최근 구조물의 사용연한이 증가함에 따라 다양한 요인에 의해 철근이 부식되어 구조물의 내하력이 감소하는 문제들이 발생하고 있다. 이를 해결하기 위하여 내식성, 경량성, 고인장강도를 갖는 FRP 보강근의 부착특성에 대한 연구가 활발히 진행중이나, 콘크리트에 매립된 격자형 CFRP 보강재의 부착특성에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 격자형 CFRP 보강재를 철근의 대체재로 사용하고 사용성 측면에서 부착특성을 평가하기 위해, 격자형 CFRP 보강재의 종방향 부착길이와 횡방향 격자길이를 변수로 하여 직접인발시험을 수행하였다. 이를 통해 격자형 CFRP 보강재의 부착하중-슬립 곡선을 도출하였으며, 부착거동을 분석하였다. 총 부착하중 식은 종방향 부착길이의 부착력과 횡방향 격자의 전단력의 합으로 제안하였으며, 부착하중-슬립곡선의 면적을 전체 일로 표현하여 슬립량에 대한 에너지 소산량의 변화를 분석하여 횡방향 격자가 부착력에 미치는 영향에 대하여 검토하였다.
This paper focuses on the flexural behavior of RC beams externally reinforced using Carbon Fiber Reinforced Plastics plates (CFRP). A non-linear finite element (FE) analysis is proposed in order to complete the experimental analysis of the flexural behaviour of the beams. This paper is a part of a complete program aiming to set up design formulate to predict the strength of CFRP strengthened beams, particularly when premature failure through plates-end shear or concrete cover delamination occurs. An elasto-plastic behaviour is assumed for reinforced concrete and interface elements are used to model the bond and slip.
In general, the nonlinear behavior of composite structures composing of steel and concrete is analyzed on the basis of the assumption of the perfect bond actions in steel-concrete interface in which the interface slip or separation is not allowed. The assumption is based on the fact that the full interface bond behavior is provided with the mechanical connectors of studs. However, since the number and spacing of the studs are determined by the stress resultants calculated in the interface area, the interface analysis is required to evaluate the stress resultants. This paper describes the nonlinear steel-concrete interface behavior considering the two interface failure mechanisms of slip and separation. Elastoplastic constitutive relation is developed. thru the formulation framework using the two energy dissipation mechanisms. As the result, the steel plate push-out tests sandwitched between concrete blocks are analyzed and compared with the test results with which the good agreements are observed.
This study is to relate the bond characteristics of CFRP rebar in high strength concrete incorporated with silica fume(SF) and metakaolin(MK). An direct bond test were performed to evaluate the effect of SF and MK on bond properties of high-strength concrete and CFRP rebar. The high strength concrete mix included four SF and MK mixes with 0%, 5%, 10% and 15%. Results of bond performance experiment in relation to pullout vs slip behavior of FRP rebar and high strength showed better performance of SF than MK. Also, the results showed the improved bond strength as replacement ratio of SF and MK increased. The relative bond strength in which $1.3{\sim}3.2$ of estimated values were obtained.
Reinforced concrete structures are vulnerable to high temperature conditions such as those during a fire. At elevated temperatures, the mechanical properties of concrete and reinforcing steel as well as the bond between steel rebar and concrete may significantly deteriorate. The changes in the bonding behavior may influence the flexibility or the moment capacity of the reinforced concrete structures. The bond strength degradation is required for structural design of fire safety and structural repair after fire. However, the investigation of bonding between rebar and concrete at elevated temperatures is quite difficult in practice. In this study, bond constitutive relationships are developed for normal and high-strength concrete (NSC and HSC) subjected to fire, with the intention of providing efficient modeling and to specify the fire-performance criteria for concrete structures exposed to fire. They are developed for the following purposes at high temperatures: normal and high compressive strength with different type of aggregates, bond strength with different types of embedment length and cooling regimes, bond strength versus to compressive strength with different types of embedment length, and bond stress-slip curve. The proposed relationships at elevated temperature are compared with experimental results.
철근과 콘크리트의 부착은 콘크리트와 철근의 일체거동에 의한 안전성 확보를 위해서도 필요하지만, 적정수준의 연성을 확보하여, 부재의 거동을 조절하기 위해서도 필요하다. 현재까지 반복하중 하에서의 부착응력-슬립관계에 대한 연구는 진행되어 왔으나, 철근 부식이 이루어진 경우의 반복하중 하에서의 부착응력-슬립관계에 대한 연구는 거의 없는 실정이다. 따라서 이 연구에서는 부식된 철근의 부착 실험을 통하여 단조하중과 반복하중 하에서의 부식률에 따른 부착응력-슬립 관계를 살펴보았다. 실험결과로부터 철근 부식은 할열 균열이 발생하기 전까지는 단조하중에서의 부착강도를 증가시키는 것을 확인하였다. 그리고 반복하중 횟수와 반복하중 하에서의 슬립 및 잔류슬립을 이중로그스케일로 도시한 결과, 철근 부식이 있는 경우에도 철근 부식이 없는 경우와 마찬가지로 선형 관계임을 확인하였다. 그리고 부식에 의한 균열이 발생하지 않는 한, 철근 부식이 반복하중 재하 이후의 부착강도 및 부착강도에서의 슬립 등 부착 특성에 영향을 미치지 않는 것도 알 수 있었다. 마지막으로, 철근 부식으로 인한 균열이후에서의 응력수준에 따른 피로수명은 급격히 감소하는 것을 확인하였다. 이 연구에서 제시하는 철근 부식을 고려한 반복하중 하에서의 부착응력-슬립의 관계는 철근콘크리트 구조물의 내구수명 예측 시 유용하게 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
탄소섬유쉬트는 경량, 고강도, 우수한 내식성, 그리고 간편한 시공성 때문에 많은 종류의 철근콘크리트 부재의 보강에 사용되고 있다. 그러나 탄소섬유쉬트에 의해 보강된 철근콘크리트 부재의 파괴거동은 탄소섬유쉬트와 콘크리트 표면의 부착특성에 따라 크게 달라진다. 본 연구에서는 탄소섬유쉬트와 콘크리트 사이의 경계면에 링크요소를 이용함으로써 탄소섬유쉬트와 콘크리트 사이의 부착거동의 변화를 고려한 부착응력-미끄럼 모델을 제안하였다. 또한 이 방법의 유효성을 알아보기 위하여 탄소섬유쉬트로 보강된 철근콘크리트 보의 파괴거동에 대한 해석을 실시하여 실험결과와 비교하였다. 그 결과 본 연구에서 제안된 모델을 이용한 해석결과는 실험결과와 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다.
A moment-curvature relationship to simulate the behavior of reinforced concrete (RC) columns under cyclic loading is introduced. Unlike previous moment4curvature models and the layered section approach, the proposed model takes into account the bond-slip effect by using a monotonic moment-curvature relationship constructed on the basis of the bond-slip relation and corresponding equilibrium equation at each nodal point. In addition, the use of curved unloading and reloading branches inferred from the stress-strain relation of steel gives more exact numerical result. The pinching effect caused by axial force is considered with an assumption that the absorbing energy corresponding to any deformation level maintains constant regardless of the magnitude of applied axial lone. The advantages of the proposed model, comparing to layered section approach, may be on the reduction in calculation time and memory space in case of its application to large structures. Finally, correlation studies between analytical result and experimental studies are conducted to establish the validity of the proposed model.
With the aim to provide better predication about fracture behavior, a numerical simulating strategy based on the rigid spring model is proposed for reinforced concrete (RC) structures in this study. According to the proposed strategy, concrete is partitioned into a series of irregular rigid blocks based on the Voronoi diagram, which are connected by interface springs. Steel bars are simulated by bar elements, and the bond slip element is defined at bar element nodes to describe the interaction between reinforcement and concrete. A concrete damage evolution model based on the separation criterion is adopted to describe the weakening process of interface spring between adjacent blocks, while a nonlinear bond slip model is introduced to simulate the synergy behaviour of reinforced steel bars and concrete. In the damage evolution model of concrete, the influence of compressive stress perpendicular to the interface on the shear strength is considered. To check the effectiveness and applicability of the proposed modelling, experimental and numerical studies about a simply-supported RC beam and the two-notched concrete plates in Nooru-Mohamed's experiment are conducted, and the grid sensitivity are investigated.
To reduce the damage of concrete in fire, a new type of lightweight cinder aggregate concrete was developed due to the excellent fire resistance of cinder. To further enhance its fire resistance, Polypropylene (PP) Fibers which can enhance the fire resistance of concrete were also used in this type of concrete. However, the bond behavior of this new type of concrete after fire exposure is still unknown. To investigate its bond behavior, 185 specimens were heated up to 22, 200, 400, 600 or 800℃ for 2 h duration respectively, which is followed by subsequent compressive and tensile tests at room temperature. The concrete-rebar bond strength of C30 PP fiber-reinforced cinder concrete was subsequently investigated through pull-out tests after fire exposure. The microstructures of the PP fiber-reinforced cinder concrete and the status of the PP fibre at different temperature were inspected using an advanced scanning electron microscopy, aiming to understand the mechanism of the bonding deterioration under high temperature. The effects of rebar diameter and bond length on the bond strength of PP fiber-reinforced cinder concrete were investigated based on the test results. The bond-slip relation of PP fiber-reinforced cinder concrete after exposure at different temperature was derived based on the test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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