• Steel and Composite Structures
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• 제35권2호
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• pp.261-278
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• 2020

In steel-concrete composite beams, to improve the cracking resistance of the concrete slab in the hogging moment region, a new type of connector in the interface, named uplift-restricted and slip-permitted screw-type (URSP-S) connector has been proposed. This paper focuses on the behavior of steel-concrete composite beams with URSP-S connectors. A total of three beam specimens including a simply supported beam with URSP-S connectors and two continuous composite beams with different connectors arrangements were designed and tested. More specifically, one continuous composite beam was equipped with URSP-S connectors in negative moment region and traditional shear studs in other regions. For comparison, the other one was designed with only traditional shear studs. The failure modes, crack evolution process, ultimate capacities, strain responses at different locations as well as the interface slip of the three tested specimens were measured and evaluated in-depth. Based on the experimental study, the research findings indicate that the larger slip deformation is allowed while using URSP-S connectors. Meanwhile, the tensile stress reduces and the cracking resistance of the concrete slab improves accordingly. In addition, the overall stiffness and strength of the composite beam become slightly lower than those of the composite beam using traditional shear studs. Moreover, the arrangement suggestion of URSP-S connectors in the composite beam is discussed in this paper for its practical design and application.

• Steel and Composite Structures
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• 제36권1호
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• pp.103-118
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• 2020

The static behavior of grouped large-headed studs (d = 30 mm) embedded in ultra-high performance concrete (UHPC) was investigated by conducting push-out tests and numerical analysis. In the push-out test, no splitting cracks were found in the UHPC slab, and the shank failure control the shear capacity, indicating the large-headed stud matches well with the mechanical properties of UHPC. Besides, it is found that the shear resistance of the stud embedded in UHPC is 11.4% higher than that embedded in normal strength concrete, indicating that the shear resistance was improved. Regarding the numerical analysis, the parametric study was conducted to investigate the influence of the concrete strength, aspect ratio of stud, stud diameter, and the spacing of stud in the direction of shear force on the shear performance of the large-headed stud. It is found that the stud diameter and stud spacing have an obvious influence on the shear resistance. Based on the test and numerical analysis results, a formula was established to predict the load-slip relationship. The comparison indicates that the predicted results agree well with the test results. To accurately predict the shear resistance of the stud embedded in UHPC, a design equation for shear strength is proposed. The ratio of the calculation results to the test results is 0.99.

• Steel and Composite Structures
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• 제36권1호
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• pp.1-16
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• 2020

In steel-concrete composite beams, to improve the cracking resistance of the concrete slab in the hogging moment region, a new type of connector in the interface, named uplift-restricted and slip-permitted screw-type (URSP-S) connector has been proposed. This paper focuses on the behavior of steel-concrete composite beams with URSP-S connectors. A total of three beam specimens including a simply supported beam with URSP-S connectors and two continuous composite beams with different connectors arrangements were designed and tested. More specifically, one continuous composite beam was equipped with URSP-S connectors in negative moment region and traditional shear studs in other regions. For comparison, the other one was designed with only traditional shear studs. The failure modes, crack evolution process, ultimate capacities, strain responses at different locations as well as the interface slip of the three tested specimens were measured and evaluated in-depth. Based on the experimental study, the research findings indicate that the larger slip deformation is allowed while using URSP-S connectors. Meanwhile, the tensile stress reduces and the cracking resistance of the concrete slab improves accordingly. In addition, the overall stiffness and strength of the composite beam become slightly lower than those of the composite beam using traditional shear studs. Moreover, the arrangement suggestion of URSP-S connectors in the composite beam is discussed in this paper for its practical design and application.

• Computers and Concrete
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• 제24권4호
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• pp.379-397
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• 2019

Steel-concrete composite beams are widely employed in constructions and their performance at the serviceability stage is of concern among practitioners and design regulations. In this context, an accurate evaluation of long-term deflections via various rheological concrete models is needed. In this work, the performance and predict capability of some concrete creep and shrinkage models ACI, CEB, B3, FIB and GL2000 are ascertained, and compared by using statistical bias indicators. Ten steel-concrete composite beams with existing experimental and numerical results are then modeled for this purpose. The proposed modeling technique uses the finite element method, where the concrete slab and steel beam are modeled with shell finite elements. Concrete is considered as an aging viscoelastic material and cracking is treated with the common smeared approach. The results show that when the experimental ultimate shrinkage strain is used for calibration, all studied rheological models predict nearly similar deflections, which agree with the experimental data. In contrast, significance differences are encountered for some models, when none calibration is made prior to. A value between twenty and thirty times the cracking strain is recommended for the ultimate tensile strain in the tension stiffening model. Also, increasing the relative humidity and decreasing the ambient temperature can lead to a substantial reduction of slab cracking for beams under negative flexure. Finally, there is not a unique rheological model that clearly excels in all scenarios.

• Advances in concrete construction
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• 제16권4호
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• pp.205-216
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• 2023

Concrete structures may become vulnerable during their lifetime due to several reasons such as degradation of their material properties; design or construction errors; and environmental damage due to earthquake. These structures should be repaired or strengthened to ensure proper performance for the current service load demands. Several methods have been investigated and applied for the strengthening of reinforced concrete (RC) structures using various materials. Fiber reinforced polymer (FRP) reinforcement is one of the most recent type of material for the strengthening purpose of RC structures. The main objective of the present research is to identify the behavior of reinforced concrete slabs strengthened with FRP bars by using near surface mounted (NSM) technique. Validation study is conducted based on the experimental test available in the literature to investigate the accuracy of finite element models using LS-DYNA to present the behavior of the models. A parametric analysis is conducted on the effect of FRP bar diameters, number of grooves, groove intervals as well as width and height of the grooves on the flexural behavior of strengthened reinforced slabs. Performance of strengthening RC slabs with NSM FRP bars was confirmed by comparing the results of strengthening reinforced slabs with control slab. The numerical results of mid-span deflection and stress time histories were reported. According to the numerical analysis results, the model with three grooves, FRP bar diameter of 10 mm and grooves distances of 100 mm is the most ideal and desirable model in this research. The results demonstrated that strengthening of reinforced concrete slabs using FRP by NSM method will have a significant effect on the performance of the slabs.

• 한국항공우주학회지
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• 제47권12호
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• pp.897-903
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• 2019

본 논문에서는 하이브리드 복합재를 전자기학적 성능을 단순화하여 설계하는 방법을 제안한다. 제안 방법은 전통적인 간단한 이론들을 바탕으로 하며 최적 설계 등과 같은 기존 하이브리드 복합재의 설계 방법들에 비하여 간단하다. 따라서, 실제적인 문제에 대하여 보다 쉽게 적용할 수 있다. 본 논문은 등가 유전율 및 다층 유전체에서의 전파 전송 이론을 이용한다. 우선, 설계 영역을 전자기학적 기능에 따라 몇 개의 영역으로 구분하고 각 영역을 등가 유전율로 표현하였다. 입사각 안정성과 투과 성능을 고려하여 가능한 유전율 조합을 산출하고 몇 번의 전자기 성능 해석을 통하여 기본 설계 형상을 도출하였다. 제안한 설계 방법의 타당성을 간접적으로 확인하기 최종 설계안에 대한 전파투과시험을 수행하였다.

• 한국건설관리학회:학술대회논문집
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• 한국건설관리학회 2008년도 정기학술발표대회 논문집
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• pp.93-98
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• 2008

해운대 두산 위브 더 제니스는 부산시 해운대구 수영만에 인접한 매립지에 세워지는 건축물로서 현재 지하 터파기 및 일부 기초공사 진행 중인 건축물이다. 타워동의 주 용도는 주거용 건축물로 높이 300m, 층수 80층으로 이루어져 주거용 콘크리트 건축물로서는 동양 최대의 높이를 자랑하고 있다. 타워는 총 3개의 고충타워와 1개의 저층타워로 이루어져 있으며 지하 저층부 길이가 가로폭 230m, 세로폭 200m로 전체가 한 개의 덩어리로 이루어진 구조물이다. 횡력저항 시스템은 중앙의 $700{\sim}800mm$ 두께의 코어벽체가 4방향의 외곽으로 확장되어 있으며 슬래브 외곽주변을 철근콘크리트 기둥을 설치하여 건축적인 요구사항에 부합되면서 횡방향 하중에 아주 효율적으로 저항할 수 있도록 계획되었으며, 풍 진동에 대해서도 아주 만족스러운 결과를 가져다주었다. 슬래브 바닥 시스템은 두께 250mm인 플랫 플레이트를 적용하여 충고의 최소화 및 외주부의 테두리보나 드롭패널을 설치하지 않아 시공성 및 공기단축에 부합되도록 계획되었다. 시공 시 및 준공 후에도 지속적인 상시 모니터링 시스템을 구축하여 계측된 자료를 기준으로 구조물의 안전성과 사용성을 객관적으로 판단하고 검증할 수 있도록 하였다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제5권3호
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• pp.290-297
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• 2017

압축강도 160MPa와 길이 15.4m를 가진 분절형 U거더와 합성 U거더의 휨거동 실험을 수행하였다. 실험 변수로는 강섬유 혼입률과 U거더 상부의 슬래브이다. U거더의 복부와 하부플랜지에 종방향 철근을 배근하였다. 상부플랜지에 2개의 15.2mm 강연선을 포함한 2개의 프리스트레싱 텐던 그리고 하부플랜지에 7개의 15.2mm 강연선을 포함한 2개의 프리스트레싱 텐던이 배치되고 U거더 접합 시 한차례 긴장 작업을 하였다. 초고강도 콘크리트 강도로 인해 U거더에 도입한 충분히 강한 프리스트레싱 긴장력은 U거더 시공단계에서 자중과 고정하중을 부담할 수 있다. U거더의 취성적 거동에 비해 합성 U거더는 안정적이고 연성적인 하중처짐 관계를 보여주고 있다. U거더 상부에 슬래브를 시공한 후, U거더 접합 시 도입했던 프리스트레싱 긴장력에 의한 합성 U거더의 휨하중 내하력은 마지막 하중 단계에서 설계하중을 부담할 수 있다. 초고강도 콘크리트로 인한 간단한 프리스트레싱 방법은 시공단계와 공사비 면에서 장점을 가지고 있다. 간격이 작은 전단키는 초고강도 콘크리트 U거더와 고강도 콘크리트슬래브간의 완전한 합성관계를 가져와 파괴하중 직전까지 슬립현상이나, 벌어짐 현상을 보이지 않았다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권5호
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• pp.399-409
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• 2018

토압분리형 교량의 보강토옹벽은 교량을 구성하는 중요 구조물이고, 횡방향 토압과 접속슬래브를 지지한다. 보강토옹벽의 침하는 상부 구조의 손상과 접속부의 단차를 유발할 수 있다. 따라서, 토압분리형 교량의 보강토옹에 대한 침하량을 면밀히 검토하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 토압분리형 교량의 보강토옹벽에 대한 높이와 기초지반의 강성에 따른 침하량을 검토하였다. 보강토옹벽을 높이 4.0 ~ 10.0m로 설계하고, 탄성침하량을 산정하였다. 보강토 옹벽의 높이에 따라 보강토옹벽의 저면 면적과 접지압이 선형적으로 증가되었다. 그 이유는 옹벽 높이가 증가됨에 따른 보강토체의 자중의 증가 때문이다. 자중의 증가로 인해 탄성침하량도 선형적으로 증가되었다. 구조물기초설계기준 해설에 제시된 보강토옹벽 탄성침하량 이론식을 통해 침하량을 산정한 결과, 보강토옹벽의 높이가 증가됨에 따라 비례하여 침하량이 증가하였고 기초지반의 N치가 35 이상이 되어야 접속슬래브의 허용침하량을 만족하는 것으로 나타났다. 유한요소해석을 통해 보강토옹벽의 높이와 기초지반의 강성에 따른 침하량 산정 결과, 기초 지반의 강성이 증가함에 따라 최대침하량은 탄성침하량과 동일하게 감소하였다. 탄성침하량은 유한요소해석을 통해 산정된 침하량보다 과다 산정되었다. 이는 탄성침하량이 보강토체를 연성기초로 가정하고 기초 지반을 반무한 탄성체로 가정하기 때문이다. 토압분리형 교량의 보강토옹벽은 교량을 구성하는 중요 부재이므로 침하량에 대한 면밀한 검토가 필요하다. 그로인해 유한요소해석을 수행하여 침하량을 산정하는 것이 보다 합리적인 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권8호
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• pp.4048-4057
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• 2013

부모멘트를 받는 합성보 슬래브에서 인장균열 발생과 균열의 진행에 따른 슬래브의 강성저하가 전단연결부의 합성거동에 미치는 영향을 실험적으로 분석하기는 매우 어렵다. 본 논문에서는 부모멘트를 받는 합성보에서 콘크리트 슬래브 및 강재 보, 스터드를 포함한 전단연결부 등의 형상과 물성을 최대한 실제와 유사하게 모델링하는 기법을 이용함으로써, 부재 간 합성작용을 해석할 수 있는 3차원 유한요소모델을 개발하였다. 개발된 3차원 유한요소모델을 이용하여 부모멘트 구간에 설치되는 합성보의 전체 휨거동 및 기존의 1차원 또는 2차원 모델로는 해석이 어려운 전단합성작용을 분석할 수 있었다. 해석결과에 따르면 부모멘트를 받는 합성보에서의 전단연결부 거동은 철근콘크리트 슬래브의 철근비 및 인장 균열거동에 지배를 받게 됨을 알 수 있었다. 전단연결부의 하중-슬립 관계를 검토해 본 결과, 전단연결부의 슬립강성은 슬래브의 초기균열 및 철근의 항복이 발생한 시점을 기준으로 변화됨을 알 수 있었다. 또한, 구간별로 합성율이 100% 미만으로 설계되는 부분합성 설계가 합성설계의 효율성 측면에서 더 유리할 수 있다는 기존의 실험적 연구결과를 간접적으로 확인할 수 있었다.