Lucas Mognon Santiago Prates;Felipe Piana Vendramell Ferreira;Alexandre Rossi;Carlos Humberto Martins
Steel and Composite Structures
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제46권4호
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pp.451-469
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2023
The use of precast hollow-core slabs (PCHCS) in civil construction has been increasing due to the speed of execution and reduction in the weight of flooring systems. However, in the literature there are no studies that present a finite element model (FEM) to predict the load-slip relationship behavior of pushout tests, considering headed stud shear connector and PCHCS placed at the upper flange of the downstand steel profile. Thus, the present paper aims to develop a FEM, which is based on tests to fill this gap. For this task, geometrical non-linear analyses are carried out in the ABAQUS software. The FEM is calibrated by sensitivity analyses, considering different types of analysis, the friction coefficient at the steel-concrete interface, as well as the constitutive model of the headed stud shear connector. Subsequently, a parametric study is performed to assess the influence of the number of connector lines, type of filling and height of the PCHCS. The results are compared with analytical models that predict the headed stud resistance. In total, 158 finite element models are processed. It was concluded that the dynamic implicit analysis (quasi-static) showed better convergence of the equilibrium trajectory when compared to the static analysis, such as arc-length method. The friction coefficient value of 0.5 was indicated to predict the load-slip relationship behavior of all models investigated. The headed stud shear connector rupture was verified for the constitutive model capable of representing the fracture in the stress-strain relationship. Regarding the number of connector lines, there was an average increase of 108% in the resistance of the structure for models with two lines of connectors compared to the use of only one. The type of filling of the hollow core slab that presented the best results was the partial filling. Finally, the greater the height of the PCHCS, the greater the resistance of the headed stud.
본 연구는 기존의 perfobond rib을 절곡시켜 변형시킨 형태인 corrugated rib 전단연결재의 전단강도를 평가하기 위하여 push-out 실험을 통하여 기존의 전단연결재인 stud, perfobond rib 전단연결재와 비교하였다. Corrugated rib 전단연결재의 전단강도에 기여하는 요인인 홀의 유무, 관통철근의 유무, 파형의 파고, rib의 높이 등을 고려하여 총 12본의 push-out 시험체를 제작하였다. 실험결과 corrugated rib 전단연결재 시험체는 콘크리트 슬래브의 지압성 파괴에 의하여 파괴 모드가 결정되었으며, 용접부의 파괴는 발생하지 않았다. 또한 corrugated rib 전단연결재가 perfobond rib 전단연결재보다 최대 96%의 전단저항 성능이 향상됨을 확인하였고, 관통철근의 배근유무에 따라 48%의 전단강도가 증가하는 것으로 나타났다. Corrugated rib 전단연결재의 홀 및 관통철근에 의해 콘크리트 다웰 효과가 증가되었으며, 파형의 파고 및 rib의 높이가 증가할수록 콘크리트 지압저항 영역의 증가로 인하여 전단강도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구의 목적은 3종의 자가부식 프라이머(Clearfil SE Bond, AdheSE, Tyrian) 사용시 상아질계면의 접촉각 및 미세인장결합강도를 측정하는 것이다. 연마된 상아질 표면에 3종의 자가부식 프라이머를 각각 적용한 후 접촉각을 측정하였으며 (n=30), One-way ANOVA를 사용하여 통계처리하였다. 미세인장결합강도측정을 위해서는 상아질 표면에 3종의 자가부식 프라이머 및 상아질 접착제를 각각 적용한 후 광중합 복합레진 (Z 250)을 5mm 두께로 쌓아 올렸다. 그 후 각 시편을 결합계면에 수직으로 분할한 뒤 (n=45) universal testing machine을 사용하여 미세인장강도를 측정하였고, Kruskal-Wallis test를 통하여 통계처리하였다. 접촉각 측정결과, AdheSE, Clearfil SE Bond, Tyrian 순으로 높은 접촉각을 보였으며 각 군간 통계적 유의성 있는 차이를 보였다 (p<0.05). 미세인장결합강도 측정결과 Clearfil SE Bond군과 AdheSE군은 유의성 있는 차이를 보이지 않았으며, Tyrian군은 Clearfil SE Bond 군이나 AdheSE 군에 비해 유의성 있게 작은 미세인장결합강도를 보였다.
이 연구의 목적은 전형적인 우식제거(bur)와 기계화학적으로 제거된 상아질($Carisolv^{TM}$)의 microtensile bonding strength를 비교하는 것이다. 다음과 같은 결합 system이 사용되었다; AB: All Bond 2(3M, USA), PB: Prime & Bond 2.1(Dentsply, DE), AQ: AQ Bond(sun medical, Japan). 교합면 우식증을 가지고 있는 42개의 사람 대구치를 6개 그룹으로 나누었다. 각각의 그룹은 다음과 같이 나누었다; $Carisolv^{TM}$를 적용한 그룹 A, B, C와 bur를 사용한 그룹 D, E, F, A와 D 그룹에서는 AB가 상아질 결합제로 사용하였고, 그룹 B, E는 PB를 그룹 C, F는 AQ를 사용하였다. 그 후 와동은 복합레진(Z-100)으로 충전하였다. 각각의 시편을 0.7 mm 두께로 자르고 0.7 mm의 넓이로 다시 잘랐다. Microtensile bonding strength test는 $0.5\;mm/min^{-1}$의 crosshead에서 시행하여 파절면을 scanning electron microscope(JSM-6400, Jeol, Japan)로 관찰하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. $Carisolv^{TM}$로 우식을 제거했을 때 Microtensile bonding strength는 bur를 사용한 것에 비해서 75.8-80%로 감소하였다(p<0.05). 2. $Carisolv^{TM}$로 우식을 제거했을 때 Microtensile bonding strength가 감소된 정도는 상아질 결합제의 종류에 따라 각 군별로 차이가 없었다(p<0.05). 3. $Carisolv^{TM}$로 우식을 제거했을 때 All bonds는 32.6 MPa, Prime & bond는 30.1 Mpa, AQ bond는 21.2 Mpa이었다. 4. Bur와 $Carisolv^{TM}$로 우식제거시 AQ bond는 All bond와 Prime & bond 2.1보다 유의하게 낮은 결합강도를 가졌다(p<0.01).
프리캐스트 콘크리트 바닥판 교량의 적용이 2거더 교량이나 개구제형 강박스 교량으로 확대되고 있다. 소수거더교에 프리캐스트 바닥판 교량의 적용에서 가장 어려운 점은 완전합성을 확보하기 위해 필요한 전단연결재의 배치이다. 좁은 영역에 많은 연결재를 배치해야 하기 때문에 프리캐스트 바닥판의 단면 손실이 커서 철근의 배치가 어렵게 된다. 이 논문에서는 현재 설계 기준에서 제시하고 있는 스터드 전단연결재의 최소 간격보다 좁은 연결재 간격을 가질 경우의 극한 강도 특성을 정적 실험을 통해 평가하였다. 실험결과로부터 최소 간격보다 좁은 간격으로 배치할 경우에 현재의 설계기준 강도보다 낮은 극한 강도를 발현하는 것으로 나타났고 프리캐스트 슬래브의 보강 혹은 포켓부의 부분보강의 효과로 인해 강도 증진이 나타났다. 그룹 스터드 전단연결부의 설계는 연결재 전단강도와 콘크리트 슬래브의 강도의 상대적인 비로부터 파괴모드를 예측하고 연결재 파괴를 유도할 수 있도록 이루어져야 한다. 실험결과로부터 스터드 간격을 고려한 그룹 스터드 전단연결부의 극한강도에 대한 경험식을 제안하였다. 피로실험을 수행한 결과로부터 이 연구의 실험범위내에서는 그룹스터드 전단연결부의 피로강도 감소가 나타나지 않는 것으로 밝혀졌다. 연구결과를 활용하여 프리캐스트 바닥판의 상세를 개선하였다.
인구 및 기술의 변화속도가 빠른 현재 상황에서 장수명주택인증은 건물의 물리적 및 기능적 수명 연장 견인책이다. 장수명주택 인증요건인 가변성과 수리용이성은 인필요소를 구조와 구분하여 교체 및 변경하도록 유도한다. 이러한 방식은 공업화주택의 특징과도 부합하여 설계 및 시공방법의 변화로 두 가지 주택 유형은 함께 활성화될 수 있을 것이다. 본 연구에서는 이러한 특징을 고려하여 OSC공법을 활용한 공동주택 모델이 장수명주택 인증기준을 충족하도록 계획하였다. 이러한 결과로 평면가변성 및 설비배관의 설치방법, 화장실 공사 방법 등을 습식 공법과는 다른 방식을 적용하여 제시하였다. 가변형 평면은 22m2와 46m2의 두 가지 타입 평면을 확장하여 69m2평면을 만드는 세대통합방법 그리고 가변 가능한 건식패널 벽체를 활용하여 69m2평면을 여러 가지로 계획하는 방법을 제안했다. 이러한 가변성은 9m×10.5m 스팬의 강콘크리트 합성구조 및 일체형 슬래브로 SI시스템 중 서포트 부분을 구성하고 비내력 외벽 및 내벽, 배관 등을 인필부분으로 구분하여 건축구성재를 부품화하는 방식으로 만들 수 있다. 이러한 서포트와 인필 분리 만으로도 시공법과 관련된 기준을 상당부분 충족할 수 있다. 현재 인필요소를 교체 용이하게 하는 기술은 탄소저감 등에서 국가에 편익이 증가할 수 있으므로 활성화를 위해 세제혜택 등의 인센티브 도입을 검토할 필요가 있다.
본 연구의 목적은 두 가지 실험용 소수성 상아질 접착제와 전통적인 3-step 상아질 접착제의 nanoleakage 양상을 load cycling 전, 후에 비교하여 상아질 접착제의 내구성을 예측해 보고자 하는 것이다. 두 가지 실험용 소수성 상아질 접착제 즉, 에탄을 포함 상아질 접착제, 메탄을 포함 상아질 접착제를 만들었다. 대구치 30개의 치관부 3분의 1을 절단하고 임의로 3군으로 나누어 각각 Scotchbond Multi-Purpose (3M ESPE, St. Paul, MN, USA), 에탄올 포함 상아질 접착제 및 메탄을 포함 상아질 접착제를 사용하여 상아질 접착 후, 복합레진으로 치관부를 수복하였다. 각각의 접착 시스템을 Load cycling 여부에 따라 두 군으로 나누고 각각의 치아를 접착 계면에 수직으로, 약 2.0 mm의 두께가 되도록 절단하여 치아마다 2개의 시편을 얻어 각 군 당10개의 시편을 얻었다. 시편을 50 % ammoniacal silver nitrate를 이용하여 염색한 후 주사전자현미경을 이용하여 혼성층의 nanoleakage를 관찰하였다. 은 침착의 분포는 image analysis software (Scion Image Beta 4.03, Scion Corp., Frederick, MD, USA)를 이용하여 gray value로 계산하였고 이 원분산 분석법으로 통계처리 하였다. 3종의 상아질 접착제에서 모두 nanoleakage가 관찰되었으나, 에탄올 포함 상아질 접착제와 메탄을 포함 상아질 접착제에서 Scotchbond Multi-Purpose 보다 적은 양의 nanoleakage 가 관찰되었다 (p < .0001). 각각의 상아질 접착제에서 load cycling에 따른 nanoleakage 양상의 변화는 관찰되지 않았다. 이상의 결과에서 친수성기를 줄이고 소수성기를 극대화 한 실험용 상아질 접착제가 접착 계면의 내구성 향상에 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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