• Earthquakes and Structures
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• 제23권5호
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• pp.431-444
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• 2022

The unique thermomechanical properties of shape memory alloys (SMAs) make it a versatile material for strengthening and repairing structures. In particular, several research studies have already demonstrated the effectiveness of using the heat activated shape memory effect of nickel-titanium (Ni-Ti) based SMAs to actively confine concrete members. Despite the proven effectiveness and wide commercial availability of Ni-Ti SMAs, however, their high cost remains a major obstacle for applications in real structural engineering projects. In this study, the shape memory effect of a new, much more economical iron-based SMA (Fe-SMA) is characterized and the compressive behavior of concrete confined with Fe-SMA strips is investigated. Tests showed the Fe-SMA strips used in this study are capable of developing high levels of recovery stress and can be easily formed into hoops to provide effective active and passive confining pressure to concrete members. Compared to concrete cylinders confined with conventional carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) composites, Fe-SMA confinement yielded significantly higher compressive deformation capacity and residual strength. Overall, the compressive behavior of Fe-SMA confined concrete was comparable to that of Ni-Ti SMA confined concrete. This study clearly shows the potential for Fe-SMA as a robust and cost-effective strengthening solution for concrete structures and opens possibilities for more practical applications.

• Steel and Composite Structures
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• 제28권1호
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• pp.83-98
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• 2018

This research was conducted to study the behavior of exterior concrete beam-column joints with reinforced shape memory alloy (SMA) bars tested under cyclic loading. These bars benefit from superelastic behavior and can stand high loads without residual strains. The experimental part of the study, 8 specimens of exterior concrete beam-column joints were made and tested. Two different types of concrete with 30 and 45 MPa were used. Four specimens contained SMA bars and 4 specimens contained steel bars in beam-column joints. Furthermore, different transverse reinforcements were used in beams investigate the effects of concrete confinement. Specimens were tested under cyclic loading. Results show that SMA bars are capable of recentering to their original shape after standing large displacements. Due to the superelastic behavior of SMA bars, cracks at the joint core vanish under cyclic loading. As the cyclic loading increased, bending failure occurred in the beam outside the joint core. In the analytical parts of the study, specimens were simulated using the SeismoStruct software. Experimental and analytical results showed a satisfactory correlation. Plastic hinge length at the beam joint for specimens with SMA and steel bars was calculated by empirical equations, experimental and analytical results. It was shown that Paulay's and Priestley's equations are appropriate for concrete beam-column joints in both types of bars.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 1995년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.142-147
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• 1995

In this study, styrene-maleic anhydride copolymer (SMA) was synthesized from styrene and maleic anhydride and further reacted with sulfuric acid to obtain water-soluble SMA and the flow and strength tests of cement mortar mixed with copolymers were carried out to evaluate the capability of copolymers as high range water reducer for the concrete. It was found from flow experiment that the fluidity of cement mortar mixed with sulfonated SMA (SSMA) was larger than that miced with aminophenol-substituted SSMA (SmSMA). The decreasing rate of the flow of cement mortar mixed with SSMA and SmSMA was decreasing rate of the flow of cement mortar mixed with SSMA and SmSMA was significantly lower than that mixed with naphthalene condensate (NSC). The compressive strength of the hardened cement mortars containing 0.5% copolymers after 28 days curing was examined. The compressive strength of hardened cement mortar containing SSMA and SmSMA was increased up to 32% and 13%, respectively, when compared to the plain. As the results, the copolymers (SSMA and SmSMA) used in this study are greatly expected as a good high range water reducers for the concrete.

• Earthquakes and Structures
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• 제6권3호
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• pp.267-280
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• 2014

Shape Memory Alloy (SMA) braces can be used to reduce seismic residual deformations observed in steel braced Reinforced Concrete (RC) frames. To further enhance the seismic performance of these frames, the use of SMA bars to reinforce their beams is investigated in this paper. Three-story and nine-story SMA-braced RC frames are designed utilizing regular steel reinforcing bars. Their seismic performance is examined using twenty seismic ground motions. The frames are then re-designed using SMA reinforcing bars. Different design alternatives representing different locations for the SMA reinforcing bars are considered. The optimum locations for the SMA bars are identified after analysing the design alternatives. The seismic performance of these frames has indicated better deformability when SMA bars are used in the beams.

• 콘크리트학회지
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• 제7권3호
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• pp.156-163
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• 1995

앞 선 연구에서는 스티렌과 무수말레인산으로부터 스티렌-무수말레인산 공중합체(SMA)를 합성하고 이들을 황산화하여 수용성의 SMA를 제조하였다. 본 연구에서는 이들 카르본산계 공중합체를 첨가한 시멘트 모르타르의 플로우 및 경화시멘트 모르타르의 강도를 조사하여 고성능감수제로서의 성능을 평가하였다. 플로우 실험 결과 황산화 SMA(SSMA)를 첨가한 시멘트 모르타르의 플로우는 아미노페놀이 치환된 황산화 SMA(SmSMA)를 첨가한 경우보다 더 큰 값을 나타내었다. 또한 공중합체를 첨가한 시멘트 모르타르의 플로우 유지율은 기존의 나프탈렌계(NSC)를 첨가한 경우보다 우수하게 나타났다. 시멘트 모르타르에 SMA와 SmSMA를 시멘트 중량에 대해 0.5% 첨가하여 제조한 경화 시멘트 모르타르의 28일 압축강도를 조사하였다. 그 결과 SSMA 및 SmSMA를 첨가한 경우 plain 보다 각각 31%와 13%의 강도 증가를 나타내었다. 이상의 결과로부터, 본 연구에서 사용한 SSMA 및 SmSMA의 카르본산계 공중합체는콘크리트용 고성능감수제로서 크게 기대되어진다.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제8권2호
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• pp.100-107
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• 2012

본 연구의 주 목적은 교면포장 공법 중에서 인천대교에 사용된 구스 아스팔트와 귤현 대교에 사용된 SMA의 적용 사례를 통하여 발전된 교면포장 공법을 제시하는데 있다. 두 공법의 시공사례를 비교 분석한 결과, 구스 아스팔트는 고온에서의 유동저항성이 작아 소성변형에 취약하며, 이에 반하여 SMA포장은 유지관리에 용이하고 소성변형 등에 유리하다는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 강상판 교면포장 공법이 발달된 선진국에서는 보편화되어서, 그에 따른 국내에서의 해결방안을 제시하였다. 그러나, 국내의 경우 다양한 시공 실적이 미흡한 실정이어서 향후 적절한 시공관리와 체계적인 연구를 통하여 보다 발전된 교면 포장공법이 제시되어져야 할 것으로 사료된다.

• Smart Structures and Systems
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• 제24권4호
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• pp.491-506
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• 2019

Literature regarding concrete walls reinforced by super elastic shape memory alloy (SMA) bars is rather limited. The seismic behavior of a system concurrently including a distinct steel reinforced concrete (RC) wall, as well as another wall reinforced by super elastic SMA at the first story, and steel rebar at upper stories, would be an interesting matter. In this paper, the seismic response of such a COMBINED system is compared to a conventional system with steel RC concrete walls (STEEL-Rein.) and also to a wall system with SMA rebar at the first story and steel rebar at other stories ( SMA-Rein.). Nonlinear time history analysis at maximum considered earthquake (MCE) and design bases earthquake (DBE) levels is conducted and the main responses like maximum inter-story drift ratio and residual inter-story drift ratio are investigated. Furthermore, incremental dynamic analysis is used to accomplish probabilistic seismic studies by creating fragility curves. Results demonstrated that the SMA-Rein. system, subjected to DBE and MCE ground motions, has almost zero and 0.27% residual maximum inter-story drifts, while the values for the COMBINED system are 0.25% and 0.51%. Furthermore, fragility curves show that using SMA rebar at the base of all walls causes a larger probability of exceedance 3% inter-story drift limit state compared to the COMBINED system. Static push over analysis demonstrated that the strength of the COMBINED model is almost 0.35% larger than that of the two other models, and its general post-yielding stiffness is also approximately twice the corresponding stiffness of the two other models.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권5호
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• pp.287-297
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• 2022

본 논문에서는 철계형상기억합금(Fe SMA) 스트립으로 능동구속된 콘크리트 기둥의 실험적, 해석적 연구결과를 제시한다. Fe SMA과 탄소섬유보강시트(CFRP)로 각각 구속된 콘크리트 공시체의 압축실험을 통해 형상기억합금 기반 능동구속기법의 효과성을 평가하였다. 실험결과, Fe SMA 스트립으로 구속된 콘크리트 공시체가 낮은 구속력에도 불구하고 CFRP 시트로 구속된 공시체에 비해 더 우수한 변형능력을 가지는 것으로 밝혀졌다. 실험을 통해 얻은 구속된 콘크리트의 압축거동 결과를 이용해 소성힌지 영역이 각각 Fe SMA 스트립과 CFRP 시트로 보강된 콘크리트 기둥의 유한요소모델을 구축하였다. 기존 수행된 콘크리트 기둥의 수평반복가력 실험결과를 바탕으로 구축된 기둥 모델을 검증하였고, 각각의 기둥 모델에 대한 수평반복가력 해석을 수행하였다. 해석결과, Fe SMA 스트립으로 보강된 콘크리트 기둥이 CFRP 시트로 보강된 기둥모델에 비해 변형, 에너지 소산능력 향상에 효과적임을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권3D호
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• pp.421-431
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• 2011

본 논문에서는 폴리머 콘크리트 박막 교면포장의 적용성을 알아보기 위한 하나의 방법으로 SMA(Stone Mastic Asphalt) 교면포장으로 시공된 실제 교량 및 이와 동일한 조건에서 교면포장을 박막의 폴리머 콘크리트로 대체한 가상의 교량에 대해 정적 해석을 실시하였다. 다양한 교량형식에 대한 평가를 위하여 SMA 교면포장으로 시공된 PSC(Prestressed Concrete) 거더교, 강박스 거더교, PSC 박스 거더교, RC(Reinforced Concrete) 라멘교를 해석하고 비교하였다. 바닥판과 교면포장은 완전히 접착된 것으로 가정하였으며 시공 중 발생한 응력과 처짐은 무시하고 교면포장의 자중과 차량하중으로 인하여 발생된 응력과 처짐을 분석하였다. 해석 결과, 가벼운 단위중량과 얇은 두께로 포장자중이 더 작았던 폴리머 콘크리트를 사용한 교량의 응력과 처짐은 SMA를 사용한 교량보다 작은 것으로 해석되었다. 차량하중으로 인해 폴리머 콘크리트를 사용한 교량에 발생한 응력과 처짐은 얇은 포장 두께로 인한 단면이차모멘트의 감소 때문에 SMA를 사용한 교량보다 크게 나타났다. 포장의 자중과 차량하중이 동시에 작용하는 경우에는 자중 감소효과가 지배적으로 작용하여 폴리머 콘크리트를 사용한 교량의 응력과 처짐이 더 작게 나타났다. 향후 교면포장의 공용성 조사와 경제성 분석을 통한 비교 연구가 필요한 것으로 판단된다.

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