• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권4호
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• pp.396-402
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• 2021

철근콘크리트 휨부재 단면은 휨강도를 확보함과 동시에 연성을 확보할 수 있도록 설계되어야 한다. 설계기준에서는 연성거동을 확보하기 위해 철근비나 중립축 깊이를 제한한다. 균형철근비 보다 적은 철근량이 배치된 단면은 연성이 확보되므로 균형철근비는 이론적인 최대철근비가 된다. 그러나 너무 적은 양의 철근량이 배치된 단면은 연성 거동과 관계 없이 균열 휨모멘트를 만족하지 못하고 취성 파괴될 수 있다. 또한, 최근 들어 고강도 재료의 사용이 증가함에 따라 최소철근비로 설계된 부재의 설계도 증가하고 있다. 이에 설계기준에서는 최소철근량에 대해서도 규정하고 있다. 콘크리트구조기준(2012)에서는 최소철근량에 대하여 철근과 콘크리트 강도의 항으로 직접적으로 규정하였다. 그러나 개정된 콘크리트구조 학회기준(2017)에서는 설계 휨강도와 균열 모멘트 사이의 관계를 통해 최소철근량을 간접적으로 제시하고 있다. 이는 피복두께에 대한 영향을 반영할 수 있지만, 재료 모델에 대한 정의가 필요하다. 따라서 이 연구에서는 콘크리트구조기준(2012)과 콘크리트구조 학회기준(2017)의 최소철근량에 대한 규정을 비교 검토하고, 다양한 해석 변수를 통해 최소철근량의 변화를 검토하여 합리적인 최소철근량 검토 방안에 대하여 고찰하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제16권6호
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• pp.795-803
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• 2004

현행 구조설계기준식에서는 취성적으로 파괴하는 최소전단보강철근 파괴를 방지하기 위하여 철근콘크리트 보에 최소전단보강철근을 배근하도록 규정하고 있다. 최소전단철근비는 콘크리트의 압축강도와 함께 주인장철근비와 전단경간비에 영향을 받는다. 이 연구에서는 주인장철근비와 전단경간비가 철근콘크리트 보의 최소전단철근비에 미치는 영향을 파악하기 위하여 14개의 철근콘크리트 보를 실험하였다. 실험에 의하면 전단 여유율은 주인장철근비가 증가할수록 증가하였고, 전단경간비가 증가할수록 감소하였다. 실험 결과는 ACI 318-02 기준식과 선행 연구의 제안식과 비교되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권2호
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• pp.211-218
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• 2014

철근콘크리트 직사각형 휨 부재의 설계에서, 최소철근량은 취성파괴를 방지하기 위하여 필요하다. 콘크리트구조기준은 극한강도 설계개념을 기반으로 국내에서 일반적으로 사용되는 모델코드이다. 그러나 국토해양부에서 2012년 제정한 도로교설계기준은 한계상태설계법을 기반으로 하고 있으며, 유럽의 EN 코드와 유사하다. 따라서, 두 설계기준에서 제시된 최소철근량은 서로 다른 기원과 안전율에 근거한다. 이 연구에서 단철근 직사각형 단면의 실험체에 상기 두 기준을 적용하여 분석한 결과, EN 코드에서 제시된 최소철근량은 KCI 코드에서 제시된 최소철근량의 76%에 불과하며, 이러한 점에서 구조 설계자의 혼란을 야기한다. 이 연구에서는, KCI와 EN 코드에서 제시한 각각의 최소철근량을 보강한 9개의 직사각형 단면의 휨 실험체를 제작하고, 휨 실험을 수행하였다. 결과에서, 모든 실험체에 대하여 실험에서 측정된 공칭강도와 균열강도의 비는 각 설계식으로부터 평가된 공칭강도와 균열강도의 비에 비하여 25% 이상 큰 것으로 나타났다. 국내기준에서 규정하고 있는 최소철근비의 76%가 보강된 EN 보는 보강철근의 파단으로 파괴되었지만 연성적인 파괴거동을 나타내었다. 따라서, 유럽과 국내기준에 의하여 설계된 최소철근비로 보강된 보는 충분한 구조적 안전성과 연성을 보유하고 있는 것으로 확인되었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권6호
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• pp.35-43
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• 2017

철근콘크리트 휨부재의 최소철근비는 부재의 취성 파괴를 방지하기 중요한 설계 인자이다. 콘크리트구조기준과 도로교설계기준에서 사용되는 최소철근비는 단면의 유효 깊이 및 모멘트 팔길이에 대한 가정을 통해 산정되었다. 따라서 이 연구에서는 재료 모델과 힘의 평형 관계를 통해 합리적으로 최소철근비를 산정할 수 있는 방법을 제안하였다. 연구 결과 도로교설계기준의 포물-사각형 곡선을 통해 산정된 최소 철근비는 현재 설계 기준에 의한 최소철근비의 약 52~80% 수준으로 산정되어 경제적인 설계가 가능한 것으로 나타났다. 또한, 재료 모델을 통한 최소철근량이 배치된 부재의 연성 능력은 현재 설계 기준에 의한 값의 약 89% 수준으로 평가되었으나, 부재의 연성도는 7 이상으로 충분한 연성능력을 보였다. 따라서 제안된 포물-사각형 곡선을 통한 최소철근비는 휨부재 설계의 이론적 합리성 뿐만 아니라 안전성 및 경제성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권3호
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• pp.35-44
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• 2017

본 연구에서는 국내 콘크리트구조기준(2012)에서 규정하고 있는 최소철근량 이하로 보강된 보에 강섬유를 혼입한 강섬유보강철근콘크리트보의 휨파괴 실험을 수행하였다. 실험변수는 철근비와 강섬유의 혼입량으로 하였다. 철근보강비는 최소철근량의 44%, 66%, 78%와 100%로 하였으며, 강섬유의 혼입량은 0.25%, 0.50%, 0.75% 및 1.00%이다. 실험결과, 강섬유는 균열저항성능을 크게 개선시키는 것으로 확인되었다. 또한, 하중저항성능의 관점에서 강섬유는 항복하중의 증가에 기여하지만 극한하중의 증가에는 거의 기여하지 못하는 것을 확인하였다. 강섬유로 인한 항복하중의 증가량은 철근 감소로 인한 항복하중의 감소량에 비하여 미미한 것으로 나타났다. 최소철근보에서 강섬유의 사용은 오히려 연성을 크게 감소시키는 것으로 확인되었다. 따라서 최소철근 휨부재에 강섬유를 사용하기 위해서는 연성도 확보를 위하여 철근비를 증가시켜야 하는 것으로 확인되었다.

• Computers and Concrete
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• 제18권6호
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• pp.1175-1194
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• 2016

Nonlinear models, capable of taking into account all the phenomena involved in the cracking and in the failure of lightly reinforced concrete beams, are nowadays available for a rigorous calculation of the minimum reinforcement. To simplify the current approaches, a new procedure is proposed in this paper. Specifically, the ductility index, which is lower than zero for under-reinforced concrete beams in bending, is introduced. The results of a general model, as well as the data measured in several tests, reveal the existence of two linear relationships between ductility index, crack width, and the amount of steel reinforcement. The above relationships can be applied to a wide range of lightly reinforced concrete beams, regardless of the geometrical dimensions and of the mechanical properties of materials. Accordingly, if only a few tests are combined with this linear relationships, a new design-by-testing procedure can be used to calculate the minimum reinforcement, which guarantees both the control of cracking in service and the ductility at failure.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 1999년도 학회창립 10주년 기념 1999년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.441-444
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• 1999

The crack width of concrete structures subjected to shrinkage depend on a great number of parameters whose effects are restrain condition, the number and spacing of crack and the amounts of reinforcements. Through suitable reinforcement it is possible to make the individual cracks exceedigly small. This paper is to present the amount of reasonable reinforcement for crack control through a rational analysis of forces occuring in significantly restrained concrete structures due to the shrinkage. Also the analysis results from this paper are compared with the provisions for shrinkage and temperture reinforcement in the KCI concrete strucural design code.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제8권6호
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• pp.531-546
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• 1999

The paper presents an experimental and theoretical study on the influence of steel fibers and longitudinal tension and compression reinforcements on immediate and long-term deflections of high-strength concrete beams of 85 MPa (12,300 psi) compressive, strength. Test results of eighteen beams subjected to sustained load for 180 days show that the deflection behavior depends on the longitudinal tension and compression reinforcement ratios and fiber content; excessive amount of compression reinforcement and fibers may have an unfavorable effect on the long-term deflections. The beams having the ACI Code's minimum longitudinal tension reinforcement showed much higher time-dependent deflection to immediate deflection ratio, when compared with that of the beams having about 50 percent of the balanced tension reinforcement. The results of theoretical analysis of tested beams and those of a parametric study show that the influence of steel fibers in increasing the moment of inertia of cracked transformed sections is most pronounced in beams having small amount of longitudinal tension reinforcement.

• International Journal of Concrete Structures and Materials
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• 제18권3E호
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• pp.151-159
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• 2006

A total of 32 pullout tests were performed for the multiple headed bars relatively deeply embedded in reinforced concrete column-like members. The objective was to determine the minimum embedment depth that was necessary to safely design exterior beam-column joints using headed bars. The variables for the experiment were embedment depth of headed bar, center-to-center distance between adjacent heads, and amount of supplementary reinforcement. Regular strength concrete and grade SD420 reinforcing steel were used. The results of the test the indicated that a headed bar embedment depth of $10d_b$ was not sufficient to have relatively closely installed headed bars develop the pullout strength corresponding to the yield strength. All the experimental variables, influenced the pullout strength. The pullout strength increased with increasing embedment depth and head-to-head distance. It also increased with increasing amount of supplementary reinforcement. For a group of closely-spaced headed bars installed in a beam-column joint, it is recommended to use column ties at least 0.6% by volume, 1% or greater amount of column main bars, and an embedment depth of $13d_b$ or greater simultaneously, to guarantee the pullout strength of individual headed bars over 125% of $f_y$ and ductile load-displacement behavior.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제88권2호
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• pp.169-178
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• 2023

Lightweight aggregate concrete (LWAC) has various advantages, but it has limitations in ensuring sufficient ductility as structural members such as reinforced concrete (RC) columns due to its low confinement effect of core concrete. In particular, the confinement effect significantly decreases as the axial load increases, but studies on evaluating the ductility of RC columns at high axial loads are very limited. Therefore, this study examined the effects of concrete unit weight on the seismic performance of RC columns subjected to constant axial loads applied with different values for each specimen. The column specimens were classified into all-lightweight aggregate concrete (ALWAC), sand-lightweight aggregate concrete (SLWAC), and normal-weight concrete (NWC). The amount of transverse reinforcement was specified for all the columns to satisfy twice the minimum amount specified in the ACI 318-19 provision. Test results showed that the normalized moment capacity of the columns decreased slightly with the concrete unit weight, whereas the moment capacity of LWAC columns could be conservatively estimated based on the procedure stipulated in ACI 318-19 using an equivalent rectangular stress block. Additionally, by applying the section lamina method, the axial load level corresponding to the balanced failure decreased with the concrete unit weight. The ductility of the columns also decreased with the concrete unit weight, indicating a higher level of decline under a higher axial load level. Thus, the LWAC columns required more transverse reinforcement than their counterpart NWC columns to achieve the same ductility level. Ultimately, in order to achieve high ductility in LWAC columns subjected to an axial load of 0.5, it is recommended to design the transverse reinforcement with twice the minimum amount specified in the ACI 318-19 provision.