• Steel and Composite Structures
• /
• 제48권2호
• /
• pp.131-143
• /
• 2023

The CFRP bar was used to achieve more ductile and durable headed-stud shear connectors in composite components. Three series of push-out tests were firstly conducted, including specimens reinforced with pure steel fibers, steel and CFRP bars. The distributed stress was measured by the commercial PPP-BOTDA (Pre-Pump-Pulse Brillouin optical time domain analysis) optical fiber sensor with high spatial resolution. A series of numerical analyses using non-linear FE models were also made to study the shear force transfer mechanism and crack response based on the test results. Test results show that the CFRP bar increases the shear strength and stiffness of the large diameter headed-stud shear connection, and it has equivalent reinforcing effects on the stud shear capacity as the commonly used steel bar. The embedded CFRP bar can also largely improve the shear force transfer mechanism and decrease the tensile stress in the transverse direction. The parametric study shows that low content steel fibers could delay the crack initiation of slab around the large diameter stud, and the CFRP bar with normal elastic modulus and the standard reinforcement ratio has good resistance to splitting crack growth in headed stud shear connectors.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제18권2호
• /
• pp.38-46
• /
• 2014

기존의 많은 연구자들이 철근과 콘크리트 사이의 부착특성에 영향을 주는 다양한 변수에 대하여 연구해왔으며, 특히 최근에는 고강도철근의 등장과 더불어 부착강도의 증진을 위한 연구가 다수 진행 중이다. 철근과 콘크리트 사이의 부착특성은 두 이질재료 사이의 계면조건이 중요한 역할을 하게 되는데, 이 중에서 특히 철근의 마디형상은 계면조건에 가장 큰 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 철근과 콘크리트 사이의 부착거동을 분석할 수 있는 상용 비선형 유한요소프로그램을 사용하여 철근의 마디형상에 따른 부착특성에 대하여 연구하였다. 해석에 사용된 부착모델은 2차원 평면응력요소를 사용하였으며, 주요 해석변수로는 마디각, 마디높이, 마디간격 및 마디면적비이다. 해석결과, 마디각은 30~60도인 범위에서 부착력이 우수한 것으로 나타났으며, 마디높이는 일정구간까지는 부착강도가 증가하나 철근직경의 12%를 초과하면 전단파괴를 유발하여 오히려 부착강도가 감소되고, 마디간격에 대한 효과는 상대적으로 크지 않은 것으로 나타났다. 마디의 높이와 간격을 하나의 지표로 제시할 수 있는 마디면적비는 부착강도의 변화를 효과적으로 나타낼 수 있는 것으로 분석되었으며, 마디면적비는 0.15 이하에서 최대의 효율을 나타내는 것으로 분석되었다. 특히 대형마디(교차마디형상)를 가진 철근인 경우, 타 변수보다 우수한 효율을 나타내어 부착강도 증진효과가 커지는 것으로 평가되었다.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제90권6호
• /
• pp.611-633
• /
• 2024

This study intends to investigate the response of multi-cell (MC) beams to flexural loads in which the primary reinforcement is composed of both metallic and non-metallic materials. "Multi-cell" describes beam sections with multiple longitudinal voids separated by thin webs. Seven reinforced concrete MC beams measuring 300×200×1800 mm were tested under flexural loadings until failure. Two series of beams are formed, depending on the type of main reinforcement that is being used. A control RC beam with no openings and six MC beams are found in these two series. Series one and two are reinforced with metallic and non-metallic main reinforcement, respectively, in order to maintain a constant reinforcement ratio. The first crack, ultimate load, deflection, ductility index, energy absorption, strain characteristics, crack pattern, and failure mode were among the structural parameters of the beams under investigation that were documented. The primary variables that vary are the kind of reinforcing materials that are utilized, as well as the kind and quantity of mesh layers. The outcomes of this study that looked at the experimental and numerical performance of ferrocement reinforced concrete MC beams are presented in this article. Nonlinear finite element analysis (NLFEA) was performed with ANSYS-16.0 software to demonstrate the behavior of composite MC beams with holes. A parametric study is also carried out to investigate the factors, such as opening size, that can most strongly affect the mechanical behavior of the suggested model. The experimental and numerical results obtained demonstrate that the FE simulations generated an acceptable degree of experimental value estimation. It's also important to demonstrate that, when compared to the control beam, the MC beam reinforced with geogrid mesh (MCGB) decreases its strength capacity by a maximum of 73.33%. In contrast, the minimum strength reduction value of 16.71% is observed in the MC beams reinforced with carbon reinforcing bars (MCCR). The findings of the experiments on MC beams with openings demonstrate that the presence of openings has a significant impact on the behavior of the beams, as there is a decrease in both the ultimate load and maximum deflection.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제19권6호
• /
• pp.1-9
• /
• 2015

횡방향철근은 기둥의 소성힌지구간에 충분한 구속효과, 축방향철근의 좌굴방지와 연성거동을 확보하기 위해 적용된다. 기둥에서 사각형 후프 띠철근과 보강 띠철근의 조립 및 배근방법은 시공이 까다롭고 많은 횡방향철근량이 요구된다. 본 논문에서, 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 장방형 단면과 플레어 기둥의 횡구속을 위한 장방형 후프 띠철근을 사용한 새로운 횡구속 방법이 제안되었다. 개발된 장방형 후프 띠철근 상세는 장방형 단면과 플레어 기둥의 시공성과 경제성을 향상시켜줄 수 있는 하나의 대안으로서 적용 가능한 것으로 판단된다. 본 연구의 최종목적은 철근콘크리트 교각의 시공성 향상을 위한 장방형 후프 띠철근 상세의 제시와 실험적 기초자료의 제공과 함께 하중단계별 성능 및 손상평가를 위한 정량적 수치와 경향을 제공하기 위한 것이며, 극한변위, 극한드리프트비율, 변위연성도, 응답수정계수, 등가점성감쇠비, 잔류변형지수, 유효강성 등의 주요 내진성능평가 변수들에 대한 분석결과를 나타내었다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제27권6호
• /
• pp.615-623
• /
• 2015

철근콘크리트 전단벽의 전단강도를 예측하기 위한 기존 연구자들의 스트럿-타이 모델(STM)들은 횡하중 및 상부의 축력에 대한 전단벽의 내부 힘의 흐름과 웨브의 전단철근에 의해 전달되는 전단력의 비율을 명확히 제시하고 있지 않다. 이를 개선하기 위해서, 이 연구에서는 콘크리트 파괴역학의 균열 띠 이론을 기반한 단순한 STM을 개발하였다. 응력이완 스트립을 동반하는 콘크리트 스트럿의 등가유효너비는 중립축 깊이와 콘크리트 유효압축강도 계수로 결정되었다. 균열 띠 확장영역의 전단 전달 메커니즘은 강성법에 의한 트러스 작용으로부터 산정되었다. 웨브 콘크리트 스트럿과 전단철근에 의한 전단 전달력은 응력이완 스트립과 균열 띠 이론을 기반한 에너지평형조건으로부터 유도되었다. 제시된 모델은 Siao와 Hwang et al.의 STM에 비해 150여개의 기존 실험결과의 경향을 잘 예측하였다. 또한, 제시된 STM은 각 변수에 따른 무차원된 전단강도의 경향을 잘 반영하고 있다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제24권6호
• /
• pp.67-76
• /
• 2020

본 논문은 철계-형상기억합금(Fe-SMA) 바를 이용하여 제작된 콘크리트 보의 휨 거동 평가를 위한 실험적 연구이다. 실험을 위해 200mm×300mm × 2,200mm의 콘크리트 보를 제작하였으며 인장재로 4% 사전변형된 Fe-SMA 바를 사용하였다. 실험 변수로 인장재 종류(SD400, Fe-SMA), 철근 비(0.2, 0.39, 0.59, 0.78), Fe-SMA 활성화(활성화, 비활성화) 그리고 Fe-SMA bar 연결방법(미연결, 용접, 커플러)를 고려하였다. Fe-SMA 바를 활성화하기 위해 전기저항 가열 방법을 이용하여 5A/㎟의 전류를 실험체가 160℃에 도달할 때 까지 공급하였다. 캠버효과에 의한 실험체의 상향 변위가 안정되면 2,000kN 용량의 엑츄레이터를 이용하여 3점 휨 재하 실험을 실시하였다. 실험결과 Fe-SMA 바를 활성화 함에 따라 캠버효과에 의해 상향 변위가 발생하는 것으로 나타났다. Fe-SMA 바를 활성화한 실험체는 활성화하지 않은 실험체에 비해 더 높은 하중에서 초기균열이 발생하였다. 그러나 일반적인 프리스트레스 콘크리트와 동일하게 Fe-SMA 활성화에 따른 프리스트레스 도입이 보의 극한 상태에 미치는 영향은 미미한 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제22권6호
• /
• pp.81-88
• /
• 2018

이 연구에서는 실제 단면크기를 갖는 철근 콘크리트 기둥의 내진보강을 위한 단면확대 공법에서 효율적인 띠철근 배근 방법을 평가하였다. 비내진 상세를 갖는 기존 기둥의 단면크기는 $450{\times}450mm$이며, 단면확대 보강기둥의 단면크기는 $750{\times}750mm$이다. 확대 단면에서의 폐쇄형 외부 띠철근 배근을 위해 ㄷ-형 띠철근의 겹칩이음 및 철근 선조립 공법을 제시하였으며, 보조 띠철근으로서 크로스타이 앵커링 시공 및 V-타이를 고려하였다. 실험 결과, 무보강 기둥 및 ㄷ-형 외부 띠철근을 적용한 보강기둥의 압축내력은 ACI 318-14의 공칭내력과 비슷한 수준인 반면 철근 선조립 공법을 적용한 기둥의 압축내력은 ACI 318-14의 공칭내력 대비 1.25배 높았다. 특히 철근 선조립 공법을 적용한 보강 기둥의 압축 연성비는 크기효과에 의한 연성비 저하 가능성에도 불구하고 기존 기둥에 비해 139% 증가하였다. 즉, 제시된 철근 선조립 공법은 단면확대 보강기둥에서 주철근 조기 좌굴방지 및 콘크리트 구속에 효율적인 띠철근 상세로 평가될 수 있었다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제28권4호
• /
• pp.473-480
• /
• 2016

본 연구에서는 550 MPa급 고강도 철근을 사용한 낮은 형상비를 갖는 철근콘크리트 전단벽체의 벽체-기초 접합부에서의 전단마찰 파괴거동을 평가하기 위한 해석적 방안을 마련하는 것을 목표로 한다. 형상비, 경계면에서의 마찰계수, 배근상세, 각 방향으로의 철근비, 재료물성 등의 다양한 변수를 갖는 총 16개의 실험체를 검증 대상으로 선정하여 저자 등에 의해 개발된 비선형 유한요소해석 프로그램(RCAHEST)에 콘크리트 구조설계기준(2012)과 CEB-FIP Model code 2010을 바탕으로 경계면에서 수정된 전단마찰 구성관계식을 적용하여 해석을 수행하였다. 최대 하중에 대한 실험과 해석으로부터의 결과는 평균과 변동계수가 각각 1.04와 17% 정도로 예측하였고 일부 실험체를 제외하고 파괴모드와 파괴시까지의 전반적인 거동 특성을 적절히 평가하였다. 결과를 종합해 볼 때, 수정된 전단마찰 구성관계식을 적용한 해석프로그램은 해석 결과에 비교적 높은 신뢰도를 확보하고 있는 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제21권12호
• /
• pp.772-781
• /
• 2020

직접전단 부재의 전단강도는 전단마찰 유사론에 근거하여 콘크리트 계면에 수직 또는 경사로 배치된 철근의 전단전달에 의해 외력에 저항하며, 철근 단면적의 크기에 비례한다. 현행 콘크리트구조기준에서도 전단마찰 유사론에 근거한 경험식을 사용하고 있으며, 콘크리트 합성보의 수평전단 영역에도 동일한 전단강도 산출방법을 적용한다. 그러나 전단철근량이 많은 부재의 경우에는 이러한 경험식을 통해 구해진 전단강도는 시험체의 실측값과 비교하여 낮은 값을 나타낸다. 이 논문에서는 응력장 이론을 이용하여 기존 철근콘크리트 거더 위에 새로 타설된 합성보의 극한한계상태를 정의하고, 콘크리트의 인장증강효과 및 2축 응력 상태의 최대 압축강도의 변화를 고려할 수 있는 재료구성식을 적용한 전단강도 산정방법을 제안하였다. 또한 설계기준의 전단마찰 강도식과 유사하게 콘크리트 스트럿 유효압축강도를 고려할 수 있는 단순화된 수평전단강도 평가식을 제안하였다. 기존 문헌에 수록된 수평전단파괴를 유발하도록 제작된 합성보의 실험결과 및 설계기준 규정과 비교를 통하여 강도 산출방법의 타당성 및 제안식의 적용성을 검증하였다. 검증 결과, 전단철근비에 따라 전단강도 예측값에 차이가 발생하는 설계기준의 규정들과 다르게, 전단철근의 항복을 수반하는 경우에는 대체적으로 실험결과와 유사한 경향을 나타내는 것을 확인하였다.

• Smart Structures and Systems
• /
• 제17권4호
• /
• pp.593-610
• /
• 2016

In this study, an innovative and smart glass fiber-reinforced polymer (GFRP) hybrid bar was developed for stronger durability of concrete structures. As comparing with the conventional GFRP bar, the smart GFRP Hybrid bar can promise to enhance the modulus of elasticity so that it makes the cracking reduced than the case when the conventional GFRP bar is used. Besides, the GFRP Hybrid bar can effectively resist the corrosion of conventional steel bar by the GFRP outer surface on the steel bar. In order to verify the bond performance of the GFRP hybrid bar for structural reinforcement, uniaxial pull-out test was conducted. The variables were the bar diameter and the number of strands and pitch of the fiber ribs. Tensile tests showed a excellent increase in the modulus of elasticity, 152.1 GPa, as compared to that of the pure GFRP bar (50 GPa). The stress-strain curve was bi-linear, so that the ductile performance could be obtained. For the bond test, the entire GFRP hybrid bar test specimens failed in concrete splitting due to higher shear strength resulting in concrete crushing as a function of bar deformation. Investigation revealed that an increase in the number of strands of fiber ribs enhanced the bond strength, and the pitch guaranteed the bond strength of 19.1 mm diameter hybrid bar with 15.9 mm diameter of core section of deformed steel the ACI 440 1R-15 equation is regarded as more suitable for predicting the bond strength of GFRP hybrid bars, whereas the CSA S806-12 prediction is considered too conservative and is largely influenced by the bar diameter. For further study, various geometrical and material properties such as concrete cover, cross-sectional ratio, and surface treatment should be considered.