• Computers and Concrete
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• 제29권4호
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• pp.219-235
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• 2022

Strengthening slender reinforced concrete (RC) columns is a challenge. They are susceptible to overall buckling that induces bending moment and axial compression. This study presents the precise three-dimensional finite element modeling of slender RC columns strengthened with fiber-reinforced polymer (FRP) composites sheets with various patterns under concentric or eccentric compression. The slenderness ratio λ (height/width ratio) of the studied columns ranged from 15 to 35. First, to determine the optimal modeling procedure, nine alternative nonlinear finite element models were presented to simulate the experimental behavior of seven FRP-strengthened slender RC columns under eccentric compression. The models simulated concrete behavior under compression and tension, FRP laminate sheets with different fiber orientations, crack propagation, FRP-concrete interface, and eccentric compression. Then, the validated modeling procedure was applied to simulate 58 FRP-strengthened slender RC columns under compression with minor eccentricity to represent the inevitable geometric imperfections. The simulated columns showed two cross sections (square and rectangular), variable λ values (15, 22, and 35), and four strengthening patterns for FRP sheet layers (hoop H, longitudinal L, partial longitudinal L_w, and longitudinal coupled with hoop LH). For λ=15-22, pattern L showed the highest strengthening effectiveness, pattern L_w showed brittle failure, steel reinforcement bars exhibited compressive yielding, ties exhibited tensile yielding, and concrete failed under compression. For λ>22, pattern L_w outperformed pattern L in terms of the strengthening effectiveness relative to equivalent weight of FRP layers, steel reinforcement bars exhibited crossover tensile strain, and concrete failed under tension. Patterns H and LH (compared with pattern L) showed minor strengthening effectiveness.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권4C호
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• pp.247-253
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• 2008

본 연구에서는 준설토, 폐타이어 분말 및 저회(bottom ash)를 재활용한 폐타이어 분말 혼합경량토의 역학적 특성을 고찰하였다. 본 실험에서 폐타이어 분말의 함량은 건조 준설토 중량대비 0%에서 100%까지 25%간격으로 변화시켜 5개의 공시체를 준비하였다. 혼합된 공시체는 일축압축시험, 탄성파 시험을 수행하여 강도와 지반정수들을 구하였다. 실험결과 폐타이어 함량이 증가함에 따라 일축압축강도와 단위중량은 감소하는 경향을 나타내었다. 그러나 파괴시 축변형률은 증가하는 것으로 나타났다. 또한 폐타이어 분말의 함량이 증가할수록 폐타이어 혼합경량토의 응력-변형률 곡선은 취성적 거동보다는 연성적 거동을 나타내었다. 탄성파 시험에서는 폐타이어 함량이 증가함에 따라 탄성파 속도와 전단탄성계수는 감소하는 성질을 나타내고 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권3A호
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• pp.309-316
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• 2010

이 논문에서는 인장과 압축하중에 놓은 무근 콘크리트와 철근콘크리트 구조물의 거동을 모사하기 위해 비국소화 이방성 손상모델을 제안하였다. 손상변수로써 대칭형의 이차 텐서을 사용한 연속체 손상모델에 기초한다. 콘크리트와 같은 준-취성재료에 있어 손상양상은 인장부와 압축부에서 다른 양상을 나타낸다. 이러한 두 개의 손상영역은 전체 변형률 텐서의 주변형률 성분을 손상텐서 속도에 비례하는 손상진전 법칙을 이용하여 모델링하였다. 제안된 모델의 유효성을 검토하기 위해 nooru-mohamed에 의해 실시된 이중 노치가 있는 시험체와 철근콘크리트 휨 시험체를 대상으로 해석을 수행하였다. 해석결과, 비국소화 이방성 모델은 혼합모드 파괴에 대한 균열진전을 적절히 모사할 수 있었으며 철근콘크리트 휨 시험체의 구조적 파괴에 있어서도 높은 수준의 콘크리트 손상 및 철근의 항복까지를 해석할 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제12권1호
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• pp.15-29
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• 2010

스폴링 현상은 높은 현지응력하에서 확장균열의 발달로 암반공동 주변에서 발생하는 파괴형태이다. 기존 연구에 의하면 3가지 스폴링 기준은 범위로 제시되어 있어 기준자체의 애매모호함이 상존하고 있다. 본 연구에서는 퍼지확률이론을 적용한 새로운 스폴링 발생 종합 평가모델을 제안하였고 스폴링 발생현장에 평가모델을 적용한 결과 현장관측결과와 일치하는 결과를 보였으며, 정량적으로 스폴링 발생확률을 산정할 수 있었다. 특히, 3가지 스폴링 평가인자별 상대중요도를 고려한 가중치를 적용함으로써 실제 스폴링이 관측된 현장이 스폴링이 발생하지 않는 것으로 평가되는 오류를 해결하였다. 또한, Martin 등(1999)의 손상지수에 형상계수를 도입한 수정손상지수가 포함된 스폴링 평가인자를 스폴링 발생 종합 평가모델에 적용한 결과 합리적인 스폴링 발생확률을 산정할 수 있었다.

• Steel and Composite Structures
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• 제49권3호
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• pp.337-348
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• 2023

Successive wetting and drying cycles of concrete due to weather changes can endanger the safety of engineering structures over time. Considering wetting and drying cycles in concrete tests can lead to a more correct and reliable design of engineering structures. This study aims to provide a model that can be used to estimate the resistance properties of concrete under different wetting and drying cycles. Complex sample preparation methods, the necessity for highly accurate and sensitive instruments, early sample failure, and brittle samples all contribute to the difficulty of measuring the strength of concrete in the laboratory. To address these problems, in this study, the potential ability of six machine learning techniques, including ANN, SVM, RF, KNN, XGBoost, and NB, to predict the concrete's tensile strength was investigated by applying 240 datasets obtained using the Brazilian test (80% for training and 20% for test). In conducting the test, the effect of additives such as glass and polypropylene, as well as the effect of wetting and drying cycles on the tensile strength of concrete, was investigated. Finally, the statistical analysis results revealed that the XGBoost model was the most robust one with R2 = 0.9155, mean absolute error (MAE) = 0.1080 Mpa, and variance accounted for (VAF) = 91.54% to predict the concrete tensile strength. This work's significance is that it allows civil engineers to accurately estimate the tensile strength of different types of concrete. In this way, the high time and cost required for the laboratory tests can be eliminated.

• Earthquakes and Structures
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• 제26권3호
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• pp.203-218
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• 2024

Beam-column joints in the frame structure are at high risk of brittle shear failure which would lead to significant residual deformation and even the collapse of the structure during an earthquake. In order to improve the damage issue and enhance the recoverability of the beam-column joints, a sector lead rubber damper (SLRD) has been developed. The SLRD can increase the bearing capacity and energy dissipation capacity, and also demonstrating recoverability of seismic performance following cyclic loading. In this paper, the hysteretic behavior of SLRD was experimentally investigated in terms of the regular hysteretic behavior, large deformation behavior and fatigue behavior. Furthermore, a parametric analysis was performed to study the influence of the primary design parameters on the hysteretic behavior of SLRD. The results show that SLRD resist the exerted loading through the shear capacity of both rubber parts coupled with the lead cores in the pre-yielding stage of lead cores. In the post-yielding phase, it is only the rubber parts of the SLRD that provide the shear capacity while the lead cores primarily dissipate the energy through shear deformation. The SLRD possesses a robust capacity for large deformation and can sustain hysteretic behavior when subjected to a loading rotation angle of 1/7 (equivalent to 200% shear strain of the rubber component). Furthermore, it demonstrates excellent fatigue resistance, with a degradation of critical behavior indices by no more than 15% in comparison to initial values even after 30 cycles. As for the designing practice of SLRD, it is recommended to adopt the double lead core scheme, along with a rubber material having the lowest possible shear modulus while meeting the desired bearing capacity and a thickness ratio of 0.4 to 0.5 for the thin steel plate.

• Advances in nano research
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• 제16권3호
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• pp.217-229
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• 2024

This paper presents results of visual analysis of cracks formation and propagation of concretes made of quaternary binders (QBC). A composition of the two most commonly used mineral additives, i.e. fly ash (FA) and silica fume (SF) in combination with nanosilica (nS), has been proposed as a partial replacement of the cement. The principal objective of the present study is to achieve information about the effect of simultaneous incorporation of three pozzolans as partial replacement to the OPC on the fracture processes in concretes made from quaternary binders (QBC). The modern and precise non-contact measurement method (NCMM) via digital image correlation (DIC) technique was used, during the studies. In the course of experiments it was established that the substitution of OPC with three pozzolans including the nanoadditive in FA+SF+nS FA+SF+nS combination causes a clear change of brittleness and behavior during fractures in QBCs. It was found that the shape of cracks in unmodified concrete was quasi-linear. Substitution of the binder by SCMs resulted in a slight heterogeneity of the structure of the QBC, including only SF and nS, and clear heterogeneity for concretes with the FA additive. In addition, as content of FA rises throughout each of QBC series, material becomes more ductile and shows less brittle failure. It means that an increase in the FA content in the concrete mix causes a significant change in fracture process in this composite in comparison to concrete with the addition of silica modifiers only.

• Steel and Composite Structures
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• 제50권6호
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• pp.675-688
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• 2024

Cold-formed steel (CFS) is prone to buckling failure under loading. Lightweight concrete (LC) made of lightweight aggregate has light weight and excellent thermal insulation performance. However, concrete is brittle in nature which is why different materials have been used to improve this inherent behavior of concrete. The distortional buckling (DB) performance of cold-formed steel-lightweight concrete (CFS-LC) composite columns was investigated in this paper. Firstly, the compressive strength test of foam concrete (FC) and ceramsite concrete (CC) was carried out. The performance of the CFS-LC members was investigated. The test results indicated that the concrete-filled can effectively control the DB of the members. Secondly, finite element (FE) models of each test specimen were developed and validated with the experimental tests followed by extensive parametric studies using numerical analysis based on the validated FE models. The results show that the thickness of the steel and the strength of the concrete-filled were the main factors on the DB and bearing capacity of the members. Finally, the bearing capacity of the test specimens was calculated by using current codes. The results showed that the design results of the AIJ-1997 specification were closer to the experimental and FE values, while other results of specifications were conservative.

• 헤리티지:역사와 과학
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• 제46권3호
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• pp.212-228
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• 2013

파손된 석조문화재를 재사용하기 위한 방법으로 금속보강재를 사용하게 되는데 현재까지 보강재에 대한 보존처리 지침 없이 처리자의 경험에 의해서 이루어지다 보니 여러 가지 문제점이 도출되고 있다. 따라서 2차적인 원부재의 훼손을 최소화하기 위한 금속봉의 구조적 보강방법과 거동 특성 등을 제안된 실험체를 통해 검증 받아 금속보강재 매입방법에 관한 설계기준을 마련하고자 하였다. 절단면에 에폭시수지 접합만 할 경우 원 모재 물성의 70% 정도밖에 회복되지 않아 30%에 대한 금속보강재의 구조적 보강이 필요하다. 금속봉은 석재 취성파괴 후 구조적 거동을 받는데 금속보강재비가 0.251% 이하로 설계되면 구조적 거동은 발생하지 않으며, 0.5% 이상이면 구조적 보강은 이루어지나 모재의 2차 훼손을 유발시킨다. 따라서 $1,500kgf/cm^2$ 강도를 갖는 석재의 적정 금속보강재비는 접착단면적의 0.283~0.377% 정도로 설계되어야 가역성 있는 파손과 보강재의 연성거동이 이루어진다. 또한 휨 하중에 대응되는 금속봉의 최대 응력을 기대하기 위해서는 보강재 간격을 멀리하는 것보다 가깝게 유지하는 것이 효율적이며, 특히 상부에 보강재를 매입하는 것은 구조적으로 아무런 도움이 되지 못하고 오히려 원부재의 손상만 유발한다. 따라서 보강재는 하부에 집중배치하고 일부 중앙부에 매입하여야 안정적인 인장재 역할을 하면서 하중응력을 받는다. 금속봉의 분산효과는 보강봉의 면적에 영향을 받을 뿐 지름과는 무관하였다. 하지만 큰 규모를 대상으로 할 때는 접착 단면을 고려하여 보강재 개수를 늘려주는 것이 하중응력에 안정적이다. 이때 적용되는 정착길이는 보강재의 직경에 따라 다음과 같은 식($l_d=a_tf_y/u{\Sigma}_0$)에 의거하여 설계한다. 또한 구조재로서 거동을 하기 위해서는 반드시 마디가 있는 전산형 보강봉을 사용하여야 한다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제24권5호
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• pp.535-547
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• 2012

PSRC 기둥은 앵글을 콘크리트에 매입시킨 기둥으로, 단면의 외곽 코너에 배치되는 앵글이 기둥의 휨-압축에 저항하고, 횡철근은 기둥의 전단과 앵글-콘크리트 사이의 부착에 저항한다. 본 연구에서는 KBC 2009에 따라 PSRC 합성기둥의 휨, 전단, 부착 설계방법을 정립하고, 단순지지된 2/3 스케일의 PSRC 보와 SRC 보의 2점 가력 휨실험을 통하여 제안된 설계법을 검증하고 PSRC 합성기둥의 파괴특성을 분석하였다. 단면의 강재비와 횡철근 간격을 실험 변수로 고려하였다. 실험결과, KBC 2009으로 예측한 PSRC 합성기둥의 휨, 전단, 부착 강도는 실험결과와 잘 일치하였다. 고강도 앵글이 기둥 단면의 외곽에 배치되므로 PSRC 합성기둥은 동일한 강재비를 갖는 일반 SRC 합성기둥 단면에 비하여 매우 우수한 휨저항 성능을 나타냈다. 그러나 앵글과 콘크리트 사이의 부착강도가 충분히 학보되지 못한 경우 합성기둥 단면의 휨항복강도를 발휘하기 이전에 앵글의 부착파괴, 피복콘크리트 파괴, 횡철근의 파단 등이 발생하였다. 또한 앵글 용접성 및 인성이 부족할 경우 앵글-횡철근 용접부에서 앵글의 파단에 의해 실험체가 파괴되었다.