• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권11호
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• pp.259-272
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• 2019

강-콘크리트 편개형 방폭문은 외피 구조로서의 강재 박스와 내부의 철근콘크리트 슬래브 부재로 구성된 방호 구조물이다. 국내 방폭문 설계의 경우 폭압의 크기, 철근량 및 강박스의 강판두께와 같은 설계변수의 변화가 구조거동에 미치는 영향에 대해서 연구결과가 많지 않은 관계로 방폭문의 구조가 효율적으로 설계되지 않고 있다. 본 연구에서는 배근 간격 및 강재 박스의 강판 두께, 하중조건 등을 변수로 하여 유한요소 해석에 의한 구조거동 특성을 분석하였으며, 또한 방폭문의 구조성능을 구분하기 위해 산정되는 회전연성도 및 변위연성도를 재검토하고자 하였다. 유한요소해석 결과에 따르면, 배근 간격을 변수로 할 때 보다 강재 박스의 강판 두께가 변할 경우가 처짐과 같은 구조거동에 있어서 더 큰 변화를 나타내고 있음을 알 수 있었다. 이와 같은 결과는 외피의 강재 박스의 강판 두께를 증가시킬 때 방폭문에 흡수된 변형 에너지가 더 큰 폭으로 감소하고, 결과적으로 전체적인 구조거동으로서의 처짐이 더 작게 발생하기 때문인 것으로 분석되었다. 또한, 방폭문의 구조성능을 구분하기 위한 방법으로서 회전 연성도 및 변위 연성도를 비교한 결과, 해석 대상 방폭문들의 성능은 회전 연성도 1도 및 변위 연성도 3을 기준으로 분류될 수 있었다. 폭발압에 대한 방폭문의 손상 수준을 분류하기 위해서는 향후 다수의 폭발시험 및 해석적 연구가 필요할 것으로 사료된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.130-137
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• 2019

PC구조형식은 사전 제작된 PC 부재를 현장에서 거치한 후 추가 긴장력 도입 및 연결부 시공의 과정을 거쳐서 구조물을 완성시키는 형식이다. 하지만 현장타설부와 PC부 사이 부착면에서 균열발생 및 수밀성 감소에 따른 누수문제가 발생할 수 있다. 이러한 균열 및 누수문제는 철근의 부식을 초래할 수 있으며, 이는 구조물의 장기사용 내구성을 급격히 감소시키는 주요 원인이 될 수 있다. 본 연구에서는 기존 PC 구조물 접합부 경계면에서의 부착력 부족에 대한 문제를 해결하기 위해서, 형상기억합금을 활용한 표면처리 부재를 제안하고, 형상기억합금 와이어를 이용한 연결부의 성능을 평가하고자 하였다. 이를 위해서 본 연구는 해당 기술 실현을 위한 사전연구로서 와이어의 개수와 절곡유무, 그리고 형상기억효과 발현 유무에 따른 연결재의 인발력을 평가하고자 하였다. 연구결과를 통해서 SMA 연결재의 인발저항성능을 결정짓는 연결부의 형상효과와 형상기억발현효과, 그리고 부착효과에 대해서 평가할 수 있었다. 또한 이에 대한 설계변수별 예측식을 제안하였고, 예측값과 실험값 간의 유효성을 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제16권5호
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• pp.137-147
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• 2012

무철근 교량 바닥판은 콘크리트 내부의 철근을 없애고 거더를 Strap으로 횡구속시켜 Arching action을 극대화시킨 교량 바닥판이다. 본 연구에서는 무철근 바닥판의 균열제어를 목적으로 FRP bar의 배치량을 변수로 하여 내하력과 균열, 연성도, 파괴시 응력수준 등을 판단하여 FRP bar 최소 배치량을 제시하였다. 실험결과 Steel strap 무철근 바닥판은 최소 0.15% FRP 보강근만 배치하여도 내하력과 연성이 확연히 향상됨을 확인하였다. FRP bar를 보강한 무철근 바닥판에 대하여 피로실험을 수행하였으며 200만회 반복하중 재하후 균열, 잔류 처짐 등에서 장기 사용성에 문제가 없음을 확인하였다. 교량 바닥판은 대체로 펀칭전단 파괴를 하며 2방향 슬래브의 전단강도식을 적용할 수 있으나 ACI, AASHTO 등에서는 바닥판의 비선형 파괴형상과 횡구속에 의한 Arching 효과를 명확히 고려하지 못하기 때문에 실제 파괴강도보다 과소평가 한다. 본 연구에서는 Steel strap 바닥판의 실제 파괴형상과 Strap에 의한 횡구속도를 고려한 펀칭전단강도식을 제안하였으며 이는 실험결과와도 비교적 잘 일치하는 결과를 보여주었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권7호
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• pp.1-8
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• 2019

본 연구는 시멘트 모르타르 속에 매입된 철근이 3wt.% NaCl 전해질 수용액에 8시간 침지 및 대기 중에서 16시간 건조가 반복되는 환경에 있을 때 교류 임피던스법을 이용하여, 10kHz에서 용액저항, 10mHz에서 전하이동저항을 측정하여, 그 값의 차이로부터 분극저항을 계산하여 부식속도를 측정하였다. 부식속도를 제어하기 위해 포화 Ca(OH)₂ 용액에서 일정시간 전착하여, 그 효과를 관찰하였다. 철근의 부식속도는 용존산소의 확산속도 증가에 의해, 침지보다는 건조 환경에서 가속되었으며, 이것은 모르타르 두께가 얇을수록 명확히 측정되었다. 침지 및 건조 반복횟수가 증가함에 따로, 철근의 부식속도는 부동태에서 Low-middle 상태로 가속되었으며, 그 기준은 다수의 연구자들이 사용한 기준을 사용하였다. 이 기준에 의해 철근의 부식속도가 Low-middle 상태가 되면, 포화 Ca(OH)₂ 용액에서 -10 uA/㎠ 전류밀도를 사용하여 철근에 전착을 진행하고, 5일간 건조시킨 후, 3wt.% NaCl 용액에서 침지-건조 반복실험을 다시 진행하면서, 부식속도를 측정하였다. 측정결과, 모르타르의 두께가 얇은 경우, 부식속도의 감소를 명확히 관찰하였다. 또한, 전착에 의한 철근의 부식속도 감소는 침지상태에서 보다 철근이 건조과정에 놓일 때, 더욱 크게 측정되었다. 전착처리에 따라 칼슘은 철근표면과 모르타르 계면에 존재하는 Porous rust layer의 void를 메우는 것으로 보인다. 시험체가 건조과정에 놓일 때, 철근표면에 형성된 다공질의 녹층속에 농축된 Ca²⁺가 침지과정보다 쉽게 CO₃^2-와 결합되어, CaCO₃가 형성됨으로서 철근의 부식속도를 더욱 감소시킨 것으로 생각된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.143-153
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• 2021

노화된 교각의 횡철근, 주철근, 겹침이음의 철근부식은 교각의 내진성능에 직접적인 영향을 끼친다. 횡철근 및 주철근의 철근부식은 교각의 전단강도 및 휨강도를 각각 직접적으로 감소시킨다. 겹침이음에 철근부식이 생긴다면, 특히 내진설계되지 않은 기존 노후 교각의 휨강도 및 휨연성을 상당히 감소시킨다. 더불어, 교각에 작용하는 축하중이 증가하면 교각의 전단강도가 증가하게 된다. 이러한 영향들을 고려하여, 본 연구에서는 노화를 고려한 합리적인 내진성능평가를 위해, 앞서 언급한 철근부식, 겹침이음, 축하중이 형상비 2이하인 교각의 전단거동과 휨거동에 어떠한 영향을 미치는지 실험을 통해 확인한다. 철근부식으로 인해 전단파괴가 일어날 것으로 예상되는 교각에서 오히려 휨파괴가 발생하는 것을 확인한다. 이러한 파괴모드와 그 원인을 분석하고 내진보강 시 필요한 고려사항을 제시하였다.

• Steel and Composite Structures
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• 제23권2호
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• pp.187-194
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• 2017

To reuse a broken plain concrete (PC) arch, a retrofitting method was proposed to ensure excellent structural performances, in which carbon fiber reinforced polymers (CFRPs) were applied to repair and strengthen the damaged PC arch through bonding and wrapping techniques. Experiments were carried out to reveal the deformation and the load carrying capacity of the retrofitted composite arch. Based on the experiments, repairing and strengthening effects of the CFRP retrofitted broken arch were revealed. Simplified analysing model was suggested to predict the peak load of the CFRP retrofitted broken arch. According to the research, it is confirmed that absolutely broken PC arch can be completely repaired and reinforced, and even behaves more excellent than the intact PC arch when bonded together and strengthened with CFRP sheets. Using CFRP bonding/wrapping technique a novel efficient composite PC arch structure can be constructed, the comparison between rebar reinforced concrete (RC) arch and composite PC arch reveals that CFRP reinforcements can replace the function of steel bars in concrete arch.

• Steel and Composite Structures
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• 제29권4호
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• pp.451-464
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• 2018

This paper presents some quasi-static tests for 4 mixed columns composed of CFST column and RC column. The seismic performance and failure mode were studied under low-cyclic revised loading. The failure mode was observed under different axial compression ratios. The hysteretic curve and skeleton curve were obtained. The effects of axial compression ratio on yield mechanism, displacement ductility, energy dissipation, stiffness and strength attenuation were analyzed. The results indicate that the failure behavior of CFST-RC mixed column with archaized style is mainly caused by bending failure and accompanied by some shear failure. The axial compression ratio performs a control function on the yielding order of the upper and lower columns. The yielding mechanism has a great influence on the ductility and energy dissipation capacity of specimens. Based on the experiment, finite element analysis was made to further research the seismic performance by ABAQUS software. The variable parameters were stiffness ratio of upper and lower columns, axial compression ratio, yielding strength of steel tube, concrete strength and rebar ratio. The simulation results show that with the increase of stiffness ratio of the upper and lower columns, the bearing capacity and ductility of specimens can correspondingly increase. As the axial compression ratio increases, the ductility of the specimen decreases gradually. The other three parameters both have positive effect on the bearing capacity but have negative effect on the ductility. The results can provide reference for the design and engineering application of mixed column consisted of CFST-RC in Chinese archaized buildings.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제86권3호
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• pp.399-415
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• 2023

This paper presents the experimental and numerical evaluations on the circular SFRC columns reinforced GFRP rebars under the axial compressive loading. The test programs were designed to inquire and compare the effects of different parameters on the columns' structural behavior by performing experiments and finite element modeling. The research variables were conventional concrete (CC), fiber concrete (FC), types of longitudinal steel/GFRP rebars, and different configurations of lateral rebars. A total of 16 specimens were manufactured and categorized into four groups based on different rebar-concrete arrangements including GRCC, GRFC, SRCC, and SRFC. Adding steel fibers (SFs) into the concrete, it was essential to modify the concrete damage plastic (CDP) model for FC columns presented in the finite element method (FEM) using ABAQUS 6.14 software. Failure modes of the columns were similar and results of peak loads and corresponding deflections of compression columns showed a suitable agreement in tests and numerical analysis. The behavior of GFRP-RC and steel-RC columns was relatively linear in the pre-peak branch, up to 80-85% of their ultimate axial compressive loads. The axial compressive loads of GRCC and GRFC columns were averagely 80.5% and 83.6% of axial compressive loads of SRCC and SRFC columns. Also, DIs of GRCC and GRFC columns were 7.4% and 12.9% higher than those of SRCC and SRFC columns. Partially, using SFs compensated up to 3.1%, the reduction of the compressive strength of the GFRP-RC columns as compared with the steel-RC columns. The effective parameters on increasing the DIs of columns were higher volumetric ratios (up to 12%), using SFs into concrete (up to 6.6%), and spiral (up to 5.5%). The results depicted that GFRP-RC columns had higher DIs and lower peak loads compared with steel-RC columns.

• 한국농공학회논문집
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• 제50권2호
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• pp.19-26
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• 2008

This study has been carried out to investigate the dynamic characteristics of RC slabs. For this purpose, the 20-node solid element has been used to discretize the RC slabs into two parts of concrete and rebar. The material non-linearity considering elasto-visco plastic model and the smeared crack model have been adopted in the finite element formulation. The applied load can handle step load, load intensity of harmonic load, area of distributed load and frequency. The frequency of harmonic load has an significant effect on dynamic behaviour in terms of displacement. As the frequency is increased, the effect of load amplitude is more serious. Especially, if the frequency of harmonic load exceeds 30 Hz, it is noted that the displacement by harmonic load is greater than that by step load. In case of harmonic load, the damping effect shows no certain tendency with respect to frequency of load. In details, the damping is effective when the frequency of harmonic load is 2 Hz, but there is no consistent tendency according to damping ratio. The dynamic response when the frequency of harmonic load is 3 Hz shows same result for undamped case as well as for damped case with 5% damping ratio. It is also noted that we can get the largest deflection for damped case with 1% damping ratio. However, there is not any damping effect when the frequency of harmonic load is greater than 4 Hz.

• 한국지진공학회논문집
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• 제25권3호
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• pp.103-110
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• 2021

A shake table test is conducted for the three-story reinforced concrete building structure using 0.28 g, 0.5 g, 0.75 g, and 1.0 g of seismic input motions based on the Gyeongju earthquake. Computational efforts are made in parallel to explore the mechanical details in the structure. For engineering practice, the elastic modulus of concrete and rebar in the dynamic analysis is reduced to 38% and 50%, respectively, to calibrate the structure's natural frequencies. The engineering approach to the reduced modulus of elasticity is believed to be due to the inability to specify the flexibility of the actual boundary conditions. This aspect may lead to disadvantages of nonlinear dynamic analysis that can distort local stress and strain relationships. The initial elastic modulus can be applied directly without the so-called engineering adjustment with infinite element models with spring and spring-dashpot boundary conditions. This has the advantage of imposing the system flexibility of the structure on the sub-boundary conditions of springs and damping devices to control its sensitivity in a serial arrangement. This can reflect the flexibility of realistic boundary conditions and the effects of system damping (such as the gap between a concrete footing and shake table, loosening of steel anchors, etc.) in scalar quantities. However, these spring and dashpot coefficients can only be coordinated based on experimental results, making it challenging to select the coefficients in-prior to perform an experimental test.