to-LVL interface is implemented. The theoretical models are validated against the experimental results and then use to determine the moment-rotation behaviour and rotational rigidity to compare the efficacy of various strengthening techniques. It is found that combined use of bi- and uni-directional CFRP U-wrap at the joint performs well in terms of both moment capacity and rotational rigidity.

• 한국안전학회지
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• 제25권3호
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• pp.71-77
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• 2010

This paper presents the results of a study on flexural capacity of large size RC slabs strengthened with carbon fiber reinforced polymer(CFRP) plates. A total of 5 specimens of 6.0m length were tested in four point bending after strengthening them with externally bonded CFRP plates. The CFRP plates were bonded without prestress and with two prestress levels, 0.4% and 0.6% of CFRP plate strain. Test variables included the type of strengthening, prestressing level, and the effects according to each test variables are analysed. The experimental results show that proposed methods can increase significantly the flexural capacity such as strength, stiffness of the beam and the increase ranged between 36.2% and 63.2% of the load-carrying capacity of the control beams. The non-prestressed specimen failed by separation of the plate from the beam due to premature debonding while most of the prestressed specimens failed by CFRP plate fracture. And the cracking loads and maximum loads were increased proportionally to the prestress level.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권5호
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• pp.595-602
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• 2007

최근 CFRP (탄소섬유보강폴리머) 보강재를 이용한 콘크리트 구조물 보강이 교량 및 건축물 등에 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 교각 두부 보강에 프리스트레스가 도입된 표면매립 CFRP를 적용하였다. 적용된 공법의 효율성을 검증하기 위해 7개의 실험체를 제작하였으며, 기준 실험체, 외부 강선 보강 실험체, 탄소판 보강 실험체, 탄소 바 보강 실험체로 구성되어 있다. 보강재의 종류, 프리스트레스력의 크기를 실험 변수로 두어 실험을 하였으며, 실험 결과 프리스트레스가 도입된 표면매립 CFRP 보강 실험체의 극한강도가 기준 실험체에 비해 약 $20{\sim}33%$ 증가하는 것으로 나타났다. 또한 동일한 프리스트레스 도입량을 갖는 프리스트레스가 도입된 표면매립 CFRP 보강 실험체와 외부강선보강 실험체는 극한하중이 유사한 것으로 나타났다.

• Computers and Concrete
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• 제18권6호
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• pp.1083-1096
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• 2016

Beam-column joints are recognized as the weak points of reinforcement concrete frames. The ductility of reinforced concrete (RC) frames during severe earthquakes can be measured through the dissipation of large energy in beam-column joint. Retrofitting and rehabilitating structures through proper methods, such as carbon fiber reinforced polymer (CFRP), are required to prevent casualties that result from the collapse of earthquake-damaged structures. The main challenge of this issue is identifying the effect of CFRP on the occurrence of failure in the joint of a cross section with normal ductility. The present study evaluates the retrofitting method for a normal ductile beam-column joint using CFRP under monotonic and cyclic loads. Thus, the finite element model of a cross section with normal ductility and made of RC is developed, and CFRP is used to retrofit the joints. This study considers three beam-column joints: one with partial CFRP wrapping, one with full CFRP wrapping, and one with normal ductility. The two cases with partial and full CFRP wrapping in the beam-column joints are used to determine the effect of retrofitting with CFRP wrapping sheets on the behavior of the beam-column joint confined by such sheets. All the models are subjected to monotonic and cyclic loading. The final capacity and hysteretic results of the dynamic analysis are investigated. A comparison of the dissipation energy graphs of the three connections shows significant enhancement in the models with partial and full CFRP wrapping. An analysis of the load-displacement curves indicates that the stiffness of the specimens is enhanced by CFRP sheets. However, the models with both partial and full CFRP wrapping exhibited no considerable improvement in terms of energy dissipation and stiffness.

• 콘크리트학회논문집
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• 제23권6호
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• pp.781-790
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• 2011

이 연구는 다양한 보강상세를 갖는 CFRP(carbon fiber reinforced polymer)로 표면매립 보강된 철근콘크리트보의 보강효과에 관한 실험연구이다. 다양한 보강상세를 갖는 표면매립공법의 보강효과를 분석하기 위해 실험변수로 CFRP 보강재의 단면형상, 보강량, 매립 개수 및 위치 등의 다양한 보강상세를 적용하여 총 14개의 실험체를 제작하였다. 실험 결과, 표면매립보강의 파괴모드는 보강재 단면형상에 상관없이 보강재와 충전재가 하나로 거동하는 부착파괴 및 보강재 파단을 보였고, 홈 간격에 따라 홈 주변 콘크리트의 파괴면이 중첩되어 조기 부착파괴가 발생하는 것으로 나타났다. 등가 단면을 고려하여 부착상세를 개선한 기계적 맞물림(MI) 실험체의 파괴모드는 기존 부착파괴에서 CFRP 보강재 파단으로 개선되었고, CFRP 효율은 83%에서 100%로 향상되었다.

• Composites Research
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• 제35권2호
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• pp.115-119
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• 2022

탄소섬유의 성능은 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)과 같은 고품질 고분자 복합재료에 매우 중요하다. 이를 위해 탄소섬유 물성에 큰 영향을 주는 전구체 섬유의 기계적, 물리적, 구조적 특성을 개선할 수 있는 최적화된 방사공정과 이를 위한 적합한 전구체 공중합 고분자를 사용하는 것은 필수적이다. 본 연구에서는 메타크릴산(MAA)의 함량과 주입시간, 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오니트릴) (AIBN)의 농도를 합성공정 변수로 설정하였으며, 용액 중합법(solution polymerization)에 의해 Poly(AN-co-MAA)가 합성되었다. 305,138 g/mol의 분자량과 4.2%의 MAA 비율을 가지는 Poly(AN-co-MAA)를 N,N-디메틸포름아미드(DMF)에 16.0 wt% 농도로 용해시킨 후 기격습식방사법(dry-jet-wet spinning)으로 전구체 섬유를 제조하였다. 섬유의 인장강도는 ~1.06 GPa, 인장탄성률은 ~22.01 GPa였으며, 섬유에서의 공극 및 구조적 결함은 관찰되지 않았다.