• 콘크리트학회논문집
• /
• 제26권3호
• /
• pp.401-409
• /
• 2014

이 연구는 초고층 건물의 철근콘크리트 기둥 단면을 최적화하기 위한 알고리즘을 개발하고 이를 실제 프로젝트에 적용하는 과정에서 검증, 보완한 실용화 연구이다. 최적설계변수는 콘크리트 강도와 단면형상으로 구조엔지니어에 의해 수행된 1차적인 구조설계 결과를 바탕으로 상기 설계변수들을 순수하게 수치적 관점에서 전산최적화한 실례를 소개, 제시하는 것이 이 논문의 목적이다. 이를 위해 외부의 해석 솔버로부터 원 해석모델에서 산출한 부재 응력을 받아오고 이를 기준으로 최소 비용을 만족하는 단면형상을 찾는 전산최적설계 컴포넌트를 새롭게 개발하였다. 이를 활용하여 콘크리트 강도를 사전 가정하고 각 강도별로 1차 최적 단면형상을 산출한 다음 그 결과들을 비교 검토해 서로 다른 두 강도에 대한 단면형상이 최대한 유사한 지점에서 콘크리트 강도를 변경하는 최적설계 시나리오를 제안하였다. 이상의 프로세스는 현업 프로젝트를 수행하는 과정에서 특정 부재의 최적설계만을 위해 집중적으로 개발된 것이므로 구조적 관점에서 미시적이고 수학적 관점에 치중하였다는 한계를 가진다. 그러나 현업에의 적용을 위해 실용적 관점에서 알고리즘 및 프로세스를 강도 높게 검증, 보완한 결과물이므로 차후 발전적 적용 및 개발이 가능할 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제22권1호
• /
• pp.19-27
• /
• 2010

건축물이나 교량과 같은 RC 구조물의 경우, 다양한 유해 환경하의 재료적인 열화나 구조적 문제로 콘크리트의 노후화 및 손상이 발생하게 된다. 콘크리트의 균열이나 철근의 부식, 구조 단면의 변형 등은 구조적 안전성 저하 및 구조물 거동 특성 변화의 주요 원인이 되기도 한다. 따라서 이와 같은 콘크리트 구조물의 보수 보강을 위하여, 효과적이고 적용이 간편한 공법의 개발이 콘크리트 분야의 중요한 연구 과제 중의 하나로 인식되어 왔다. 다양한 보수 보강 기법들이 과거 수십 년 동안 개발되어 적용되고 있으며, 이중에서도 최근 FRP 복합 재료를 구조물의 외부에 접착시키는 방법을 통한 보강 방식이 많이 사용되고 있다. 이 연구는 인공 지능(AI)의 일종인 뉴로퍼지모델(ANFIS) 을 이용하여, FRP로 보강된 원주형 콘크리트 부재의 보강 효과를 분석하는데 그 목적이 있다. ANFIS 모델을 이 연구에 적용하기 위하여, 기존 연구 자료 및 실험에서 얻은 결과를 통해 학습 데이터와 시험 데이터 세트를 구축하였다. 이 연구에서 구축된 ANFIS 모델은 기존 피보강 콘크리트의 압축강도, 보강재의 두께, 보강재의 보강 겹수, 보강재의 탄성계수, 보강재의 파단강도 및 보강재와 피보강재의 체적비, 피보강재의 부재크기를 입력 자료의 파라미터로 사용하여, 압축강도, 변형률, 2차탄성계수 등을 예측하는 방식으로 활용될 수 있으며, ANFIS 모델을 통하여 예측된 결과를 기존 연구자들이 제안한 FRP 보강 콘크리트 부재의 구성 방정식과 비교할 때 더 높은 정확도로 예측이 가능함을 확인할 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제21권3호
• /
• pp.319-326
• /
• 2009

정(井)자형 H형강을 강축의 수직 방향에 대해 띠판으로 연결한 조립보를 수평버팀대로 사용하면 구조적으로 약축 방향의 세장비를 줄여 구조 효율을 높일 수 있으며 또한 이를 구조물 지하 골조의 일부로 사용하여 시공성을 개선시킬 수 있다. 이 시스템의 H형강이 서로 만나는 교차 부분에는 콘크리트가 채워지고 그 사각형 가운데는 철근콘크리트 기둥이 위치하게 된다. 보-기둥 접합부의 뚫림 전단거동은, 사변을 구속하고 있는 H형강에 의해 전단균열에 의한 방사변형이 구속되어지며, H형강이 접합부를 충분히 구속할 수 있는 경우 하중 전달이 효과적으로 이루어지고, 일반적인 경우의 뚫림 전단강도보다는 더 큰 내력을 가지게 된다. 이 현상을 확인하기 위하여 구속 여부와 기둥면에서 구속 H형강까지의 거리를 변수로 하여 실험하였다. 실험 결과는 콘크리트구조설계기준을 준용하여 얻은 식과 비교하였고, 제안된 식을 통하여 계산된 결과는 실험을 통해 얻은 뚫림 전단강도와 비슷한 결과를 나타냈다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제21권4호
• /
• pp.473-480
• /
• 2009

폴리프로필렌섬유와 강섬유를 혼입한 고강도콘크리트 기둥의 재하하중비에 따른 내화성능을 검증하기 위하 여 3기의 동일한 기둥시험체를 제작하여 각 시험체에 40%, 50%, 그리고 61%의 설계하중에 해당하는 고정압축하중을 재하한 후 ISO-834 표준내화곡선에 따라 180분간 내화시험을 실시하였다. 폭렬은 발생하지 않았으며, 표면부의 색은 분 홍색을 띤 회색으로 변했다. 시험체의 최대 연직방향 처짐은 1.5~2.2 mm로, 내화시험 중 화재로 인한 시험체의 강도손 실이 발생하지 않았으며, 설계하중의 61%이내에서 시험체의 내화성능은 영향을 받지 않았다. 깊이별 내부 콘크리트의 온도분포, 콘크리트 내부 수분 증발로 인한 온도상승이 변한 점 등 전반적으로 비재하 내화시험 결과와 매우 유사하였다. 180분 내화시험 후의 최종온도는 모서리철근이 491.4oC, 중앙철근이 329.0oC이며, 철근의 총 평균온도는 409.8oC이다. 전 반적인 온도분포의 경향은 비재하 내화시험과 매우 유사하였다. 모서리철근의 열에너지 유입량이 많기 때문에 중앙철 근과의 온도차(153.7oC)가 나타났으며, 가열 후 30~50분 사이에 온도상승추세가 변하였다. 이는 강섬유와 폴리프로필렌 섬유를 혼입한 콘크리트의 온도구배가 낮고, 철근으로의 수분이동과 내부 수분의 막힘현상, 그리고 수분의 기화열 때문이다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제24권4호
• /
• pp.72-80
• /
• 2020

이 연구의 목적은 철근콘크리트 기둥에서 외부띠철근 상세로 이용되는 갈고리 양단 135도 교차 시공 상세에 대해, 대등한 구조적 성능을 확보하면서, 동시에 시공성을 개선할 목적으로 클립형 연결장치로 띠철근 갈고리 보강하는 방법을 제시하였다. 제안한 클립형 연결장치로 결속한 띠철근의 정착거동 및 강도를 파악하기 위해 콘크리트 압축강도, 클립형 연결장치의 묻힘길이, 설치 위치를 주요 변수로 28개 인발 실험체를 제작하여 실험하였다. 실험결과, 정착강도는 콘크리트 압축강도, 띠철근 직경, 클립의 묻힘길이, 설치 위치에 관계없이 클립형 연결장치로 결속하는 경우, 표준 갈고리 상세보다 모두 높게 나타났고 표준 갈고리 상세의 정착거동과 유사한 거동을 보여주었다. 그러므로, 90도 갈고리에 클립형 연결장치로 결속하는 상세는 표준 갈고리 상세와 대등한 정착거동 및 성능을 발휘할 수 있는 것으로 평가할 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제22권4호
• /
• pp.535-546
• /
• 2010

최근 교량구조물의 증가와 더불어 차량 및 선박과 시설물 간의 충돌사고가 발생할 확률이 높아지고 있다. 특히 교량을 구성하는 상부구조와 하부구조 중에서 충돌에 의한 영향은 주로 교각 등의 하부구조가 받을 가능성이 크다. 교각에 차량 혹은 선박이 충돌하게 되면 교량 하부구조에 국부적인 손상을 유발하게 되며, 충돌사고는 훨씬 더 순간적이고 강한 물리적인 질량의 충돌을 동반할 수 있으며, 극단적인 경우 상부구조의 붕괴까지 유발할 수 있다. 그러므로 이 연구에서는 콘크리트 구조물인 교량의 교각과 같은 압축부재에 대한 설계 시 차량 등에 의한 충돌을 고려하고, 차량 충돌하중에 의한 손상지수를 정량적으로 평가하기 위해서 기존의 설계방법을 개선하고 새로운 구조물의 저항성능 평가방법을 정립하기 위하여 동적유한요소해석 프로그램인 LS-DYNA를 이용하여 교각단면, 차량의 충돌각에 따른 충격도, 축력 및 축력비, 콘크리트 강도, 주철근비와 횡방향 철근, 세장비 등을 변화시켜 케이스별 해석을 수행하였다. 이 연구 결과를 통해 콘크리트 구조물의 거동해석 및 설계기법을 Bayesian 통계방법을 이용한 만족도 곡선을 통해 충격하중을 받을 시의 성능 기반형 저항성능 평가방법을 개발하였으며, 이는 실제 충격하중에 의한 구조물의 방호성능 및 설계 시에 적절하게 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제22권3호
• /
• pp.409-417
• /
• 2010

지진에 의한 사회기반 구조물의 손상은 대형참사를 유발할 가능성이 크므로, 적절한 내진성능평가가 이루어져야한다. 특히 지진하중 하에서 구조물의 거동은 상부 하중을 지탱하는 기둥의 거동에 지배되므로 기둥에 대한 해석 및 실험을 통한 내진성능평가는 가장 핵심적인 요소이다. 현재 내진성능평가 실험의 일환으로 준정적실험, 유사동적실험, 진동대실험 등이 대표적으로 수행되고 있으며 이러한 실험을 수행 시 시험체의 크기, 실험장비 성능의 한계, 경제적인 이유 등으로 원형 구조물을 대신하여 축소모형을 통해 실험을 수행하고 있다. 이러한 축소모형실험을 위해서는 적절한 상사법칙을 적용해야 하는데, 현재 일반적으로 적용되고 있는 상사법칙은 탄성범위 내에서 유도가 되어 있기 때문에 지진하중하 구조물의 비탄성 거동을 예측하는데 무리가 있다. 또한 마이크로콘크리트를 사용한 축소모형에 대해서는 필연적으로 재료특성에 있어서 원형재료와 축소모형재료 사이에 왜곡이 발생하여 결과의 신뢰성에 영향을 주게된다. 따라서 이 연구에서는 재료의 왜곡과 비탄성 거동을 고려하여 새로운 상사법칙을 제시하였다.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제25권5호
• /
• pp.569-578
• /
• 2013

초고층 건축물의 RC 코아벽체 선행공법에서는 일반적으로 벽체와 철골보사이의 접합을 위해 강판을 벽체에 매입설치한다. 코어벽체에 설치한 매입강판에 철골보를 접합하기 위해서는 거셋플레이트(또는 단일판)을 사용하여 매입강판에 T-형으로 용접한다. 이에 용접입열에 의해서 매입강판은 열팽창과 용접변형이 발생하고 매입강판 주변 콘크리트 온도상승을 주어 구조적 안정성 평가가 필요하다. 이에, 본 연구에서는 매입강판과 거셋플레이트 사이의 용접자세(수평 및 수직자세), 콘크리트 타설후 용접시점 및 매입강판의 연단거리에 따른 매입강판 배면온도를 계측 하였다. 또한, 비정상 온도해석을 통하여 실험결과와 비교하였다. 다음으로 매입강판에 스터드앵커 접합한 후, Push-out 실험을 통한 구조성능을 조사하였다. 전단실험 결과 매입강판 용접열영향에 대해서 용접에 따른 최대하중은 14~19% 이내로 감소하였으며, 콘크리트 타설 후 용접시점에 따른 영향으로 타설 후 재령이 길수록 최대하중은 상승함을 알 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제35권2호
• /
• pp.287-297
• /
• 2015

철근콘크리트 부재의 연성을 확보하기 위하여 콘크리트구조기준에서는 철근의 최소 허용 변형률에 대한 지침을 두고 있고, EC2에서는 중립축 깊이와 유효 깊이의 비(c/d)를 제한하고 있다. 일반적으로 철근콘크리트 부재의 연성 능력은 항복변위와 극한변위의 비로서 표현되는 변위 연성도를 통해 평가하는데, 변위 연성도를 정확하게 산정하기 위해서는 항복변위와 극한변위에 대한 정립이 필수적이다. 그러나 실제 부재의 변위는 부재의 다양한 특성에 영향을 받으므로 이들 값을 정확하게 산정하는 것은 어렵다. 이 연구에서는 철근콘크리트 부재의 항복변위 및 극한변위를 휨모멘트-휨곡률 관계를 통해 직접 계산하여 변위 연성도를 산정하였다. 해석의 주요 변수는 콘크리트 압축강도, 주철근 항복강도, 주철근 비, 횡철근 간격, 축력비 및 콘크리트 극한변형률이다. 해석 결과 콘크리트 압축강도가 증가할수록 변위 연성도는 증가하였다. 반면에 주철근의 항복강도, 주철근 비, 횡철근 간격 및 축력비가 증가할수록 변위 연성도는 감소하였다. 그리고 변위 연성도는 기둥의 내진설계에 사용되는 응답수 정계수(R)의 산정에 필수적이므로 변위 연성도를 정확하게 산정하는 것이 필수적이라고 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제27권5호
• /
• pp.551-558
• /
• 2015

비정형 고층건물의 경우 편심중력하중에 의해 횡변위가 발생한다. 일반해석은 완공시점에 건물 조건을 기준으로 모든 하중을 고려하기 때문에, 시공중 부재 수직도 확보를 통해 각 단계별 보정량을 반영할 수 없어 골조자중에 의한 횡변위를 과대평가한다. 시공단계해석은 통상적인 시공과정에서 각 층마다 바닥평활도 및 기둥/벽체 수직도를 확보하는 것을 고려하여 타설이전에 발생하는 변형각을 보정하기 때문에 일반해석의 한계를 보완할 수 있다. 또한 계측을 통해 타설시점의 좌표를 설계좌표점으로 시공할 경우 각 시공단계에서 추가적인 횡변위보정(원점보정)이 가능하다. 횡변위는 고층부로 갈수록 급격히 증가하므로, 이러한 사전해석을 통해 합리적인 보정계획 수립이 가능하며, 이러한 보정에도 횡변위 관리기준를 초과하는 경우는 선보정 계획을 수립하여야 한다. 이때 사전해석의 불확실성 측면을 고려하여 선보정량을 결정하고, 실제 건물거동의 모니터링을 통해 선보정계획을 지속적으로 수정하여 건물수직도를 확보할 필요가 있다.