• Earthquakes and Structures
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• 제20권1호
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• pp.123-132
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• 2021

Deficient beam-column joints of reinforced concrete (RC) structures designed to older practices and codes often lead to destructive local or global failures. A strengthening technique for these joints based on the use of the new and innovative Carbon-FRP (C-FRP) ropes is presented and investigated. The C-FRP ropes are diagonally placed in superficial notches on the two sides of the joint. Two full scale external substandard joint subassemblages with the same characteristics, one unstrengthened and one strengthened with diagonally applied C-FRP ropes, are constructed and tested in cyclic loading. Special attention has been given to the elaboration of the acquired test measurements. The extracted conclusions are based on the comparative study of the hysteretic responses of the specimens, the observed maximum load envelopes, the comparisons of the joint body shear deformations as measured using diagonally mounted LVTDs, the calculated nominal principal stresses developed in the joint regions, the assessed joint damage as expressed by the damage index by Park and Ang and finally the calculated values of the equivalent damping ratio. From these comparisons it is concluded that application of diagonally mounted C-FRP ropes on the two sides of the joint body of exterior connections is an efficient easy-to-apply technique for the strengthening of substandard RC joints.

• Earthquakes and Structures
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• 제6권1호
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• pp.89-110
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• 2014

Nonlinear dynamic analyses are carried out to investigate the influence of the pinching hysteretic response of the exterior RC beam-column joints on the seismic behavior of multistory RC frame structures. The effect of the pinching on the local and global mechanisms of an 8-storey bare frame and an 8-storey pilotis type frame structure is evaluated. Further, an experimental data bank extracted from literature is used to acquire experimental experience of the range of the real levels that have to be considered for the pinching effect on the hysteretic response of the joints. Thus, three different cases for the hysteretic response of the joints are considered: (a) joints with strength and stiffness degradation characteristics but without pinching effect, (b) joints with strength degradation, stiffness degradation and low pinching effect and (c) joints with strength degradation, stiffness degradation and high pinching effect. For the simulation of the beam-column joints a special-purpose rotational spring element that incorporates the examined hysteretic options developed by the authors and implemented in a well-known nonlinear dynamic analysis program is employed for the analysis of the structural systems. The results of this study indicate that the effect of pinching on the local and global responses of the examined cases is not really significant at early stages of the seismic loading and especially in the cases when strength degradation in the core of exterior joint has occurred. Nevertheless in the cases when strength degradation does not occur in the joints the pinching may increase the demands for ductility and become critical for the columns at the base floor of the frame structures. Finally, as it was expected the ability for energy absorption was reduced due to pinching effect.

• 콘크리트학회논문집
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• 제23권5호
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• pp.591-601
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• 2011

보 휨 철근으로 600 MPa 철근을 사용한 콘크리트 보-기둥 접합부의 내진성능을 평가하기 위하여 실험 연구를 수행하였다. 세 개의 내부 보-기둥 접합부 실험체와 두 개의 외부 보-기둥 접합부 실험체를 주기하중 하에서 실험하였다. 실험체는 현행 기준에 따라 특수 모멘트 골조로 설계하였다. 600 MPa 철근을 사용한 실험체의 구조 성능을 400 MPa 철근을 사용한 실험체의 구조 성능과 비교하였다. 실험 결과 600 MPa 철근을 사용한 실험체에서 보-기둥 접합부에서 부착 미끄러짐이 증가하였으나, 하중 재하 능력과 변형 능력, 에너지 소산 능력이 우수한 것으로 나타났다.

• Earthquakes and Structures
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• 제19권6호
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• pp.485-498
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• 2020

Non-ductile detailing of Reinforced Concrete (RC) frames may lead to structural failure when the structure is subjected to earthquake response. These designs are generally encountered in older RC frames constructed prior to the introduction of the ductility aspect. The failure observed in the beam-column joints (BCJs) and accompanied by excessive column damage. This work examines the seismic performance and failure mode of non-ductile designed RC columns and exterior BCJs. The design was based on the actual building in Tainan City, Taiwan, that collapsed due to the 2016 Meinong earthquake. Hence, an experimental investigation using cyclic testing was performed on two columns and two BCJ specimens scaled down to 50%. The experiment resulted in a poor response in both specimens. Excessive cracks and their propagation due to the incursion of the lateral loads could be observed close to the top and bottom of the specimens. Joint shear failure appeared in the joints. The ductility of the member was below the desired value of 4. This is the minimum number required to survive an earthquake with a similar magnitude to that of El Centro. The evidence provides an understanding of the seismic failure of poorly detailed RC frame structures.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제19권2호
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• pp.160-169
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• 2015

이 연구에서는 순환굵은골재와 고로슬래그미분말을 치환한 콘크리트를 철근콘크리트 외부 보-기둥 접합부의 위험단면영역에 하이브리드 섬유 (PVA섬유+강섬유)를 적용한 외부 보-기둥 접합부 실험체를 7개 제작하여 실험을 수행하여 내진성능을 평가하였다. 이 연구의 실험결과를 근거로 다음과 같은 결론을 얻었다. 철근콘크리트 보-기둥 접합부의 접합부 영역에 하이브리드섬유를 보강한 결과 초기 재하시 접합부 영역의 균열억제 효과와 재하 전 과정을 통하여 하이브리드섬유의 가교역할로 인하여 균열억제 효과가 커서 안정적인 파괴형태 및 내력향상 효과를 나타내었다. 철근콘크리트 보-기둥 접합부영역에 하이브리드섬유를 보강한 실험체 BCJGPSR 시리즈는 표준실험체 BCJS와 비교하여 최대내력은 1.01~1.04배 증가하였다. 그리고 에너지 소산능력은 1.06~1.29배 증가하였다. 또한 하이브리드섬유 (강섬유+PVA섬유)를 보강한 실험체 $BSJGPSR_1$은 최대강도를 확보한 변위연성 9에서 실험체 BCJS, BCJP, BCJGPR 시리즈 보다 에너지 소산능력이 1.33~1.65배 증가한 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권5호
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• pp.734-741
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• 2002

중앙부 철골조와 단부 RC조로 이루어진 혼합구조보인 RS 보와 RC 기둥으로 이루어진 접합부의 비탄성 거동 및 내진성능을 구명하기 위하여 반복가력에 의한 접합부 실험을 진행하였다. 본 연구는 RC-RS 접합부의 모멘트비를 변수로 하여 두 개의 내부접합부와 한 개의 외부접합부 등 총 3개의 시험체를 제작하여 실험을 진행하였다. 실험결과, 강도와 연성능력은 충분히 발휘하였으나, 접합부의 강성은 부족한 결과를 나타내었다. 이는 RS 보를 구성하는 철골보와 RC 보를 연결하는 강재매입구간에서의 철골 보의 미끄러짐에 의한 변위의 증가로 인하여 강성의 저하가 발생한 것으로 판단된다. 또한 Hawkins의 제안안에 의한RC-RS 접합부의 내진성능을 평가해 본 결과, 접합부의 초기강성의 부족으로 부재각 0.5 %에서의 공칭강도의 발현은 만족하지 못하였으나, 그외의 내진성능 평가지표인 강도유지능력, 상대 에너지소산비 및 종국후 초기강성비나 초기강도비 등의 측면에서는 우수한 능력을 발휘하였다. 따라서 구조물에서 RC-RS 접합부를 적용할 경우, RC 코어 월과 같은 초기 횡 강성을 보완할 수 있는 적절한 구조시스템과 병행하여 적용하면 강진지역의 구조물에도 충분히 적용이 가능하다고 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권3호
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• pp.40-48
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• 2014

본 연구에서는 기존 철근콘크리트 건물의 보-기둥 접합부의 내진성능의 개선을 위해 보-기둥 접합부 영역을 FRP보강재(매입형 CFRP Rod, CFRP시트)를 사용하여 보강한 후 내진성능을 평가하였다. 총 6개의 실험체를 제작하고 실험을 수행하여 내진성능을 평가하였으며, 본 연구의 실험결과를 근거로 다음과 같은 결론을 얻었다. 기존 철근콘크리트 보-기둥 접합부의 접합부 영역을 보강한 결과, 초기 재하시 접합부 영역의 균열억제 효과와 재하 전 과정을 통하여 보강재의 구속효과로 인하여 균열억제 효과가 커서 안정적인 파괴형태 및 내력향상 효과를 나타내었다. 매입형 CFRP Rod와 CFRP시트를 활용한 RC 외부 보-기둥 접합부 실험체 RBCJ-SRC2는 표준실험체 RBCJ와 비교하여 변위연성4, 7에서 각각 최대 내력은 1.97배, 에너지소산능력은 2.08배 증가하였다. 또한, 실험체 RBCJ-SR시리즈와 비교하여 최대내력이 1.09~1.11배 증가하였다. 그리고 실험체 RBCJ-CS, RBCJ-SR시리즈, RBCJ-SRC2는 변위연성 5, 6에서 표준실험체 RBCJ 보다 에너지소산능력이 1.10~2.30배 증가하였다. 그리고 에너지소산능력은 변위연성 4에서 13.0~14.4% 증가하였다.

• 콘크리트학회지
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• 제11권1호
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• pp.109-118
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• 1999

국내에서는 1988년부터 내진 규준이 시행되었으며, 따라서 그 이전에 지어진 저층 철근콘크리트 건물들은 내진 규준이 적용되지 않고 단지 축하중만을 고려하여 설계되었다. 그러므로 약한 지진이 발생하여도 이러한 건물들은 심한 피해를 입을 수 있다. 본 논문에서는, 내진 규준이 시행되기 이전에 지어진 비내진 저층 철근콘크리트 모멘트 저항 골조의 지진 발생시 거동과 피해를 알아보기 위하여, 실제 존재하는 비내진 건물 중 3층 철근콘크리트 라멘조 공공청사 건물의 외부 적합부를 교차보가 있는 것과 없는 것의 2종류를 1/2의 실물크기로 제작하고, 횡방향 변위 제어로 반복하중을 가하여 실험을 수행하였다. 비내진 접합부의 가장 큰 특징은 적합부내의 횡보강근이 없다는 것이다. 실험을 통하여 균열의 형태, 강도${\cdot}$강성의 저하, 에너지 소산 그리고 기둥과 보 부재의 철근 미끄러짐을 조사하였다. 국내에서 규정하고 있는 최대지반가속도인 0.12g크기의 횡방향 하중을 가력하였을 경우에는 균열이 발생하지 않았으나, 횡방향 하중을 0.12g이상으로 증가할수록 교차보가 없는 외부접합부에서 전단균열이 발생하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제23권6호
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• pp.711-722
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• 2011

횡보강근이 적게 포함된 보통강도 철근콘크리트 보-기둥 접합부에서 강섬유의 보강효과에 관한 실험적 연구를 진행하였다. 이를 규명하기 위해 총 10개의 접합부 실험체를 제작하였으며, 접합부 횡보강근량과 강섬유 혼입률($V_f$ = 0%, 1%, 1.5%)을 주요변수로 실험하였다. 실험은 총 19싸이클의 반복주기하중의 형태로 가력되었으며 각 싸이클의 반복회수는 2싸이클씩 준정적 지진하중의 형태로 적용되었다. 실험 결과를 통해 보통 강도 철근콘크리트 보-기둥 접합부에 강섬유를 보강함으로써 횡보강근 감소에 따른 피해정도를 어느 정도 줄일 수 있다는 결론을 얻었고, 또한 강섬유 보강으로 접합부 전단강도를 증가시킬 수 있고 동시에 에너지소산능력을 향상시킬 수 있다는 결론을 도출하였다. 보다 정량적인 평가를 위해 이 연구의 시험체들과 기존의 보-기둥 접합부 RC 시험체들에서 측정된 최대 접합부 전단강도값과 ACI 352R-02의 설계기준식, Jiuru et al.의 제안식, 그리고 Kim et al.의 제안식을 비교 분석하였다. 이러한 분석 결과 Jiuru et al.의 전단강도 제안식이 실험 결과를 과대평가하는데 반해 Kim et al.의 전단강도 제안식은 모든 시험체에 대해 안정적인 결과와 적은 오차범위를 나타내었다. 따라서, 이 연구를 바탕으로 해서 적절한 접합부 배근상세와 함께 강섬유 보강 철근콘크리트 보-기둥 접합부에 대한 추가적인 연구가 진행된다면, 횡보강근의 감소를 통한 시공의 어려움 해소 및 내진성능의 향상이 가능할 것으로 판단된다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제32권5호
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• pp.649-665
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• 2009

This paper reports part of a comprehensive research study conducted at the University of Queensland on the ability of CFRP web-bonded systems in strengthening an exterior beam-column joint subjected to monotonic loads. One 1/2.2 scaled plain and four CFRP repaired/retrofitted joints subjected to monotonic loads were analysed using the nonlinear finite-element program ANSYS and the results were calibrated against experiments. The ANSYS model was employed in order to account for tension stiffening in concrete after cracking and a modified version of the Hognestad's model was used to model the concrete compressive strength. The stress-strain properties of main steel bars were modelled using multilinear isotropic hardening model and the FRPs were modelled as anisotropic materials. A perfect bond was assumed as nodes were shared between adjacent elements irrespective of their type. Good agreement between the numerical predictions and the experimental observation of the failure mechanisms for all specimens were observed. Closeness of these results proved that the numerical analysis can be used by design engineers for the analysis of web-bonded FRP strengthened beam-column joints with confidence.