• Steel and Composite Structures
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• 제38권5호
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• pp.477-496
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• 2021

The main objective of this paper is to study vibration of sandwich open cylindrical panel with damaged core and FG face sheets based on three-dimensional theory of elasticity. The structures are made of a damaged isotropic core and two external face sheets. These skins are strengthened at the nanoscale level by randomly oriented Carbon nanotubes (CNTs) and are reinforced at the microscale stage by oriented straight fibers. These reinforcing phases are included in a polymer matrix and a three-phase approach based on the Eshelby-Mori-Tanaka scheme and on the Halpin-Tsai approach, which is developed to compute the overall mechanical properties of the composite material. Three complicated equations of motion for the panel under consideration are semi-analytically solved by using 2-D differential quadrature method. Several parametric analyses are carried out to investigate the mechanical behavior of these multi-layered structures depending on the damage features, through-the-thickness distribution and boundary conditions. It is seen that for the large amount of power-law index "P", increasing this parameter does not have significant effect on the non-dimensional natural frequency parameters of the FG sandwich curved panel. Results indicate that by increasing the value of isotropic damage parameter "D" up to the unity (fully damaged core) the frequency would tend to become zero. One can dictate the fiber variation profile through the radial direction of the sandwich panel via the amount of "P", "b" and "c" parameters. It should be noticed that with increase of volume fraction of fibers, the frequency parameter of the panels does not increase necessarily, so by considering suitable amounts of power-law index "P" and the parameters "b" and "c", one can get dynamic characteristics similar or better than the isotropic limit case for laminated FG curved panels.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권3호
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• pp.31-39
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• 2021

본 연구에서는 후크형 강섬유(HSF)와 스무스형 섬유(SSF)의 혼합 비율과 변형속도가 하이브리드 섬유보강 시멘트복합체의 인장 특성 시너지 효과에 미치는 영향을 평가하기 위하여, HSF와 SSF를 각각 1.5+0.5, 1.0+1.0, 0.5+1.0vol.%의 혼합 비율로 혼입한 하이브리드 섬유보강 시멘트복합체를 제작하였다. 실험 결과, HSF를 보강한 시멘트복합체(HSF2.0)은 변형속도가 증가함에 따라 섬유 주변 매트릭스에 발생하는 마이크로 균열의 증가에 의해 직선형으로 인발되는 섬유의 수가 감소하고, 인장강도 점 이후 응력 저하가 급격하게 발생하였다. SSF가 0.5vol.% 혼입되는 경우, 준정적에서 마이크로 균열을 효과적으로 제어하지만, 고속에서는 마이크로 균열 제어 및 후크형 강섬유의 인발저항성능 향상에 효과적이지 않은 것으로 확인되었다. 반면, HSF 1.0vol.%와 SSF 1.0vol.%를 혼입한 시험체(HSF1.0SSF1.0)은 마이크로 및 매크로 균열에 대해 각각의 섬유가 효과적으로 제어하고, SSF가 HSF의 인발저항성능을 향상시킴으로써 고속에서 변형능력 및 에너지 흡수 능력에 대한 섬유 혼합 효과가 크게 증가하였으며, 인장강도, 변형능력 및 피크인성의 변형속도 민감도가 가장 높은 것으로 나타났다. 반면, SSF 1.5vol.%의 혼입은 매트릭스 내의 섬유 혼입 개체 수를 증가시키고, HSF의 인발저항성능을 향상시켜 가장 높은 인장강도 및 연화인성 시너지 효과를 나타내었지만, 매크로 균열을 제어하는 HSF의 혼입률이 0.5vol.%로 낮아 변형능력 및 피크인성 시너지에는 효과적이지 않은 것으로 확인되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권3호
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• pp.253-263
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• 2015

최근 RPC를 활용한 초고강도 콘크리트가 개발되면서 100 MPa 이상의 높은 압축강도를 보유한 콘크리트가 취성적 파괴의 방지 목적과 인장강도 증진을 위해 강섬유를 혼입하여 사용되고 있다. 따라서 인장강도의 결정이 중요하나, 현재 초고강도 콘크리트 영역에서의 인장강도 추정을 위한 연구결과가 산발적으로만 이루어지고 있는 상황이다. 따라서 본 연구에서는 80~200 MPa의 압축강도를 보유한 RPC의 재료 시험을 수행하여 압축강도와 인장강도의 상관관계를 검토하였다. 시험 결과 100 MPa 이상의 압축강도를 보유할 경우에도 보통강도 또는 고강도 콘크리트 영역에서의 변화 경향이 유지되고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이에 기존 연구로부터 수집된, 쪼갬인장강도 원주형 공시체 시험 결과 284개와 265개의 파괴계수 시험 결과를 활용하여 기존의 추정식들을 평가하였다. 평가 결과 100 MPa 이상의 초고강도 콘크리트에서는 기존 추정식을 안전하게 사용하기 어려운 것을 확인하였으며, 100 MPa 이상의 초고강도 콘크리트에도 적용 가능한 회기식을 도출하였다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제8권4호
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• pp.571-580
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• 2020

본 연구에서는 열에너지 저장시스템의 중요한 요소인 저장 매체에 관한 연구를 수행하였다. 열에너지 저장 매체로써 콘크리트는 열적 및 역학적 특성이 우수하며 저렴한 비용으로 인해 다양한 이점을 갖는다. 또한, 강섬유가 혼입된 초고강도 콘크리트는 고인성 및 고강도 특성으로 인해 고온 노출에 우수한 내구성을 나타내며, 강섬유의 높은 열전도율은 축열 및 방열에 유리한 영향을 미친다. 초고강도 콘크리트의 온도분포 특성을 파악하기 위하여 콘크리트 블록을 제작하고 일정한 열사이클을 적용하여 가열실험을 수행하였다. 열유체 흐름에 의한 열전달을 위하여 열전달 파이프를 콘크리트 블록 중심부에 매립하였다. 또한, 열전달 파이프 형상에 따른 온도분포 특성을 비교하기 위하여 핀의 유무에 따라 원형 파이프 및 종방향 핀 부착 파이프를 설정하였다. 열사이클에 따른 온도분포 특성을 분석하고, 이를 토대로 시간에 따른 열에너지 및 누적 열에너지를 산정하여 비교 분석하였다. 열사이클이 반복될수록 강섬유 혼입 초고강도 콘크리트는 고온에 대하여 안정화를 나타내었다. 또한, 온도분포 및 열에너지 산정 결과를 통해 축열 성능을 보유한 것으로 판단되며, 열에너지 저장 매체 역할을 수행할 수 있는 재료로 기대된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제19권1호
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• pp.100-108
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• 2015

본 연구의 목적은 아라미드섬유의 표면개질에 의한 시멘트 복합재료의 강도특성 및 내충격성능의 향상효과를 평가하는 것이다. 단섬유 형태의 아라미드섬유를 섬유길이와 섬유의 표면유제처리율을 달리하여 시멘트 복합재료에 혼입하였다. 아라미드섬유보강 시멘트 복합재료의 강도특성은 섬유의 혼입율, 섬유의 표면유제처리율, 섬유의 길이에 따라 다르게 나타났으며, 특히, 동일한 섬유혼입율 및 섬유길이에 대한 인장강도 및 휨강도는 섬유의 표면유제처리율을 증가시킨 시험체가 향상되는 경향을 확인하였다. 이러한 정적 강도특성 결과는 고속비상체의 충돌에 의한 내충격성능에도 영향을 미쳤으며, 아라미드섬유의 표면유제처리율이 증가함에 따라 배면박리가 억제되는 것을 알 수 있었다. 하지만, 아라미드섬유를 섬유보강 시멘트 복합재료용 보강재로 활용하기 위해서는 섬유와 시멘트 복합재료간의 분산능력 및 부착효율을 향상시켜야 할 것으로 판단된다. 이는 아라미드섬유의 표면특성을 소수성으로 개질하는 것에 의해 가능할 것으로 사료되며, 1.2 %이상의 표면유제처리율 및 성능개선에 대해서는 추가적인 검토가 필요할 것으로 판단된다. 또한, 아라미드섬유와 후크형 강섬유를 하이브리드 한 시험체의 경우, 강도특성 및 내충격성능의 향상효과는 강섬유의 기여도가 높은 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.521-530
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• 2015

최근 개발중인 초고강도 또는 강섬유보강 초고강도 콘크리트는 현행 설계기준으로 설계할 경우 그 안전성에 대해 별도의 실험 또는 해석적 증명이 필요하다. 이를 위한 철근콘크리트 부재의 상세 해석에는 응력-변형률 관계의 정의가 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 현행 설계기준의 제한 범위를 벗어나는 강섬유보강 초고강도 콘크리트의 압축응력하에서의 기계적 특성을 정의하였다. 80~200 MPa 의 압축강도를 보유한 분체 콘크리트 매트릭스에 강섬유를 혼입하였으며, 섬유의 보강량에 따른 압축강도의 증진률에 대해 분석하고 압축강도에 따른 탄성계수와 최대응력 발현시의 변형률에 대해 조사 분석하였다. 넓은 콘크리트 압축강도 범위내에서 사용성 확보를 위해 기존 연구결과로부터 수집된 압축강도 증진률, 탄성계수, 최대응력 발현시 변형률의 크기에 대한 결과를 활용하여 기존 추정식의 평가를 수행하였다. 또한, 강섬유가 보강되어 있지 않은 매트릭스에 대한 기존 추정식 중 정확도가 높은 식을 기반으로, 강섬유의 영향을 반영할 수 있는 새로운 추정식을 위한 계수를 도출하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권2호
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• pp.60-66
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• 2019

콘크리트의 낮은 인장강도 및 균열제어 능력 등의 약한 재료성질을 개선하기 위하여 수년간 하이브리드 섬유보강 콘크리트에 관한 많은 연구가 진행되어 왔다. 그러나 비정질 강섬유와 유기섬유를 이용한 하이브리드 섬유보강 콘크리트에 관한 연구는 이루어지지 않은 실정이다. 따라서, 본 연구의 목적은 비정질 강섬유와 유기섬유로서 폴리아미드 섬유를 이용한 하이브리드 섬유보강 콘크리트의 압축강도, 장기 건조수축 및 내동해성을 평가하는 것이다. 이를 위하여 목표 압축강도 40 및 60 MPa 각각에 대해서 하이브리드 섬유 혼입률을 전체 체적비로 1.0%로 설정하여 비정질 강섬유와 폴리아미드 섬유를 이용한 하이브리드 섬유보강 콘크리트를 제작하였다. 제작된 하이브리드 섬유보강 콘크리트의 장기 건조수축 및 내동해성을 평가한 결과, 재령 365일 및 730일에서의 장기 길이변화율은 플레인 콘크리트보다 각각30%, 25% 이상 감소된 것으로 나타났으며, 동결융해 300 사이클 후의 내구성 지수는 90% 이상으로, 내동해성이 있는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권4호
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• pp.317-326
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• 2022

구조용 합성섬유는 작은 비중에 의한 반발률 감소, 지하수 및 해수에 의한 부식 발생의 우려가 없어 강섬유의 대체재로 구조용 합성섬유의 관심이 최근 높아지고 있다. 본 연구에서는 시멘트 복합체의 잔골재 조립률이 구조용 섬유의 인발강도 및 인발에너지에 미치는 영향을 평가하기 위한 실험연구를 수행하였다. 조립률 1.96, 2.69, 3.43인 잔골재로 시멘트 몰탈을 제작하였으며 구조용 합성섬유 1종(polypropylene), 강섬유 1종(hooked ends type)을 대상으로 단일섬유 dog bone shape 공시체를 제작하여 pull-out 실험을 수행하였다. 실험결과 구조용 합성섬유 공시체에서 시멘트 몰탈의 조립률이 증가할수록 인발강도 및 인발에너지가 증가함을 알 수 있었다. 구조용 합성섬유의 경우 시멘트 몰탈과 섬유 사이의 마찰력이 인발메커니즘의 중요인자로 시멘트 몰탈의 잔골재 조립률이 높아질수록 골재 입자가 크고 거칠어지며 섬유와 시멘트 몰탈 사이의 마찰력이 증가하여 섬유의 인발을 억제하기 때문으로 판단된다. 반면, 강섬유 공시체의 경우 시멘트 몰탈 조립률 증가에 따른 인발강도 및 인발에너지의 뚜렷한 경향성은 나타나지 않았다. 이는 강섬유 hooked ends 부분의 기계적 정착이 시멘트 복합체와 강섬유 사이의 마찰력과 비교하여 인발저항력에 미치는 영향이 더 크므로 시멘트 복합체의 잔골재 조립률 변화가 인발저항력에 상대적으로 적은 영향을 미치는 것으로 판단된다.

• 한국건축시공학회지
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• 제17권2호
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• pp.167-174
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• 2017

고비율의 고로슬래그를 사용한 슬러리 충전 고성능 섬유보강 시멘트 복합체(SI-HPFRCC)의 역학적 성능을 평가하였다. SI-HPFRCC 실험체 제작을 위해 hooked-end 형의 강섬유를 6.4% 사용하였다. 재령에 따른 압축강도 및 압축인성과 휨강도 및 휨인성 실험을 통해 SI-HPFRCC의 역학적 성능을 평가하였다. 또한 섬유보강 효과를 평가하기 위해 SI-HPFRCC 실험체 제작에 사용된 슬러리 매트릭스의 압축강도 및 휨강도를 측정하였다. 실험결과 SI-HPFRCC의 휨거동이 재령에 따라 취성이 증가함을 확인하였다. 압축거동의 경우에도 재령에 따른 취성 증가를 볼 수 있었으나 그 정도는 미미하였다. 강도측면에서 볼 때 SI-HPFRCC는 슬러리 매트릭스에 비해 약 140~190%의 압축강도 증가와 440~500%의 휨강도 증가를 보였다.

• 한국건축시공학회지
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• 제15권6호
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• pp.615-620
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• 2015

고성능 시멘트 복합재료(HPFRCC)는 인장력 작용 하에 있어서 초기 균열이 발생한 이후에도 변형의 증가와 함께 응력이 증가하는 변형경화 특성과 다수의 미세 균열이 발생함으로써 균열 폭 제어 특성을 나타낸다. 그러나 국내의 HPFRCC의 연구는 단일섬유를 중심으로한 제조방법이나 경화전후의 재료적 성상에 관한 연구들이 진행되어지고 있으나 복합섬유인 HPFRCC를 실무에서 활용하기 위한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 시공성 및 경제성을 고려하여 실무에서 효율적인 활용성을 검토하기 위한 방안으로 강섬유(이하 SL)와 유기섬유(이하 OL)를 조합한 복합섬유로 유동성 및 강도 등 제반 공학적 특성을 검토하고자 한다. 결과적으로 강섬유 장섬유(SL)과 유기섬유 장섬유(OL)의 복합섬유를 활용하는 HPFRCC의 제반 공학적 성능을 검토한 결과 복합섬유 혼입율 1.5%일 때 가장 우수한 것으로 판단되었다.