• Structural Engineering and Mechanics
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• 제88권5호
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• pp.451-462
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• 2023

Lumped Damage Mechanics (LDM) is a theory proposed in the late eighties, which assumes that structural collapse may be analyzed as a two-phase phenomenon. In the first (pre-localization) stage, energy dissipation is a continuous process and it may be modelled by means of the classic versions of the theory of plasticity or Continuum Damage Mechanics (CDM). The second, post-localization, phase can be modelled assuming that energy dissipation is lumped in zones of zero volume: inelastic hinges, hinge lines or localization surfaces. This paper proposes a new LDM formulation for cracking in concrete structures in tension. It also describes its numerical implementation in conventional finite element programs. The results of three numerical simulations of experimental tests reported in the literature are presented. They correspond to plain and fiber-reinforced concrete specimens. A fourth simulation describes also the experimental results of a new test using the digital image correlation technique. These numerical simulations are also compared with the ones obtained using conventional Cohesive Fracture Mechanics (CFM). It is then shown that LDM conserves the advantages of both, CDM and CFM, while overcoming their drawbacks.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.309-312
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• 2008

본 연구는 강선 부식이 PSC보 휨강도에 미치는 영향을 알아보기 위해 실내실험을 수행하였다. 긴장력을 달리하여 길이 4m인 PSC보부재 5개를 제작하였으며, 그 중 2개의 부재는 덕트 내부에 있는 PS강재를 노출시킨 상태에서 부식촉진장치를 이용해 인위적으로 PS강재를 부식시켰다. 실험부재의 파괴시까지 정적하중을 재하하면서 철근과 콘크리트의 변형률, 중앙부의 처짐량 변화를 측정하였으며 또한 음향센서를 콘크리트 표면에 부착하여 PS강선의 파단횟수 및 파단시기 등을 계측하였다. 실험 결과, PS강재가 부식된 부재는 PS강재의 단면 감소를 고려해 계산한 휨강도 이론값보다 작은 실험값이 나왔다. 또한 휨 파괴 이전에 PS강재가 조기에 파단되는 현상이 관찰되었으며, 결과적으로 휨강도가 급격히 감소됨을 확인할 수 있었다. 부식된 PS강재를 포함하고 있는 PSC보의 휨강도 평가시 일방향 육안관찰에 의한 PS강재의 단면적을 산정하는 것은 매우 어려운 일이며, 연성거동을 위한 유효 PS강재의 단면적을 판단하는 것은 매우 복잡한 일이라 판단된다.

• Computers and Concrete
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• 제27권2호
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• pp.99-109
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• 2021

Experimental and discrete element methods were used to investigate the effects of echelon non-persistent joint on the failure behaviour of joint's bridge area under uniaxial compressive test. Concrete samples with dimension of 150 mm×100 mm×50 mm were prepared. Uniaxial compressive strength and tensile strength of concrete were 14 MPa and 1MPa, respectivly. Within the specimen, three echelon non-persistent notches were provided. These joints were distributed on the three diagonal plane. the angle of diagonal plane related to horizontal axis were 15°, 30° and 45°. The angle of joints related to diagonal plane were 30°, 45°, 60°. Totally, 9 different configuration systems were prepared for non-persistent joint. In these configurations, the length of joints were taken as 2 cm. Similar to those for joints configuration systems in the experimental tests, 9 models with different echelon non-persistent joint were prepared in numerical model. The axial load was applied to the model by rate of 0.05 mm/min. the results show that the failure process was mostly governed by both of the non-persistent joint angle and diagonal plane angle. The compressive strengths of the specimens were related to the fracture pattern and failure mechanism of the discontinuities. It was shown that the shear behaviour of discontinuities is related to the number of the induced tensile cracks which are increased by increasing the joint angle. The strength of samples increase by increasing both of the joint angle and diagonal plane angle. The failure pattern and failure strength are similar in both methods i.e. the experimental testing and the numerical simulation methods.

• Computers and Concrete
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• 제29권1호
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• pp.31-45
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• 2022

Experimental and numerical simulation were used to investigate the effects of angle and number of T shape non-persistent crack on the shear behaviour of crack's bridge area under uniaxial compressive test. concrete samples with dimension of 150 mm×150 mm×40 mm were prepared. Within the specimen, T shape non-persistent notches were provided. 16 different configuration systems were prepared for T shape non-persistent crack based on two and three cracks. In these configurations, the length of cracks were taken as 4 cm and 2 cm based on the cracks configuration systems. The angle of larger crack related to horizontal axis was 0°, 30°, 60° and 90°. Similar to cracks configuration systems in the experimental tests, 28 models with different T shape non-persistent crack angle were prepared in numerical model. The length of cracks were taken as 4 cm and 2 cm based on the cracks configuration systems. The angle of larger crack related to horizontal axis was 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° and 90°. Tensile strength of concrete was 1 MPa. The axial load was applied to the model. Displacement loading rate was controlled to 0.005 mm/s. Results indicated that the failure process was significantly controled by the T shape non-persistent crack angle and crack number. The compressive strengths of the specimens were related to the fracture pattern and failure mechanism of the discontinuities. Furthermore, it was shown that the compressive behaviour of discontinuities is related to the number of the induced tensile cracks which are increased by increasing the crack number and crack angle. The strength of samples decreased by increasing the crack number. In addition, the failure pattern and failure strength are similar in both methods i.e. the experimental testing and the numerical simulation methods (PFC2D).

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권4호
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• pp.457-464
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• 2009

섬유는 가교작용에 의한 시멘트 복합체의 파괴를 조절할 수 있는 섬유보강 시멘트 복합체의 중요한 재료로 섬유의 혼입률에 따라 다른 파괴메커니즘을 나타내기도 한다. 일반적인 연구에서 섬유를 보강한 시멘트 매트릭스의 마 이크로 메커니즘에 대한 이해를 통하여 섬유보강 시멘트 복합체의 파괴거동을 평가할 필요가 있다. 이 연구에서는 섬 유보강 시멘트 복합체의 파괴거동을 평가하기 위하여, 반복압축, 휨하중 하에서 음향방출 기법에 의한 섬유보강 시멘트 복합체의 손상을 평가하고 분석하였다. 실험체는 PVA 섬유를 0, 1.0, 1.5, 2.0%를 치환한 총 4개의 실험체를 계획하였 다. 기존 연구의 경우 기본적인 AE 신호에 의한 분석 방법을 제시하고 있으나 이 연구에서는 이전 연구자들에 의해 제 시되었던 음향방출 기법을 이용한 정량적 손상평가를 섬유보강 시멘트 복합체에 적용하여 분석하였다. 펠리시티비에 의 한 손상평가의 경우 기존 연구 결과와 같이 모든 실험체에서 카이저 효과와 함께, 펠리시티비가 0.4~1.1로 나타나 펠리 시티비에 의한 섬유보강 시멘트 복합체의 손상 정도를 평가 할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 휨 실험체의 경우 손상 을 평가하기 위하여 calm ratio, b-value 및 felicity ratio를 사용하였다. 이 연구의 목적은 섬유보강 시멘트 복합체의 손 상을 평가하는데 있어 음향방출 기법을 활용한 정량적 손상평가 방법의 적용 가능성을 평가하고 차후 연구를 위한 기 본 데이터를 확보하고자 한다.

• 한국도로학회논문집
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• 제20권1호
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• pp.87-95
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• 2018

PURPOSES : A geo-grid pavement, e.g., a stress-absorbing membrane interlayer (SAMI), can be applied to an asphalt-overlay method on the existing surface-pavement layer for pavement maintenance related to reflection cracking. Reflection cracking can occur when a crack in the existing surface layer influences the overlay pavement. It can reduce the pavement life cycle and adversely affect traffic safety. Moreover, a failed overlay can reduce the economic value. In this regard, the objective of this study is to evaluate the bonding properties between the rigid pavement and a SAMI by using the direct shear test and the pull-off test. The predicted fractural energy functions with the shear stress were determined from a numerical analysis of the moving average method and the polynomial regression method. METHODS : In this research, the shear and pull-off tests were performed to evaluate the properties of mixtures constructed using no interlayer, a tack-coat, and SAMI with fabric and without fabric. The lower mixture parts (describing the existing pavement) were mixed using the 25-40-8 joint cement-concrete standard. The overlay layer was constructed especially using polymer-modified stone mastic asphalt (SMA) pavement. It was composed of an SMA aggregate gradation and applied as the modified agent. The sixth polynomial regression equation and the general moving average method were utilized to estimate the interlayer shear strength. These numerical analysis methods were also used to determine the predictive models for estimating the fracture energy. RESULTS : From the direct shear test and the pull-off test results, the mixture bonded using the tack-coat (applied as the interlayer between the overlay layer and the jointed cement concrete) had the strongest shear resistance and bonding strength. In contrast, the SAMI pavement without fiber has a strong need for fractural energy at failure. CONCLUSIONS : The effects of site-reflection cracking can be determined using the same tests on cored specimens. Further, an empirical-mechanical finite-element method (FEM) must be done to understand the appropriate SAMI application. In this regard, the FEM application analy pavement-design analysis using thesis and bonding property tests using cored specimens from public roads will be conducted in further research.

• Advances in concrete construction
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• 제7권4호
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• pp.241-247
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• 2019

In this paper the effect of bedding layer on the failure mechanism of rock in direct shear test has been investigated using particle flow code, PFC. For this purpose, firstly calibration of pfc2d was performed using Brazilian tensile strength. Secondly direct shear test consisting bedding layer was simulated numerically. Thickness of layers was 10 mm and rock bridge length was 10 mm, 40 mm and 60 mm. In each rock bridge length, bedding layer angles changes from $0^{\circ}$ to $90^{\circ}$ with increment of $15^{\circ}$. Totally 21 models were simulated and tested. The results show that two types of cracks develop within the model. Shear cracks and tensile cracks. Also failure pattern is affected by bridge length while shear strength is controlled by failure pattern. It's to be noted that bedding layer has not any effect on the failure pattern because the layer interface strength is too high.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권4A호
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• pp.353-359
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• 2010

시멘트계 기질을 사용하는 복합재료는 재료 양생 과정에서 발생하는 건조수축 균열에 취약하다. 본 연구에서는 파이버 보강 콘크리트의 건조수축에 의한 파괴 거동을 시뮬레이션 하고, 파이버의 조건이 균열 특성에 미치는 영향에 대해 분석한다. 수치 해석 모델은 무작위 격자 형태의 기하학적 구조를 공유하는 관로 요소와 rigid-body-spring 요소로 구성되는데, 각 요소가 담당하는 비역학적-역학적 거동의 커플링에 의해 건조수축이 표현된다. 파이버 보강을 모델링하기 위해 rigid-bodyspring network 내부의 semi-discrete 파이버 요소를 적용하였다. KS F 2424 자유 건조수축 실험을 해석하고 시간에 따른 건조수축 변형률 변화를 비교함으로써 재료의 건조수축 관련 계수들을 산정한다. 다음으로 여러 파이버 혼입률에 대해 KS F 2595 구속 건조수축 실험을 시뮬레이션 하고 균열 발생 일자를 선행 실험 결과와 비교하여 해석 모델의 타당성을 검증한다. 또한, 파이버의 길이와 표면 형태를 변화시켜 건조수축 균열 해석을 수행하고 최대 균열 폭을 측정하여 시뮬레이션에서 나타나는 균열 제어 효과를 판단한다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제23권1호
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• pp.81-94
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• 2010

본 연구는 선형 상보법으로 초고강도 섬유보강 콘크리트 I형보의 파괴역학적 해석을 수치해석으로 수행하였다. 기존의 보통강도 콘크리트에 대한 유사 취성 파괴역학적 수치해석을 기반으로 초고강도 섬유보강 콘크리트 재료역학적 구성모델파괴 면에 인장경화 관계를 도입함으로써 초고강도 섬유보강 콘크리트 I형 거더 해석을 개선시켰다. 상수변형률 삼각형 요소에 꼭지점 또는 요소의 중앙점 절점을 배제하고 요소의 변에 절점을 배치한 결합된 삼각형 요소를 사용하였다. 인장영역에서는 경화/연화 파괴역학적 구성모델을, 전단영역에서는 연화 파괴역학적 구성모델을, 경계절점의 압축에 대해서는 연화파괴역학적 구성모델을 사용하여 파괴역학적 해석을 수행하였다. Non-holonomic rate 형태로 경로에 의존적인 경화연화거동을 LCP로 방정식을 구성하였으며, 그 해는 PATH를 사용해서 구하였다. Piece-wise 비탄성 항복-파괴면은 두 개의 압축 caps, 두 개의 Mohr-Coulomb 파괴면, 인장항복면과 인장파괴면 등으로 구성하였다. 초고강도 섬유보강 콘크리트 거더의 변형거동과 파괴 상태와 비교하여 이 수치해석 방법에 대한 유효성을 검증하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권1호
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• pp.59-66
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• 2008

본 연구는 교량구조물의 핵심 부재인 거더에 대한 연구이다. 강재 거더에 비해 가격 경쟁력이 높은 유리섬유 제품을 사용한 거더는 탄성계수가 강재보다 작아서 강재 단면에 비해 과대한 처짐이 발생되는 문제점과 FRP 생산회사의 큰 단면 부재를 생산할 시설적 여력 부족의 기술적 제약 사항이 존재한다. 그래서 본 연구에서는 언급된 기술적 문제점을 해결하기 위하여 대형 단면의 적용이 가능하도록 모듈 형식의 단면을 제안하였으며, FRP의 낮은 강성을 확보하기 위하여 콘크리트를 충진하는 새로운 FRP+콘크리트 합성 거더를 개발하였다. FRP+콘크리트 합성 거더의 구조 거동을 파악하기 위하여 충진된 콘크리트 강도의 차이, 스터드의 유무에 따른 휨강도 실험을 실시하였다. 휨 실험 결과 FRP+콘크리트 합성 거더 개발의 콘크리트 충진에 따른 합성 효과와 콘크리트 강도에 따른 강성 증진 효과를 확인 할 수 있었다.