• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권6호
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• pp.30-36
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• 2018

기존 콘크리트 구조물의 노후화 또는 지진과 같은 외부 하중에 의하여 구조물의 구조 성능이 저하되기 때문에, 기존 건물의 보수 및 보강 연구는 중요하다. 외부부착 탄소섬유 보강 공법과 같은 효율적인 보수 공법을 사용하면 경제적으로 콘크리트 구조물의 구조 성능을 높일 수 있다. 따라서 외부부착 탄소섬유를 사용한 콘크리트 부재의 실험 연구는 많이 진행되었다. 특히, 콘크리트 보를 사용한 전단 보강에 관한 연구는 탄소섬유의 양, 부착 각도, 스트립의 폭, 그리고 재료간의 상호작용에 관한 것이었다. 하지만 선행된 연구에 비하여 탄소섬유의 이 방향 레이아웃에 관한 다양한 변수 연구는 부족한 상황이다. 따라서 이 연구에서는 이 방향 레이아웃 외부부착 탄소섬유 공법을 사용하여 콘크리트 보의 전단보강 효과를 검증하였다. 이 방향 레이아웃의 보강 효과는 스터럽과의 전단 기여도, 실험체의 전단 거동과 보강 시점에 따른 최대 내력의 비교를 통하여 이루어졌다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제70권6호
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• pp.703-710
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• 2019

While fiber-reinforced plastic (FRP) materials have been largely used in the retrofitting of concrete buildings, its application has been limited because of some problems such as de-bonding of FRP layers from the concrete surface. This paper is the part of a wide experimental and analytical investigation about flexural retrofitting of reinforced concrete (RC) columns using FRP and mechanical fasteners (MF). A new generation of MF is proposed, which is applicable for retrofitting of RC columns. Furthermore, generally, to evaluate a retrofitted structure the nonlinear static and dynamic analyses are the most accurate methods to estimate the performance of a structure. In the nonlinear analysis of a structure, accurate modeling of structural elements is necessary for estimation the reasonable results. So for nonlinear analysis of a structure, modeling parameters for beams, columns, and beam-column joints are essential. According to the concentrated hinge method, which is one of the most popular nonlinear modeling methods, structural members shall be modeled using concentrated or distributed plastic hinge models using modeling parameters. The nonlinear models of members should be capable of representing the inelastic response of the component. On the other hand, in performance based design to make a decision about a structure or design a new one, numerical acceptance should be determined. Modeling parameters and numerical acceptance criteria are different for buildings of different types and for different performance levels. In this paper, a new method was proposed for FRP retrofitted columns to avoid FRP debonding. For this purpose, mechanical fasteners were used to achieve the composite behavior of FRP and concrete columns. The experimental results showed that the use of the new method proposed in this paper increased the flexural strength and lateral load capacity of the columns significantly, and a good composition of FRP and RC column was achieved. Moreover, the modeling parameters and acceptance criteria were presented, which were derived from the experimental study in order to use in nonlinear analysis and performance-based design approach.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제77권2호
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• pp.179-196
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• 2021

Experimental investigations on the seismic behaviors of the PVC-FRP Confined Reinforced Concrete (PFCRC) columns under low cyclic loading are carried out and two variable parameters including CFRP strips spacing and axial compression ratio are considered. The PFCRC column finally fails by bending and is characterized by the crushing of concrete and yielding of the longitudinal reinforcement, and the column with a high axial compression ratio is also accompanied by the cracking of the PVC tube and the fracture of CFRP strips. The hysteretic curves and skeleton curves of the columns are obtained from the experimental data. With the increase of axial compression ratio, the stiffness degradation rate accelerates and the ductility decreases. With the decrease of CFRP strips spacing, the unloading sections of the skeleton curves become steep and the ductility reduces significantly. On the basis of fiber model method, a numerical analysis approach for predicting the skeleton curves of the PFCRC columns is developed. Additionally, a simplified skeleton curve including the elastic stage, strengthening stage and unloading stage is suggested depending on the geometric drawing method. Moreover, the loading and unloading rules of the PFCRC columns are revealed by analyzing the features of the skeleton curves. The quantitative expressions that are used to predict the unloading stiffness of the specimens in each stage are proposed. Eventually, an analytical model for the PFCRC columns under low cyclic loading is established and it agrees well with test data.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권5호
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• pp.287-297
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• 2022

본 논문에서는 철계형상기억합금(Fe SMA) 스트립으로 능동구속된 콘크리트 기둥의 실험적, 해석적 연구결과를 제시한다. Fe SMA과 탄소섬유보강시트(CFRP)로 각각 구속된 콘크리트 공시체의 압축실험을 통해 형상기억합금 기반 능동구속기법의 효과성을 평가하였다. 실험결과, Fe SMA 스트립으로 구속된 콘크리트 공시체가 낮은 구속력에도 불구하고 CFRP 시트로 구속된 공시체에 비해 더 우수한 변형능력을 가지는 것으로 밝혀졌다. 실험을 통해 얻은 구속된 콘크리트의 압축거동 결과를 이용해 소성힌지 영역이 각각 Fe SMA 스트립과 CFRP 시트로 보강된 콘크리트 기둥의 유한요소모델을 구축하였다. 기존 수행된 콘크리트 기둥의 수평반복가력 실험결과를 바탕으로 구축된 기둥 모델을 검증하였고, 각각의 기둥 모델에 대한 수평반복가력 해석을 수행하였다. 해석결과, Fe SMA 스트립으로 보강된 콘크리트 기둥이 CFRP 시트로 보강된 기둥모델에 비해 변형, 에너지 소산능력 향상에 효과적임을 확인하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.379-387
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• 2017

본 연구에서는 기존 PVA 섬유보강 시멘트 복합체(fiber-reinforced cementitious composites, FRCCs) 대비 성능유지 90% 이상을 목표로 하여 자원순환형 재료를 치환한 PVA FRCCs를 제조 및 개발하고자 하였다. 자원순환형 재료를 치환한 FRCCs의 압축, 휨 및 직접인장강도 시험을 통하여 역학적 특성을 분석하였으며, 이와 더불어 FRCCs의 제조단계에서 이산화탄소($CO_2$) 배출량을 국내 외 LCI 데이터베이스를 통하여 평가하였다. 실험을 통해 역학적 특성을 평가한 결과, 자원순환형 재료의 치환율이 증가함에 따라 압축, 휨 및 직접인장강도가 감소하는 경향으로 나타났다. $CO_2$ 배출량은 물결합재비(W/B)가 높고, 플라이 애시(FA)의 치환율이 높을수록 감소하는 것으로 나타났다. FA의 치환율이 증가함에 따라 결합재 지수($B_i$) 또한 증가하여 단위 강도(1 MPa)를 발휘하기 위한 결합재의 양이 보통 포틀랜드 시멘트보다 FA가 높은 것으로 나타났다. FRCCs의 성능을 유지하기 위해 설정된 목표치와 $CO_2$ 배출량을 동시에 고려해 볼 때 W/B 45%, FA 25% 및 순환 잔골재 25%가 치환된 배합이 가장 우수한 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권5호
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• pp.611-618
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• 2008

CFRP (carbon fiber reinforced polymer) 긴장재는 PS 강연선의 부식문제를 해결하기 위해 대안으로 사용될 수 있다. CFRP 긴장재는 횡방향 압력 및 응력집중에 취약하므로 기존의 PS 강연선에 적용되는 정착시스템의 적용은 조기파괴 등으로 인하여 믿을만한 내하성능을 주지 못한다. 따라서 CFRP 긴장재를 정착하기 위한 알맞은 정착장치의 개발이 필요하다. CFRP 긴장재용 정착구의 주된 형태는 쐐기형, 부착형 및 압착형으로 구분되며 이들 형태는 CFRP 긴장재에서 발생되는 조기파단을 방지하고 국부응력을 적절히 분산시키기 위한 목적으로 개발되고 있다. 본 논문은 CFRP 긴장재를 정착시키기 위해 압착형 정착방식을 적용하여 응력집중을 완화시키기 위해 슬리브 내외경에 변단면을 적용하고, 변단면 길이에 따른 압착형 정착구의 정착성능을 고찰하였다. 실험결과 정착구의 성능은 슬리브 제원과 압착력에 크게 좌우되는 것으로 나타났고, 응력완화구간을 갖는 슬리브는 응력집중을 감소시키는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권2호
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• pp.190-198
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• 2002

본 연구에서는 폐 FRP(fiber reinforced plastics) 미분말을 잔골재 대용으로 치환한 폴리머 시멘트 모르타르의 물성을 조사하였다. 폴리머 혼화제로는 Styrene-Butadiene Rubber(SBR) 라텍스, Polyacrylic Ester(PAE) 에멀젼 및 Ethylene-Vinyl Acetate(EVA) 에멀젼을 사용하였다. 폐FRP 미분말의 치환율을 5~30 wt%, 폴리머 혼화제의 첨가량을 폴리머 시멘트비 5~20 wt%로 변화시켜 공시체를 제작하였다. 굳지 않은 폴리머 시멘트 모르타르의 물성, 경화 공시체의 흡수율, 내열수성 및 양생방법 에 따른 압축 및 휨강도를 측정하였다. 폐FRP 미분말을 치환ㆍ첨가한 폴리머 시멘트 모르타르의 압축 및 휨강도는 폐FRP 미분말의 치환량이 증가할수록 감소되었고, 폴리머 시멘트비가 증가할수록 증가되었다. 폴리머 혼화제로서 SBR 라텍스를 사용한 폴리머 시멘트 모르타르의 강도특성이 가장 우수하였고, 폴리머 시멘트 모르타르의 적정한 폴리머 시멘트비는 20wt%이었고, 폐FRP 미분말의 적정 치환량은 20wt%로 나타났다. 또한 폴리머 시멘트 모르타르는 가열양생에 의해 강도발현이 촉진되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제18권3호
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• pp.303-312
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• 2006

본 연구에서는 GFRP 보강근의 인장특성치 시험을 위한 그립 시스템의 적합성을 검증하기 위하여 캐나다 규준에서 제안하는 그립(CSA 그립), ASTM에서 제안하는 그립(ASTM 그립) 및 프리스트레싱 강연선의 정착에 일반적으로 사용되는 쐐기형 그립 등을 사용하여 GFRP 보강근에 대한 인장특성치 시험을 실시하였다. 또한, 현재 외국에서 상용화되고 있는 대표적인 2종류의 GFRP 보강근(나선형 GFRP 보강근, 모래분사형 GFRP 보강근) 및 국내에서 자체 제작한 원형 GFRP 보강근을 대상으로 하여 인장특성치 분석을 위한 시험을 실시하고 각각의 제안된 그립의 적용성 여부를 검토하였다. 본 시험에 사용된 시험편의 제작, 가력 및 측정장치의 설치 등은 CSA S806-02에서 제안하는 권고사항에 따라 실시하였다. 외국의 상용화된 GFRP 보강근에 대하여 그립의 종류를 달리하여 실시된 본 시험결과에 의하면, CSA 그립을 사용하여 시험된 GFRP 보강근의 인장강도가 가장 높은 값을 보이는 것으로 나타났다. 그러나 ASTM 그립을 사용한 시험편에서 관측되는 강도저하 현상은 CSA 그립을 사용한 시험체에 비하여 약 10% 미만인 것으로 관측되었다. 한편, CSA 그립은 제작공정이 까다로울 뿐만 아니라 재사용이 불가능하여 경제성 측면에서도 불리한 것으로 파악되었다. 따라서, 실용적인 측면에서 판단하면 GFRF 보강근의 인장시험에는 ASTM 그립이 적절할 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권5호
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• pp.57-65
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• 2022

본 연구에서는 smart ultra-high performance fiber reinforced concretes (S-UHPFRCs)의 자기감지 능력을 검증하기 위해 인장과 압축 영역에서 휨 하중에 따른 S-UHPFRCs의 전기역학적 거동을 조사하였다. 휨 하중 하에서 S-UHPFRCs의 전기저항률은 초기균열 이후 다수의 미세균열을 보이는 변형-경화 거동으로 인해 계속해서 변화된다. 압축 영역에서 S-UHPFRCs의 전기저항률은 등가 휨 응력이 증가함에 따라 976.57에서 514.05 kΩ-cm로 (47.00%) 감소하였으며, 인장 영역에서는 979.61에서 682.28 kΩ-cm로 (30.40%) 감소하였다. S-UHPFRCs의 응력 민감도 계수는 압축 영역과 인장 영역이 각각 1.709와 1.098 %/MPa이다. S-UHPFRCs의 처짐 감지 능력은 압축 영역 (30.06 %/mm)이 인장 영역 (19.72 %/mm)보다 높았다. 초기 처짐 감지 능력은 측정 영역과 관계없이 처짐 감지 능력의 약 50%로 초기 처짐에 대한 우수한 감지 능력을 가지는 것으로 확인되었다. 휨 하중 하에서 S-UHPFRCs의 자기감지 능력은 압축 영역에서 더 높았으나 S-UHPFRCs는 건설 현장에 적용할 자기 감지 재료로 충분하다.

• 한국안전학회지
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• 제28권2호
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• pp.55-59
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• 2013

The analytical model was constituted to evaluate the flexural strength of UHPFRC(ultra high performance fiber reinforced concrete) member. The analytical approach was attemped to study the effect of the joint and the result compared with the experimental study to verify the analytical model. The calculated value tends to underestimate about 23%~25% in comparison with the experimental result of the jointed test member because the bond stress between precast UHPFRC and cast-in-place UHPFRC surface is not considered in the analytical model. But in the case of the continuous test member, the analytical model provides reasonable results for the flexural strength of UHPFRC member.