• 한국건설관리학회논문집
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• 제5권6호
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• pp.212-217
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• 2004

이 연구는 같은 위치에 힘모멘트와 전단력이 최대가 되는 철근콘크리트 보에 대하여 휨모멘트 보강을 실시하는 경우, 탄소 섬유판의 두께와 하중점 부위 및 탄소섬유판의 끝부분을 감싸는 탄소섬유쉬트의 겹수를 변수로 하여 보의 구조적 거동을 실험하였다. 탄소섬유판의 두께의 증가에 따라 내력이 증가하였으나 선형적으로 비례하지 않았으며, 하중점에 감싼 탄소섬유쉬트의 영향은 뚜렷하게 나타나지 않았다 이 는 보강시험의 주된 파괴가 탄소섬유판의 파단이 아닌 하중점 주위에서의 휭-전단균열에서부터 층분리가 시작되었고 하중점을 탄소섬유쉬트로 감싼 경우 휭-전단균열 탄소섬유쉬트의 바깥 부분으로 이동하기 때문이다. 또한 탄소섬유판 단부에 정착용으로 시공한 탄소섬유쉬트는 하중점에서 발생한 취성파괴로 인하여 큰 효과를 나타내지 못하였다. 그러므로 재하상태에 따른 설계방법을 다르게 할 필요가 있으며, 특히 같은 위치에서 휨모멘트와 전단력이 최대가 되는 경우 탄소섬유판의 유효 두께는 최대 0.6mm로 하고 무보강보의 휨모멘트에 대한 보강된 보의 휨모멘트 비는 1.5-2.0으로 제한하는 것이 바람직하며, 0.6mm이상의 탄소섬유판을 사용하기 위하여 탄소섬유쉬트로 하중점을 보강하는 경우 무보강보 휨모멘트의 1.5 배가 되는 위치이상 탄소섬유쉬트를 연장하는 것이 바람직하다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제63권3호
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• pp.361-370
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• 2017

Through the use of finite element analysis and acoustic emission techniques we have evaluated the interfacial failure of a carbon fiber reinforced polymer (CFRP) repair patch on a notched aluminum substrate. The repair of cracks is a very common and widely used practice in the aeronautics field to extend the life of cracked sheet metal panels. The process consists of adhesively bonding a patch that encompasses the notched site to provide additional strength, thereby increasing life and avoiding costly replacements. The mechanical strength of the bonded joint relies mainly on the bonding of the adhesive to the plate and patch stiffness. Stress concentrations at crack tips promote disbonding of the composite patch from the substrate, consequently reducing the bonded area, which makes this a critical aspect of repair effectiveness. In this paper we examine patch disbonding by calculating the influence of notch tip stress on disbond area and verify computational results with acoustic emission (AE) measurements obtained from specimens subjected to uniaxial tension. The FE results showed that disbonding first occurs between the patch and the substrate close to free edge of the patch followed by failure around the tip of the notch, both highest stress regions. Experimental results revealed that cement adhesion at the aluminum interface was the limiting factor in patch performance. The patch did not appear to strengthen the aluminum substrate when measured by stress-strain due to early stage disbonding. Analysis of the AE signals provided insight to the disbond locations and progression at the metal-adhesive interface. Crack growth from the notch in the aluminum was not observed until the stress reached a critical level, an instant before final fracture, which was unaffected by the patch due to early stage disbonding. The FE model was further utilized to study the effects of patch fiber orientation and increased adhesive strength. The model revealed that the effectiveness of patch repairs is strongly dependent upon the combined interactions of adhesive bond strength and fiber orientation.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제17권6호
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• pp.21-30
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• 2013

최근 발생한 대규모 지진으로 구조물의 내진보강에 대한 사회적 관심도가 높아지고 있다. 특히 내진설계가 반영되지 않은 기둥의 경우 지진에 의한 횡하중을 저항하지 못하고, 취성적인 파괴가 유발되어 구조물 전체적 붕괴를 유발할 수 있다. 따라서 빠른 시간내에 보강이 가능하면서 기둥에 손상을 주지 않는 기존의 보강법과 구별되는 응급 보강법이 필요하다. 과거에는 기둥 보강법으로 단면 증설법과 강판보강법 등이 개발되어 현장에 적용되었지만, 최근에는 FRP (Fiber Reinforced Polymer)의 장점을 활용한 탄소섬유시트공법이 많이 사용되고 있다. 본 연구에서는 긴급시공이 가능한 체결식 FRP 내진보강재를 사용한 구조물의 내진성능보강효과를 검토하고자 하였다. 검토를 위하여 실제 구조물의 축소모델의 철근콘크리트 시험체를 제작하고 횡방향 변위하중을 가력하였다. FRP 내진보강재를 이용한 내진보강시공 후 실내시험을 통하여 내진성능을 평가하였다. 그 결과 개발된 보강재의 철근콘크리트 구조물에 보강 시, 내진성능이 향상됨을 확인하였다.

• 한국안전학회지
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• 제33권2호
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• pp.8-13
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• 2018

The light weight composite materials have been replacing in high performance structures. The object of this study is to examine the effects of the initial crack location about a delamination in a PVC foam cored sandwich composite that is used for the strength improvement of structures. The initial crack location and fiber laminates thickness were changed with several types. The MMB specimen was used for evaluating the fracture toughness and crack behaviors. The material used in the experiment is a commercial twill carbon prepreg in CFRP material and Airex in PVC foam core. Sandwich laminate composites are composed by PVC foam core layer between CFRP face sheets. The face sheets were fabricated as 2 types of 5 and 8 plies. The initial cracks were located in a PVC form core and the interface of upper CFRP sheet. From the results, the crack initiation was affected with the location of the initial crack inserted in the PVC foam core. Among them, the initial crack at 1/3 of the upper part of the PVC foam core was the most rapid progression. And the critical energy release rate was $0.40kJ/m^2$, which is the lowest value when the initial crack was inserted into the interface between a PVC foam core and CFRP laminated with 5 plies. Meanwhile, the highest value of $1.27kJ/m^2$ was obtained when the initial crack was located at the center line in case of the 8 plies.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권1호
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• pp.845-852
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• 2015

본 연구에서는 합리적인 보강설계를 위하여 기존 철근콘크리트 보에 탄소섬유시트 보강시 하중이력에 따른 휨보강 효과를 분석하였다. 실구조물에서는 다양한 하중이력을 겪은 철근콘크리트보에 보강을 하게 되나 보강시기에 따른 구조물과 보강재료의 초기상태가 고려되지 않으므로 구조물의 안전적 측면과 경제적 측면으로 문제점을 발생시킬 수 있는 요인이 된다. 다양한 하중이력을 거친 RC 보의 변형률 상태를 고려하여 탄소섬유시트 보강에 따른 거동변화를 분석하였다. 휨보강후 거동에 영향을 미치는 변수들에 대하여 보강대상 부재의 하중이력의 영향을 고려한 비선형 단면해석결과 탄소섬유 휨보강보의 보강 후 구조적 성능은 하중이력에 따라 달라지는 것으로 나타났다. 탄소섬유 휨보강보의 휨강도는 하중이력에 크게 영향을 받으므로 설계시 반드시 고려하여야 한다.

• Computers and Concrete
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• 제18권6호
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• pp.1083-1096
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• 2016

Beam-column joints are recognized as the weak points of reinforcement concrete frames. The ductility of reinforced concrete (RC) frames during severe earthquakes can be measured through the dissipation of large energy in beam-column joint. Retrofitting and rehabilitating structures through proper methods, such as carbon fiber reinforced polymer (CFRP), are required to prevent casualties that result from the collapse of earthquake-damaged structures. The main challenge of this issue is identifying the effect of CFRP on the occurrence of failure in the joint of a cross section with normal ductility. The present study evaluates the retrofitting method for a normal ductile beam-column joint using CFRP under monotonic and cyclic loads. Thus, the finite element model of a cross section with normal ductility and made of RC is developed, and CFRP is used to retrofit the joints. This study considers three beam-column joints: one with partial CFRP wrapping, one with full CFRP wrapping, and one with normal ductility. The two cases with partial and full CFRP wrapping in the beam-column joints are used to determine the effect of retrofitting with CFRP wrapping sheets on the behavior of the beam-column joint confined by such sheets. All the models are subjected to monotonic and cyclic loading. The final capacity and hysteretic results of the dynamic analysis are investigated. A comparison of the dissipation energy graphs of the three connections shows significant enhancement in the models with partial and full CFRP wrapping. An analysis of the load-displacement curves indicates that the stiffness of the specimens is enhanced by CFRP sheets. However, the models with both partial and full CFRP wrapping exhibited no considerable improvement in terms of energy dissipation and stiffness.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권3A호
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• pp.221-228
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• 2010

탄소섬유시트 보강공법은 열화 손상된 콘크리트 구조물의 보강에 가장 많이 사용되는 보강공법 중 하나이다. 탄소섬유시트 보강공법은 에폭시접착제를 사용하여 탄소섬유시트를 콘크리트의 외부에 부착하는 보강공법으로 탄소섬유시트에 의한 휨보강이 에폭시 접착 경계면을 통하여 콘크리트로 전달된다. 따라서 사용기간이 경과함에 따라 에폭시 접착 경계면에 발생하는 크리프 등의 시간의존적 거동은 보강효과를 감소시키는 요인이 된다. 본 연구에서는 경계면에서 발생하는 크리프 영향을 해석하기 위하여 콘크리트의 크리프 거동에 대한 기존의 연구들을 고찰하고, 이를 바탕으로 에폭시 접착 경계면의 크리프 영향을 예측할 수 있는 이론적인 연구를 수행하였다. 제안된 유한요소해석기법은 기존의 콘크리트 크리프 거동 분석을 위해 사용되던 유변모델을 에폭시 접착 경계면에 적용한 것으로 기존 실험결과와 비교를 통하여 타당성을 검증하였다. 또한, 제안된 유한요소해석을 통하여 탄소섬유시트로 보강된 콘크리트 구조물의 시간의존적 거동에 경계면 재료의 크리프 영향을 반드시 고려해야 한다는 것을 입증하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.171-178
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• 2019

본 연구는 탄소섬유시트, 아라미드섬유시트, 그리고 유리섬유시트를 혼합한 하이브리드 FRP 플레이트를 제작하였으며, 제작한 보강 플레이트를 보강한 후, 최대한의 휨 보강 효과가 발생되도록 다시 보강 플레이를 긴장시켜 RC보의 휨 보강 효과를 파악하고자 하였다. 또한, 긴장시키는 보강방법을 제시하는 동시에 무보강 실험체에 비해 보강효과가 어느 정도 되는지 실험적으로 규명하기 위해 실험적 연구를 진행하였다. 연구를 위해 총 8개의 RC 보 부재를 동일하게 제작하여 1 개의 실험체(N 실험체)를 제외한 7 개의 실험체는 보강재 종류, 단부 정착 앵커 개수, 보강재 두께 등을 주요 변수로 하여 실험을 실시하였다. 실험결과, 휨 거동을 보이는 실험체에 긴장을 가한 FRP 플레이트로 보강하면, 보강하지 않은 실험체에 비해 우수한 휨거동(초기강도, 항복시 강도 및 강성, 최대강도 등)보여 주었으며, 단부정착 앵커의 개수가 많고, 보강재의 두께(보강량)가 클수록 보강효과가 우수한 것으로 나타났으며, 긴장시킨 보강재는 단일 FRP 플레이트에 비해, 하이브리드 FRP 플레이트를 적용했을 때 보강효과가 더 우수하게 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제24권5호
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• pp.9-16
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• 2020

CFRP 시트를 이용한 RC 구조물의 보강은 다양한 방법으로 적용되어 왔으며, 관련 연구도 오랜 기간 수행되어 왔다. 하지만 CFRP 보강에 대한 연구는 대부분 실험적으로 수행되어, 다양한 변수 효과를 효율적으로 분석하기에는 한계가 있었다. 본 연구에서는 CFRP 시트로 보강된 RC 보의 구조거동을 ABAQUS 프로그램을 이용하여 수치해석적으로 분석하였다. RC 보 하면과 시트 사이에 Cohesive 요소를 적용하여 CFRP 보강 RC 보의 주요 파괴모드인 CFRP 시트 탈락을 모사하였다. CFRP 시트 탈락에 의한 급격한 비선형 문제 및 효율적인 유한요소해석을 위하여 준정적 해석 기법과 2 차원 대칭 모델을 사용하였다. 본 연구에서 수행한 유한요소해석 결과는 기존 실험결과를 잘 반영하는 것을 확인하였으며, CFRP 보강 수준과 최대 강도, 초기 강성, 파괴시점의 관계를 분석하였다. 총 31개 모델에 대한 유한요소해석을 수행한 결과 보강 수준의 증가에 따라 최대 강도 및 초기 강성이 sin 함수 형태로 증가하는 것을 확인하였다. 또한 과도한 CFRP 시트 보강은 파괴시점을 앞당겨 보강 구조물의 취성파괴를 야기할 수 있음을 확인하였으며, 이를 방지하기 위한 적절한 수준의 CFRP 시트 보강 설계가 필요할 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제28권5호
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• pp.535-544
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• 2016

본 연구에서는 디지털 이미지를 사용하여 DIC(Digital Image Correlation) 기법 및 부착파괴면 분석을 통해 부착파괴에너지와 부착강도의 정량적 분석뿐만 아니라 계면의 부착 면 파괴 양상의 정성적 접근을 통해 지속 하중과 온도의 복합 하중에 대한 FRP 부착 실험체의 거동을 분석하였다. 이를 위해 CFRP 쉬트를 부착한 일면전단실험체를 제작하여 사용하였다. 일면전단실험체의 지속 하중 기간의 거동은 에폭시 크리프의 영향을 상당히 받으며 지속 하중 기간 동안에 에폭시의 점탄성 특징으로 인해 응력완화가 발생하였다. 응력완화는 지속 하중 이후 실시한 계면전단실험에서 사용한 DIC 기법을 통해 관찰 하였으며 지속하중 기간 동안의 응력완화로 인해 지속하중 실험체의 최대부착파괴하중 및 계면파괴에너지가 대조실험체보다 증가하였다. 모든 실험체의 부착 파괴 면을 디지털 이미지화하여 파괴 면의 양상을 정성적/정량적으로 분석 하였다. 디지털 이미지 분석 결과 지속 하중 기간 동안 파괴 형태가 콘크리트면내파괴에서 계면부착파괴 형태로 전이가 발생하였으며 이러한 전이로 인해 지속하중 기간이 증가할수록 지속하중의 최대부착파괴하중에 대한 긍정적인 효과 감소하였다.