• Structural Engineering and Mechanics
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• 제88권6호
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• pp.599-608
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• 2023

The present study is focused on instigation of the nonlinear mechanical behavior of reinforced concrete beams considering different types of FRP bars through nonlinear finite element simulations. To explore the impact of the FRP reinforcement type and geometry on the nonlinear mechanical behavior of reinforced beam, intensive parametric studies are carried out and discussed. Twenty models were carried out based on the finite element software (ABAQUS). The concrete damage plasticity model was considered. Four types of fiber polymer bars, CFRP, GFRP, AFRP and BFRP as longitudinal reinforcement for concrete beam were used. The validation of numerical results was confirmed by experimental as well as numerical results, then the parametric study was conducted to evaluate the effect of change in different parameters, such as bar diameter size, type of FRP bars and shear span length. All results were analyzed and discussed through, load-deflection diagram. The results showed that the use of FRP bars in rebar concrete beam improves the beam stiffness and enhance the ultimate load capacity. The load capacity enhanced in the range of (20.44-244.47%) when using different types of FRP bars. The load-carrying capacity of beams reinforced with CFRP is the highest one, beams reinforced with AFRP is higher than that reinforced with BFRP but beams reinforced with GFRP recorded the lowest load of capacity compered with other beams reinforced with FRP Bars.

• Steel and Composite Structures
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• 제45권1호
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• pp.133-145
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• 2022

Steel fiber composite bar (SFCB) is a novel type of reinforcement, which has good ductility and durability performance. Due to the unique pseudo strain hardening tensile behavior of SFCB, different flexural behavior is expected of SFCB reinforced concrete (SFCB-RC) beams from traditional steel bar reinforced concrete (S-RC) beams and FRP bar reinforced concrete (F-RC) beams. To investigate the flexural behavior of SFCB-RC beam, four points bending tests were carried out and different flexural behaviors between S/F/SFCB-RC beams were discussed. An flexural analytical model of SFCB-RC beams is proposed and proved by the current and existing experimental results. Based on the proposed model, the influence of the fiber volume ratio R of the SFCB on the flexural behavior of SFCB-RC beams is discussed. The results show that the proposed model is effective for all S/F/SFCB-RC flexural members. Fiber volume ratio R is a key parameter affecting the flexural behavior of SFCB-RC. By controlling the fiber volume ratio of SFCB reinforcements, the flexural behavior of the SFCB-RC flexural members such as bearing capacity, bending stiffness, ductility and repairability of SFCB-RC structures can be designed.

• Computers and Concrete
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• 제20권2호
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• pp.215-227
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• 2017

A finite element model (FEM) for predicting early-age behavior of reinforced concrete (RC) bridge deck slabs with fiber-reinforced polymer (FRP) bars is presented. In this model, the shrinkage profile of concrete accounted for the effect of surrounding conditions including air flow. The results of the model were verified against the experimental test results, published by the authors. The model was verified for cracking pattern, crack width and spacing, and reinforcement strains in the vicinity of the crack using different types and ratios of longitudinal reinforcement. The FEM was able to predict the experimental results within 6 to 10% error. The verified model was utilized to conduct a parametric study investigating the effect of four key parameters including reinforcement spacing, concrete cover, FRP bar type, and concrete compressive strength on the behavior of FRP-RC bridge deck slabs subjected to restrained shrinkage at early-age. It is concluded that a reinforcement ratio of 0.45% carbon FRP (CFRP) can control the early-age crack width and reinforcement strain in CFRP-RC members subjected to restrained shrinkage. Also, the results indicate that changing the bond-slippage characteristics (sand-coated and ribbed bars) or concrete cover had an insignificant effect on the early-age crack behavior of FRP-RC bridge deck slabs subjected to shrinkage. However, reducing bar spacing and concrete strength resulted in a decrease in crack width and reinforcement strain.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.313-316
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• 2008

철근 콘크리트 구조물의 철근 부식은 구조물의 성능 저하의 주요한 원인 중 하나이다. 철근 부식은 구조물의 수명을 단축시켜 막대한 유지 관리 비용을 요구하게 된다. 또한 이러한 철근의 부식은 주기적인 반복하중을 받는 교량이나 도로와 같은 구조물들의 구조적 성능저하를 가중시키는 요인이 되고 있다. 이러한 이유들로 인해 철근을 대체할 수 있는 FRP 보강근의 사용에 대한 관심이 증가하고 있다. 그러나 국내외적으로 FRP 보강근의 피로시험에 대한 연구는 전무한 실정이다. 이에 본 연구에서는 국내외로 상용화된 FRP(GFRP, CFRP) 보강근의 실제 구조물에 대한 적용가능성을 고찰하기위해 휨 보강시험체의 인장부 보강근으로 사용하여 정적 및 피로 성능을 검증하고자 한다. 본 연구에서 사용된 시험체는 ACI 440.1R-06으로 설계되었으며, CFRP 보강근으로 보강된 시험체(CR)와 GFRP 보강근으로 보강된 시험체(GR)는 과보강 단면으로 설계되었다. 정적 휨 실험을 수행한 결과, CR 시험체와 GR 시험체 모두 콘크리트 보의 상단 압축부가 파괴되는 것을 확인할 수 있었다. 피로 실험시 피로응력수준은 정적 휨 강도의 60%, 70%, 80%로 하여 실험을 수행하였다. 대부분의 시험체가 압축 파괴 양상을 보였지만 CR-60과 CR-70 시험체는 인장부 보강근의 파단으로 인한 파괴를 확인할 수 있었다. 피로 실험결과를 바탕으로 회귀분석을 통해 S-N 상관도를 적용하여 S-N 관계식을 얻을 수 있었다.

• 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.

• 콘크리트학회논문집
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• 제22권2호
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• pp.199-208
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• 2010

FRP bar를 철근 대체제로 활용하기 위해서는 설계 기준의 확립이 시급하나 국내에서는 이 소재에 대한 기초 연구가 부족한 상황이다. 그러므로 2차에 걸쳐 전단보강이 없는 18개의 FRP RC와 4개의 기존 RC 실험체의 거동을 관찰하였다. 1차 실험은 휨 파괴 거동과 사용성 항목의 계측 자료 수집을 목적으로 시작되었다. 휨파괴를 유도하기 위하여 전단배근을 강화하는 대신 그로 인한 거동의 불확실성을 배제하기 위하여 전단지간비만을 조정하여 휨파괴를 유도하고, 전단배근을 사용하지 않기로 하였다. 실험 결과 거의 모든 실험체는 전단파괴 되었으며 실험계획에 적용한 ACI 440.1R과 CSA S806의 전단 강도식이 실제와 큰 편차가 있음을 확인하였다. 1차 실험의 결과를 근거로 2차 실험에서는 전단파괴거동을 집중적으로 관찰하였다. 표준 실험체의 제원은 길이 3,300 mm폭 ${\times}$ 800 mm ${\times}$ 유효깊이 200 mm, 순지간 2,800 mm, 전단지간 1,200 mm로 전단지간비는 6.0이며, 단순지지 조건으로 4점 재하실험을 수행하였다. 검토 변수에는 콘크리트 압축강도, 보강근의 종류 및 탄성계수, 전단지간비, 유효보강비, 다발 배근의 영향, 피복두께의 영향이 포함된다.

• 한국농공학회논문집
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• 제46권5호
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• pp.69-77
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• 2004

FRP rebar has low bond performance than steel rebar. Usually, FRP rebar has about 60% of bond strength of steel rebar. Without adequate bond to concrete, the full composite action between reinforcement and concrete matrix can not be achieved. Therefore, FRP rebars must also have surface deformations that provide good bond to concrete. The purpose of this research was decided an optimum surface deformation patterns through bond test of FRP rebar. Eighteen surface deformation patterns of FRP rebar with widely different geometries were investigated. Based on the test results, we established optimum surfale deformation pattern. Bond tests were performed for three types of surface deformation patterns of FRP rebar including sand coated rebar, ribbed rebar, and wrapped and sand coated rebar that commercially available, and two types of FRP rebar including CFRP, GFRP rebars that optimum surface deformation pattern is applied. According to bond test results, FRP rebars that optimum surface deformation pattern is applied were found to have better bond strength with concrete than currently using FRP rebar.

• Earthquakes and Structures
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• 제17권2호
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• pp.205-219
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• 2019

In Peru, construction of dwellings using confined masonry walls (CM) has a high percentage of acceptance within many sectors of the population. It is estimated that only in Lima, 80% of the constructions use CM and at least 70% of these are informal constructions. This mean that they are built without proper technical advice and generally have a high seismic vulnerability. One way to reduce this vulnerability is by reinforcing the walls. However, despite the existence of some reinforcement methods in the market, not all of them can be applied massively because there are other parameters to take into account, as economical, criteria for seismic improvement, reinforcement ratio, etc. Therefore, in this paper the feasibility of using five reinforcement techniques has been studied and compared. These reinforcements are: welded mesh (WM), glass fiber reinforced polymer (GFRP), carbon fiber reinforced polymer (CFRP), steel bar wire mesh (CSM), steel reinforced grout (SRG). The Multi-Criteria Decision Making (MCDM) method can be useful to evaluate the most optimal strengthening technique for a fast, effective and massive use plan in Peru. The results of using MCDM with 10 criteria indicate that the Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) and Steel Reinforced Grout (SRG) methods are the most suitable for a massive reinforcement application in Lima.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권2호
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• pp.161-169
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• 2011

본 연구에서는, 철근 밀집 감소, 노무비 및 보수 보강비 절약, 향상된 부식 저항성, 공기 단축 등의 장점을 가지고 있는 고성능 철근으로 휨 보강된 이방향 슬래브를 제작하고 구조실험을 실시하였다. 상부 휨철근비, 기둥 인접부 휨철근의 집중배근, 강섬유 보강 콘크리트의 타설을 변수로 하여 실험하였고, 펀칭 전단강도 및 균열후 강성을 일반 철근 및 GFRP bar로 휨 보강된 슬래브의 펀칭 전단실험 결과와 비교하였다. 또한, 휨철근의 변형률 분포 및 균열제어 효과 등을 비교, 분석하였고, 휨철근비 계산을 위한 유효폭 산정 방법을 검토하였다. 고성능 철근의 사용으로 펀칭 전단강도가 향상되었고, 휨 철근량을 감소시킬 수 있었다. 기둥 인접부 휨철근의 집중배근을 통해 철근비의 감소 때문에 작아진 강성을 회복시킬 수 있었고, 훌륭한 변형률 분포 및 균열제어 효과를 나타내었다. 또한, 기둥 인접부에 대한 강섬유 보강 콘크리트의 타설은 펀칭 전단강도의 증가와 균열 제어에 탁월한 효과를 보였다. 휨철근비 산정을 위한 유효폭은 기둥면으로부터 슬래브 두께의 2배 이상으로 확대하는 것이 합리적이라 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권12호
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• pp.694-701
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• 2018

FRP-보강근 콘크리트 부재들은 FRP-보강근이 철근에 비해 낮은 탄성계수와 부착강도를 갖고 있어 철근콘크리트 부재에 비해 과도한 균열폭의 가능성이 클 수 있다. 따라서 외국의 기준들에서는 FRP-보강근 콘크리트 부재의 균열제어를 위하여 허용균열폭의 제한규정을 두고 있는데, ACI 440.1R-15 설계지침에서는 최대 보강근 간격으로 제어하는 간접적인 방법으로 제안하고 있다. 그러나 제안식은 아직까지 장기하중이 균열폭에 미치는 시간종속적인 효과를 반영하지 못하고 있다. 이에 본 연구에서는 장방형단면뿐만 아니라 T형단면의 FRP-보강근 콘크리트 보를 대상으로 장기실험을 통하여 얻어진 실험결과를 바탕으로 단면형태별 균열폭 특성을 구분하여 파악하므로 써 장기균열폭 예측모델을 제안하는데 필요한 기초자료를 제공하고자 하였다. 따라서 단면형태별로 각각 한 개씩 의 철근콘크리트 비교시험체를 포함한 4개의 장방형보와 4개의 T형 보로 구성된 총 8개의 시험체를 제작하여 시공하중의 영향을 고려한 1년간 4점 가력 장기휨실험을 수행하였다. 결과로서 시간종속적인 영향을 받는 순수장기균열폭은 철근 시험체에 비해 보강근의 탄성계수가 낮은 GFRP나 AFRP-보강근 시험체에서는 2.6~3.0배 증가하였으나 CFRP-보강근 시험체에서는 1.1~1.4배 증가에 그쳤다. 또한 즉시균열폭을 포함한 총장기균열폭은 장방형단면과 T형단면 시험체에서 평균적으로 각각 즉시균열폭의 약 2.4와 3.1배 증가를 보여주어 보수적으로 각각 2.5와 3.5의 시간종속계수를 구분하여 제안하였다.