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Nonlinear FE modelling and parametric study on flexural performance of ECC beams

  • Kh, Hind M.;Ozakca, Mustafa;Ekmekyapar, Talha
    • Structural Engineering and Mechanics
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    • 제62권1호
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    • pp.21-31
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    • 2017
  • Engineered Cementitious Composite (ECC) is a special class of the new generation of high performance fiber reinforced cementitious composites (HPFRCC) featuring high ductility with relatively low fiber content. In this research, the mechanical performance of ECC beams will be investigated with respect to the effect of slag and aggregate size and amount, by employing nonlinear finite element method. The validity of the models was verified with the experimental results of the ECC beams under monotonic loading. Based on the numerical analysis method, nonlinear parametric study was then conducted to evaluate the influence of the ECC aggregate content (AC), ECC compressive strength ($f_{ECC}$), maximum aggregate size ($D_{max}$) and slag amount (${\phi}$) parameters on the flexural stress, deflection, load and strain of ECC beams. The simulation results indicated that when increase the slag and aggregate size and content no definite trend in flexural strength is observed and the ductility of ECC is negatively influenced by the increase of slag and aggregate size and content. Also, the ECC beams revealed enhancement in terms of flexural stress, strain, and midspan deflection when compared with the reference beam (microsilica MSC), where, the average improvement percentage of the specimens were 61.55%, 725%, and 879%, respectively. These results are quite similar to that of the experimental results, which provides that the finite element model is in accordance with the desirable flexural behaviour of the ECC beams. Furthermore, the proposed models can be used to predict the flexural behaviour of ECC beams with great accuracy.

섬유보강 고인성 시멘트 복합체 패널의 2축 전단 비선형 모델 (Nonlinear Biaxial Shear Model for Fiber-Reinforced Cementitious Composite Panels)

  • 조창근;김윤용
    • 한국전산구조공학회논문집
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    • 제22권6호
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    • pp.597-605
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    • 2009
  • 본 연구에서는 철근 보강된 Engineered Cementitious Composite(ECC) 면내요소에 대한 2축응력 상태에서의 면내전단거동에 관한 예측 모델을 제시하였다. 기존의 철근콘크리트와 상이한 특성, 즉 ECC 요소의 복수미세균열 현상에 의한 높은 연성의 인장 거동, 일반 콘크리트에 비하여 연성적인 압축 연화 거동, 그리고 ECC 균열면에서의 전단전달 거동 특성 등을 모델에 반영하였다. 면내 순수전단거동에 대한 실험 및 해석결과를 통하여 개발된 R-ECC-MCFT 모델은 ECC 면내전단거동 예측에 효과적인 것으로 평가되었다. 또한 철근 보강된 ECC 면내요소는 철근콘크리트 면내요소에 비하여 최대전단강도 및 전단변형률이 증가하기 때문에 면내전단변형에서 높은 연성을 확보하는 것으로 평가되었다.

Shear behaviour of thin-walled composite cold-formed steel/PE-ECC beams

  • Ahmed M. Sheta;Xing Ma;Yan Zhuge;Mohamed A. ElGawady;Julie E. Mills;El-Sayed Abd-Elaal
    • Steel and Composite Structures
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    • 제46권1호
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    • pp.75-92
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    • 2023
  • The novel composite cold-formed steel (CFS)/engineered cementitious composites (ECC) beams have been recently presented. The new composite section exhibited superior structural performance as a flexural member, benefiting from the lightweight thin-walled CFS sections with improved buckling and torsional properties due to the restraints provided by thinlayered ECC. This paper investigated the shear performance of the new composite CFS/ECC section. Twenty-eight simply supported beams, with a shear span-to-depth ratio of 1.0, were assembled back-to-back and tested under a 3-point loading scheme. Bare CFS, composite CFS/ECC utilising ECC with Polyethylene fibres (PE-ECC), composite CFS/MOR, and CFS/HSC utilising high-strength mortar (MOR) and high-strength concrete (HSC) as replacements for PE-ECC were compared. Different failure modes were observed in tests: shear buckling modes in bare CFS sections, contact shear buckling modes in composite CFS/MOR and CFS/HSC sections, and shear yielding or block shear rupture in composite CFS/ECC sections. As a result, composite CFS/ECC sections showed up to 96.0% improvement in shear capacities over bare CFS, 28.0% improvement over composite CFS/MOR and 13.0% over composite CFS/HSC sections, although MOR and HSC were with higher compressive strength than PE-ECC. Finally, shear strength prediction formulae are proposed for the new composite sections after considering the contributions from the CFS and ECC components.

압출성형 ECC 패널 RC 복합 슬래브의 해석모델 (Analysis Model of Extruded ECC Panel RC Composite Slabs)

  • 조창근;김윤용;서정환;이승중
    • 한국공간구조학회논문집
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    • 제12권1호
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    • pp.51-58
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    • 2012
  • 압출성형 ECC 패널을 활용한 철근콘크리트 복합 슬래브 구조에 대한 비선형 휨 해석 모델을 새롭게 제시하였다. ECC 패널은 직접인장시험 결과로부터 균열 이후에 고인성 인장거동을 하는 재료로 모델링하였다. 개발 모델을 기존 철근콘크리트 슬래브 및 ECC 패널 철근콘크리트 복합슬래브 실험체의 휨 실험결과와 비교하였다. 예측결과는 실험결과와 잘 일치하였으며, ECC 패널 적용 철근콘크리트 복합슬래브는 균열제어, 휨내력 및 휨변형능력 개선에 장점이 있는 것으로 판단되었다.

GF(p)와 GF(2m) 상의 다중 타원곡선을 지원하는 면적 효율적인 ECC 프로세서 설계 (An Area-efficient Design of ECC Processor Supporting Multiple Elliptic Curves over GF(p) and GF(2m))

  • 이상현;신경욱
    • 한국정보통신학회:학술대회논문집
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    • 한국정보통신학회 2019년도 춘계학술대회
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    • pp.254-256
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    • 2019
  • 소수체 GF(p)와 이진체 $GF(2^m)$ 상의 다중 타원곡선을 지원하는 듀얼 필드 ECC (DF-ECC) 프로세서를 설계하였다. DF-ECC 프로세서의 저면적 설와 다양한 타원곡선의 지원이 가능하도록 워드 기반 몽고메리 곱셈 알고리듬을 적용한 유한체 곱셈기를 저면적으로 설계하였으며, 페르마의 소정리(Fermat's little theorem)를 유한체 곱셈기에 적용하여 유한체 나눗셈을 구현하였다. 설계된 DF-ECC 프로세서는 스칼라 곱셈과 점 연산, 그리고 모듈러 연산 기능을 가져 다양한 공개키 암호 프로토콜에 응용이 가능하며, 유한체 및 모듈러 연산에 적용되는 파라미터를 내부 연산으로 생성하여 다양한 표준의 타원곡선을 지원하도록 하였다. 설계된 DF-ECC는 FPGA 구현을 하드웨어 동작을 검증하였으며, 0.18-um CMOS 셀 라이브러리로 합성한 결과 22,262 GEs (gate equivalences)와 11 kbit RAM으로 구현되었으며, 최대 100 MHz의 동작 주파수를 갖는다. 설계된 DF-ECC 프로세서의 연산성능은 B-163 Koblitz 타원곡선의 경우 스칼라 곱셈 연산에 885,044 클록 사이클이 소요되며, B-571 슈도랜덤 타원곡선의 스칼라 곱셈에는 25,040,625 사이클이 소요된다.

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ECC 프로세서에 대한 부채널 공격 및 대응방안 동향 (A Survey on Side-Channel Attacks and Countermeasures for ECC Processor)

  • 정영수;신경욱
    • 한국정보통신학회:학술대회논문집
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    • 한국정보통신학회 2022년도 추계학술대회
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    • pp.101-103
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    • 2022
  • 타원곡선 암호 (elliptic curve cryptography; ECC)는 효율적인 하드웨어 구현이 가능하면서 높은 보안 강도를 가져 오늘날 IoT 기기나 V2X 통신의 공개키 보안 하드웨어 구현에 폭넓게 사용되고 있다. 그러나 ECC 기반의 공개키 보안 시스템은 부채널 공격 (side channel attacks; SCA)에 대한 일부 보안 취약점을 갖는 것으로 알려지고 있어 ECC 프로세서 설계 시 보안공격에 대한 대응 방법의 적용이 필요하다. 본 논문에서는 부채널 공격 유형과 ECC 프로세서 설계에 적용할 수 있는 부채널 공격 대응 방안에 대해 알아본다.

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압출성형 ECC 패널을 이용한 RC슬래브의 균열제어성능 (Crack Control Performance of the RC Composite Slabs Produced with Extruded ECC Panel)

  • 김윤용;이정한;조창근
    • 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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    • 한국콘크리트학회 2010년도 춘계 학술대회 제22권1호
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    • pp.95-96
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    • 2010
  • 이 연구는 압출 성형한 ECC 패널과 철근콘크리트로 구성된 합성 슬래브의 균열제어성능을 평가하고 있다. 이를 위하여 ECC를 압출 성형하여 패널로 제작한 후, 그 패널에 현장타설 콘크리트를 일체 타설하여 실규모의 1방향 슬래브를 제작하였고, 그 실험체에 대하여 휨 실험을 수행하였다.

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ECC 재료보강 두께에 따른 휨 부재의 휨 거동에 관한 실험적 연구 (Experimental Study of Flexural Behavior in Flexural Members Based on Repair Thickness of ECC)

  • 경민수;김동완;배병원;전경숙;임윤묵;김장호
    • 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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    • 한국콘크리트학회 2004년도 춘계 학술발표회 제16권1호
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    • pp.192-195
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    • 2004
  • Recently, the development of construction materials is rapidly advancing. Especially, the rate of development of cement based construction materials is much quicker than steel or composite materials. In order to optimize the ductility and strength of cement based materials, Micro-mechanics based fiber concrete called Engineered Cement Composite (ECC) is developed and studied extensively by many researchers in the field. Due to ECC's remarkable flexural strain and strength capacities, many leading nation (i.e., US, Japan, and European countries) are currently using ECC in actual constructions. In this study, ECC with internationally competitive material capacities is manufactured using domestic materials. Then, unreinforced concrete beams are repaired using ECC with $10\%,\;20\%,\;30\%$ of concrete specimen height Using 4 point bending test, the flexural strength of repaired flexural members are determined. The results show that ECC manufactured with domestic materials can be effectively used for repairing materials.

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고인성 내화·보수 모르타르를 활용한 RC구조물 보수공법의 성능평가에 관한 실험적 연구 (An Experimental Study on the Performance Evaluation of Repair Method of RC Structure Using Fire Resistance Engineered Cementitious Composites(FR-ECC))

  • 김정희;김재환;박선규;권영진
    • 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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    • 제13권6호통권58호
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    • pp.88-96
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    • 2009
  • 본 연구에서는 RC구조물의 내구 및 내화성능을 동시에 향상시킬 수 있는 고인성 모르타르 (FR-ECC) 를 개발하여, 이를 RC구조물의 보수재료로서 사용하기 위한 실험적 연구를 실시하였다. 즉, FR-ECC를 이용하여 제조한 콘크리트 시험체의 강도, 열적특성, 모의부재의 철근부식특성, 내화성능 등에 대하여 검토하였으며, FR-ECC의 현장적용 가능성에 대해서도 평가하였다. 그 결과, FR-ECC는 기존 보수 모르타르에 비해 우수한 강도 및 내구성능을 보유하고, 휨균열 발생 후에도 외부열화 인자의 침입을 억제하여 철근부식을 방지하는 것으로 나타났다. 또한 FR-ECC를 적용한 부재는 ISO 834 가열조건에서도 우수한 내화성능을 갖는 것으로 나타났으며, 뿜칠성능 등의 현장시공 성능에서도 우수한 특성을 나타냈다.

고로슬래그 미분말이 혼입된 자기충전 및 숏크리트용 ECC의 개발을 위한 시멘트풀 레올로지 제어 (Rheology Control of Cement Paste for Applying ECC Produced with Slag Particles to Self-Consolidating and Shotcreting Process)

  • 박승범;김정수;김윤용
    • 콘크리트학회논문집
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    • 제20권1호
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    • pp.67-75
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    • 2008
  • 마이크로역학을 기초로 하여 Slag-ECC (고로슬래그 미분말이 혼입된 ECC)가 개발되었으며, 기존의 연구에서는 Slag-ECC가 높은 연성을 나타내도록 마이크로역학을 도입하여 재료의 배합비가 제시되었다. 이 연구에서는 Slag-ECC의 자기충전과 숏크리트 시공성을 구현하기 위하여, Slag-ECC의 기본 배합에 혼화재료의 투입 순서에 상관없이 혼화재료를 한번에 투입하여 유동 특성을 제어하는 레올로지 개념을 도입하였으며, 이는 현장에서 시공성을 높이기 위하여 모든 재료를 분말의 형태로 사용하는 프리팩키지화를 위한 기초 자료로 사용될 것이다. 그리고 자기충전과 숏크리트의 서로 상반되는 레올로지 특성을 구현하기 위하여, 시멘트풀 레올로지 경시 변화 연구를 통해 대략적인 혼화재료의 첨가량을 선정하였고, 자기충전 및 숏크리트의 시공성 검증을 통해 재료의 배합비를 최적화 하였다. 개발된 Slag-ECC의 자기충전성과 숏크리트 적합성은 실험을 통하여 입증되었으며, 자기충전 및 숏크리트의 시공 방법에 의하여 타설된 재료가 굳은 이후에도 Slag-ECC의 역학적 특성인 고인성 특성을 유지하는 것으로 나타났다. 따라서 시멘트풀의 레올로지 특성을 조절하여 개발된 자기충전용 Slag-ECC와 숏크리트용 Slag-ECC는 재료의 고인성 특성을 유지하면서 다양한 현장 적용이 가능할 것으로 판단된다.