• International Journal of Concrete Structures and Materials
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• 제11권2호
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• pp.327-341
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• 2017

Openings in slabs are usually required for many different applications such as aeriation ducts and air conditioning. Opening in concrete slabs due to cutouts significantly decrease the member stiffness. There are different techniques to strengthen slabs with opening cutouts. This study presents experimental and numerical investigations on the use of Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) as strengthening material to strengthen and restore the load carrying capacity of R.C. slabs after having cutout in the hogging moment region. The experimental program consisted of testing five (oneway spanning R.C. flat slabs) with overhang. All slabs were prismatic, rectangular in cross-section and nominally 2000 mm long, 1000 mm width, and 100 mm thickness with a clear span (distance between supports) of 1200 mm and the overhang length is 700 mm. All slabs were loaded up to 30 kN (45% of ultimate load for reference slab, before yielding of the longitudinal reinforcement), then the load was kept constant during cutting concrete and steel bars (producing cut out). After that operation, slabs were loaded till failure. An analytical study using finite element analysis (FEA) is performed using the commercial software ANSYS. The FEA has been validated and calibrated using the experimental results. The FE model was found to be in a good agreement with the experimental results. The investigated key parameters were slab aspect ratio for the opening ratios of [1:1, 2:1], CFRP layers and the laminates widths, positions for cutouts and the CFRP configurations around cutouts.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제56권6호
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• pp.899-916
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• 2015

Upgrading or strengthening of existing reinforced concrete (RC) infrastructure is an emerging demand nowadays. Near Surface Mounted (NSM) technique is very promising approach for flexural strengthening of RC members. However, premature failure such as concrete cover separation failure have been a main concern in utilizing this technique. In this study, U-wrap end anchorage with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) fabrics is proposed to eliminate the concrete cover separation failure. Experimental programs were conducted to the consequence of U-wrap end anchorage on the flexurally strengthened RC beams with NSM-steel. A total of eight RC rectangular beam specimens were tested. One specimen was kept unstrengthened as a reference; three specimens were strengthened with NSM-steel bars and the remaining four specimens were strengthened with NSM-steel bars and U-wrap end anchorage using CFRP fabrics. A 3D non-linear finite element model (FEM) was developed to simulate the flexural response of the tested specimens. It is revealed that NSM-steel (with and without end-anchors) significantly improved the flexural strength; moreover decreased deflection and strains compared with reference specimen. Furthermore, NSM-steel with end anchorage strengthened specimens revealed the greater flexural strength and improve failure modes (premature to flexure) compared with the NSM-steel without end anchorage specimens. The results also ensured that the U-wrap end anchorage completely eliminate the concrete cover separation failure.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제12권3호
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• pp.71-83
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• 2008

본 논문에서는 비접촉 손상검출기법으로 관심의 대상이 되고 있는 열화상 기법의 기본 원리, 활용 예, 제한 사항 등을 국내외 주요 연구성과를 분석하고 정리하였다. 콘크리트 구조물의 내부 결함 진단, 내부 철근 부식 측정과 콘크리트 구조물 표면과 섬유 보강 시트 사이의 비부착 검출, 포장도로의 표면 결함 검출, 오래된 건물의 표면 누수 측정, 철도 트랙 자갈의 상태 측정 등을 최근 연구결과 중심으로 광범위하게 검토하였고 최근에 보고된 실험결과도 제시하였다. 검토 결과, 열화상 기법은 광범위한 형태의 토목 구조물의 넓은 표면을 빠르게 정성적으로 검사할 수 있는 장점을 가지고 있는 것으로 확인되었다. 반면, 정량적 기법은 주변 온도 등 환경 요인에 민감하게 영향을 받는 것으로 판단되었으며, 다른 정밀계측장비와 혼용시 좋은 성과를 기대할 수 있을 것으로 예측된다.

• 한국건축시공학회지
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• 제8권2호
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• pp.113-119
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• 2008

Recently, fiber reinforced polymers(FRP) composite materials are used extensively in the rehabilitation of concrete structural members. A main application is to wrap beams and columns using the continuous fibers sheets to improve their strength and ductility. The corner chamfering affects significantly the performance of the continuous fibers sheets, and could lead to environmental problem with waste and dust. The main purpose of this paper is to verify the effect of corner conditions on the strength of the continuous fiber sheets, and to introduce new attached components which can avoid environmental problem. A total of 15 specimens were tested and carefully checked for three types of continuous fiber sheets(carbon, glass, and aramid) and three types of corner conditions(non-chamfering, chamfering, and device attaching). It is proved that the devices proposed in this research have some capabilities to use for RC member. But additional research will be needed for commercializing.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제12권3호
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• pp.93-100
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• 2008

혹독한 자연환경하에서의 구조물의 내구성이 주요한 관심사도 대두되면서 건설분야에서 섬유강화폴리머의 사용이 점차 증가하고 있는 추세이다. 본 연구에서는 FRP bar를 휨부재의 휨보강근으로서의 적용가능성을 평가하기 위하여 휨실험을 수행하였다. 탄소섬유, 유리섬유 및 탄소와 유리섬유를 혼합한 hybrid 섬유 보강근을 사용하여 보강량을 변화시킨 12개의 실험체를 제작하여 실험을 수행하였으며, 그결과는 파괴형태, 모멘트-변위, 휨강도, 연성지수 및 단면에서의 변형율분포 등에 대하여 분석하였다. 실험결과는 ACI 기준에 제시된 모델과 비교하였으며, 전체적으로 보의 휨강도는 강도설계이론에 의한 결과와 거의 유사한 것으로 나타났다. 그러나 처짐의 경우에는 유리섬유의 경우는 이론이 과대평가 되었으며, 탄소섬유는 과소평가되는 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제3권2호
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• pp.199-204
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• 1999

최근에 복합재료는 콘크리트, 집성보와 같은 기존의 구조재를 보강하여 성능을 향상시킬 목적으로 적용되고 있다. 특히, 대규모의 집성보 구조물은 춤이 큰 부재를 필요로 하는데 섬유보강판을 이용하여 보의 상하부를 보강하면 춤을 크게 하지 않고도 보의 강도와 강성을 증가시킬 수 있다. 본 연구에서는 집성보에 유리섬유보강 플라스틱판(GFRP)을 붙여 스팬 중앙에 집중하중을 가한 휨실험을 수행하였고 실험결과를 층간이론을 이용한 수치해석법과 비교하였다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.1009-1012
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• 2008

섬유복합재료의 우수한 인장 성능은 섬유가 매트릭스의 균열 면에서 가교작용을 함으로써 발현되기 때문에 섬유의 분산성이 복합재료의 성능에 결정적인 영향을 미치게 된다. 그러나 PVA(Polyvinyl alcohol) 섬유를 보강 섬유로 사용하는 섬유복합재료의 경우 PVA 섬유와 매트릭스 사이의 낮은 명암비와 PVA의 비전도성 특징으로 인하여 섬유의 위치 및 분포 특성을 정량적으로 평가히는 방법은 연구가 미흡한 실정이다. 이 연구에서는 PVA 섬유를 보강 섬유로 사용하는 섬유 복합재료의 섬유 분포 특성 등을 평가할 때 가장 중요한 과정인 섬유의 검출에 대하여 검출 성능을 향상 시킬 수 있는 알고리즘을 제시하였다. 제안한 알고리즘은 형광 현미경을 사용하여 얻은 섬유 이미지를 유형별로 분류하고, 분류된 분류된 섬유 이미지의 특성에 따라 분수령 알고리즘(watershed algorithm)과 형태학적 재구성(morphological reconstruction)을 이용하여 보다 정확히 섬유를 검출하는 과정으로 구성된다. 이 과정에서 섬유 이미지를 총 5가지 유형으로 분류하였으며, 인공신경회로망을 분류기로 구축하였다. 또한 구축한 분류기를 통해 분류된 5가지 섬유 이미지 유형 중에서 잘못 검출된 섬유이미지를 분수령 알고리즘과 형태학적 재구성을 통하여 섬유를 정확히 검출할 수 있는 기법을 제안하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제12권1호
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• pp.193-202
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• 2008

본 논문은 분사식 FRP의 압축 구속효과와 휨 보강 효과 및 분사식 FRP의 반발률에 대한 실험적 연구이다. 분사식 FRP란 레진과 짧게 잘려진 섬유를 고압의 공기에 의해 적용면에 분사하여 보강하는 기법이다. 분사식 FRP의 구속 및 휨 보강 효과를 알아보기 위하여 원주형 공시체와 휨 공시체를 제작하여 FRP를 분사하여 보강하였고, 보강 재료로 유리섬유와 폴리에스테르 수지를 사용하였다. 최적의 보강 조건을 알기 위해 섬유 길이, 보강 두께, 섬유 혼입비, 콘크리트 강도에 따른 실험을 실시하였고, 분사식 FRP 보강법을 섬유 매트에 의한 보강법과 비교하였다. 또한, 분사식 FRP의 반발률 역시 평가하였다. 실험을 통하여 분사식 FRP의 최적 조건을 결정하였다. 본 연구의 분사식 FRP 보강은 유리 섬유 매트에 의한 보강법 이상의 성능을 발휘하였다.

• Interaction and multiscale mechanics
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• 제4권4호
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• pp.257-271
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• 2011

The analysis of interfacial stresses in structural component has been the subject of several investigations but it still requires more effort and studies. In this study a general three-dimensional interface element has been formulated for stress and displacement analyses in the interfacial area between two adjacent plate bending element and brick element. Interface element has 16 nodes with 5 degrees of freedom (DOF) in each node adjacent to plate bending element and 3 DOF in each node adjacent to brick element. The interface element has ability to transfer three translations from each side of interface element and two rotations in the side adjacent to the plate element. Stiffness matrix of this element was formulated and implemented in three-dimensional finite element code. Application of this element to the reinforced concrete (RC) beam strengthened with fiber reinforced polymer (FRP) including variation of deflection, slip between plate and concrete, normal and shear stresses distributions in FRP plates have been verified using experimental and numerical work of strengthened RC beams carried out by some researchers. The results show that this interface element is effective and can be used for structural component with these types of interface elements.

• Computers and Concrete
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• 제8권6호
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• pp.717-733
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• 2011

Strengthening of reinforced concrete (RC) members against shear that is one of the failure modes especially avoided by using carbon fiber reinforced polymer (CFRP) is widely used technique, which is studied at many experimental studies. However, conducting experimental studies are required more financial resources and laboratory facilities. In addition, along with financial resources, more time is needed in order to carry out comprehensive experimental studies. For these reasons, a verified finite element model that is tested with previous experimental studies can be used for reaching generalized results and investigating parameters that are not studied. For this purpose, previous experimental study results are used and "T" cross-sectioned RC beams strengthened with CFRP strips with insufficient shear strength are modeled by using ANSYS software. First, finite elements modeling of the previously tested RC beams are done, and then the computed results are compared with the experimental ones whether they are matched or not. As a result, the finite element model is verified. Later, analyses of the cases without any test results are done by using the verified model. Optimum CFRP strip spacing is determined with this verified finite element model, and compared with the experimental findings.