• Advances in concrete construction
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• 제14권2호
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• pp.93-102
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• 2022

In this study, limestone powder (LS) and fly ash (FA) were used as powder materials in self-compacting concrete (SCC) in increasing quantities in addition to cement, so that the two powders commonly used in the production of SCC could be compared in the same study. Considering the reduction of the maximum aggregate size in SCC, 10 mm or 16 mm was selected as the coarse aggregate size. The properties of fresh concrete were determined by slump flow (including T₅₀₀ time), V-funnel and J-ring experiments. The experimental results showed that as the amount of both LS and FA increased, the slump flow also increased. The increase in powder material had a negative effect on V-funnel flow times, causing it to increase; however, the increase in FA concretes was smaller compared to LS ones. The increase in the powder content reduced the amount of blockage in the J-ring test for both aggregate sizes. As the hardened concrete properties, the compressive and splitting strengths as well as the modulus of elasticity were determined. Longitudinal and transverse deformations were measured by attaching a special frame to the cylindrical specimens and the values of Poisson's ratio, initiation and critical stresses were obtained. Despite having a similar W/C ratio, all SCC exhibited higher compressive strength than NVC. Compressive strength increased with increasing powder content for both LS and FA; however, the increase of the FA was higher than the LS due to the pozzolanic effect. SCC with a coarse aggregate size of 16 mm showed higher strength than 10 mm for both powders. Similarly, the modulus of elasticity increased with the amount of powder material. Inelastic properties, which are rarely found in the literature for SCC, were determined by measuring the initial and critical stresses. Crack formation in SCC begins under lower stresses (corresponding to lower initial stresses) than in normal concretes, while critical stresses indicate a more brittle behavior by taking higher values.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제82권1호
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• pp.93-105
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• 2022

The brittleness of concrete can be overcome by fiber reinforcement that controls the crack mechanisms of concrete. Corrosion-related durability issues can be prevented by synthetic fibers (SFs), while macro synthetic fibers have proven to be particularly effective to provide ductility and toughness after cracks. This experimental study has been performed to investigate the comparative flexural and mechanical behavior of four different macro-synthetic fiber-reinforced concretes (SFRCs). Two polyamide fibers (SF1 and SF2) with different aspect ratios and two different polypropylene fiber types (SF3 and SF4) were used in production of SFRCs. Four different SFRCs and reference concrete were compared for their influences on the toughness, compressive strength, elastic modulus, flexural strength, residual strength and splitting tensile strength. The outcomes of the study reveal that the flowability of reference mixture decreases after addition of SFs and the air voids of all SFRC mixtures increased with the addition of macro-synthetic fibers except SFRC2 mixture whose air content is the same as the reference mixture. The results also revealed that with the inclusion of SFs, 11.34% reduction in the cube compressive strength was noted for SFRC4 based on that of reference specimens and both reference concrete and SFRC exhibited nearly similar cylindrical compressive strength. Results illustrated that SFRC1 and SFRC4 mixtures consistently provide the highest and lowest flexural toughness values of 36.4 joule and 27.7 joule respectively. The toughness values of SFRC3 and SFRC4 are very near to each other.

• 한국압력기기공학회 논문집
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• 제17권2호
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• pp.145-156
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• 2021

Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification (UNSM) is a peening technology that generates elastic-plastic deformation on the material surface to which a static load of a air compressor and a dynamic load of ultrasonic vibration energy are applied by striking the material surface with a strike pin. In the UNSM-treated material, the structure of the surface layer is modified into a nano-crystal structure and compressive residual stress occurs. When UNSM is applied to welds in a reactor coolant system where PWSCC can occur, it has the effect of relieving tensile residual stress in the weld and thus suppressing crack initiation and propagation. In order to quantitatively evaluate the compressive residual stress generated by UNSM, many finite element studies have been conducted. In existing studies, single-path UNSM or UNSM in a limited area has been simulated due to excessive computing time and analysis convergence problems. However, it is difficult to accurately calculate the compressive residual stress generated by the actual UNSM under these limited conditions. Therefore, in this study, a minimum finite element peening analysis area that can reliably calculate the compressive residual stress is proposed. To confirm the validity of the proposed analysis area, the compressive residual stress obtained from the experiment are compared with finite element analysis results.

• Advances in concrete construction
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• 제15권6호
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• pp.359-376
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• 2023

Ultra-high-performance concrete (UHPC) has become an attractive cast-in-place repairing material for existing engineering structures. The present study aims to investigate age-dependent high-early-strength UHPC (HESUHPC) material properties (i.e., compressive strength, elastic modulus, flexural strength, and tensile strength) as well as interfacial shear properties of HESUHPC-normal strength concrete (NSC) composites cured at different season temperatures (i.e., summer, autumn, and winter). The typical temperatures were kept for at least seven days in different seasons from weather forecasting to guarantee an approximately consistent curing and testing condition (i.e., temperature and relative humidity) for specimens at different ages. The HESUHPC material properties are tested through standardized testing methods, and the interfacial bond performance is tested through a bi-surface shear testing method. The test results quantify the positive development of HESUHPC material properties at the early age, and the increasing amplitude decreases from summer to winter. Three-day mechanical properties in winter (with the lowest curing temperature) still gain more than 60% of the 28-day mechanical properties, and the impact of season temperatures becomes small at the later age. The HESUHPC shrinkage mainly occurs at the early age, and the final shrinkage value is not significant. The HESUHPC-NSC interface exhibits sound shear performance, the interface in most specimens does not fail, and most interfacial shear strengths are higher than the NSC-NSC composite. The HESUHPC-NSC composites at the shear failure do not exhibit a large relative slip and present a significant brittleness at the failure. The typical failures are characterized by thin-layer NSC debonding near the interface, and NSC pure shear failure. Two load-slip development patterns, and two types of main crack location are identified for the HESUHPC-NSC composites tested in different ages and seasons. In addition, shear capacity of the HESUHPC-NSC composite develops rapidly at the early age, and the increasing amplitude decreases as the season temperature decreases. This study will promote the HESUHPC application in practical engineering as a cast-in-place repairing material subjected to different natural environments.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권6A호
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• pp.943-953
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• 2006

본 연구에서는 섬유강화 플라스틱(FRP) 소재로 제작된 사각형 중공 교량 바닥판의 약축방향 거동을 보완하기 위해서 바닥판의 중공 내부를 구조용 폼(foam)으로 충전하였다. 충전폼의 유무와 폼의 강도에 따른 약축방향 정적거동 특성을 실험적으로 분석하여 충전폼의 역할을 검토하였다. FRP에 비하여 탄성계수가 현저히 낮은 구조용 폼으로 바닥판 내부를 충전하여 도 본래의 경량성을 유지하면서 공칭강도, 강성 등의 횡방향 구조성능이 획기적으로 개선되었다. 웨브의 개수에 따른 파괴거동을 비교하여 내부충전 FRP 바닥판에서 웨브의 역할을 파악하였다. 웨브가 내부충전 FRP 바닥판의 약축방향 강도에 미치는 영향은 미미하였으나, 폼 내부에서 발생한 균열의 전파를 차단함으로써 파괴모드의 취성을 경감시켰다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권6A호
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• pp.651-659
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• 2009

본 연구는 일체식 교대 교량의 파일-교대 연결부의 거동에 관한 것이다. 본 연구에서는 일체식 교대 교량 연결부의 강체거동을 위하여 교대에 매입된 파일(H형강)에 관통철근을 배치한 형태, 스터드 전단연결재를 설치한 형태의 두 가지의 파일-교대 연결부를 제안하였다. 제안된 파일-교대 연결부의 거동 평가를 위하여 제안된 연결부가 설치된 파일-교대 축소모형 시험체와 일체식 교량 설계지침에서 제시한 연결부가 설치된 파일-교대 축소모형 시험체를 제작하여 하중재하시험을 수행하였다. 하중재하시험 결과, 모든 시험체에서 탄성영역 내의 초기강성은 일반적인 일체식 교대 교량에 적용이 가능할 정도로 나타났다. 그러나 항복 이후 강성과 하중저항 성능, 균열진전양상, 회전 강성 및 지압강도 측면에서 비교한 결과, 본 연구에서 제안한 파일-교대 연결부 방식이 일체식 교대교량의 파일 연결부의 강체거동에 더욱 효과적인 것으로 평가되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권3D호
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• pp.271-278
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• 2010

반강성 포장은 공극률이 큰 개립도 아스팔트 혼합물의 공극에 시멘트 페이스트를 침투시켜 아스팔트 포장의 연성과 콘크리트 포장의 강성을 동시에 이용하는 포장형식이다. 반강성 포장은 콘크리트 포장에 비해 평탄성이 좋고 주행에 의한 진동이나 소음을 저감할 수 있으며, 아스팔트 포장에 비해 소성변형이 적고 온도저감 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 반강성 덧씌우기 포장을 시험시공하여 반강성 포장의 온도저감 효과를 조사하였고 시편을 제작하여 옥외에서 온도 및 중량을 측정하여 반강성 포장의 온도저감 및 보수 효과를 확인하였다. 상용 3차원 유한요소해석 프로그램인 Abaqus 6.8로 반강성 포장과 아스팔트 포장을 구조해석하여 하중재하 위치에서의 수평 및 연직방향 응력과 변형률을 비교하고 다층탄성해석 프로그램 Bisar 3.0으로 검증하였다. 구조해석 결과를 바탕으로 피로균열을 예측하여 반강성 포장과 아스팔트 포장의 공용성을 비교하였다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제11권3호
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• pp.177-183
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• 2023

유리섬유로 보강된 보강된 보의 경우 초기조건 및 보강형태에 따라 다양한 파괴모드가 발생한다. 본 연구에서는 콘크리트 탄성계수보다 약간 큰 유리섬유 보강재를 적용한 무근 콘크리트보의 파괴거동을 분석하였다. 실험을 위해 24 MPa 강도를 가지는 보를 제작하였으며, 초기 노치, 겹이음, 단부보강, 파이버 앵커 등의 영향을 분석하였다. 노치 및 노치부의 겹이음은 일반보강효과와 비슷한 하중증가를 나타내었는데, 이는 함침된 유리섬유의 에폭시가 노치 단면을 충분히 수복하기 때문이다. 보강하지 않은 기준기편에 비하여 초기 노치의 경우 0.78을, 보강한 경우는 4.43~5.61의 보강효과를 나타내었으며 휨파괴에서 시작되는 계면파괴가 지배적이었다. 높이의 1/3 이상의 단부 스트립과 파이버 앵커를 가진 경우 가장 이상적인 파괴거동(보강재 파단)을 나타내었는데, 일반 보강시편보다 150 % 이상의 파괴하중을 나타내었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권3호
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• pp.301-307
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• 2015

결합 기반 페리다이나믹 모델을 통해 다양한 동적취성파괴 현상을 해석할 수 있었지만, 결합 기반 모델은 다양한 재료 구성 모델을 표현하는데 여러 한계를 보여왔다. 특히 결합 기반 모델은 각 결합들이 서로 독립적으로 작용하도록 가정하였기 때문에 3차원 모델에서 포아송비가 1/4로 고정되며 전단 변형이 표현되지 못하고 체적 변형만이 모사되는 문제점이 있다. 본 연구에서는 상태 기반 페리다이나믹 모델을 통한 동적취성파괴 해석을 제시한다. 상태 기반 모델은 일종의 일반화된 페리다이나믹 모델로서 일반적인 재료 구성모델로부터 직접 페리다이나믹 재료 모델을 구성한다. 또한 연결된 모든 결합의 변형을 통해 각 절점의 재료 응답이 결정되기 때문에 체적 및 전단 변형이 모두 표현된다. 본 논문에서는 선형 탄성체에 대해서 상태 기반 평면 응력 페리다이나믹 모델을 소개하고 상태 기반 모델에 적합한 손상 모델에 대해 논의한다. 페리다이나믹 비국부 영역을 축소시키는 $\delta$-수렴성 연구를 통해 동적파괴 모델을 검증하고 상태 기반 모델이 동적 균열 전파를 모델링하는데 적합함을 확인하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.763-771
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• 2007

철근부식은 철근콘크리트 구조물의 내구수명을 현저히 저하시키며, 유지보수 비용의 증가를 가져온다. 이와 같은 문제의 해결을 위해 피복두께의 증가, 고성능콘크리트의 사용, 에폭시 코팅 철근의 사용 등이 연구되었으나 완전한 해결책은 되지 못하고 있다. 최근 철근부식 문제를 근본적으로 해결하기 위한 새로운 대안으로 대두되고 있는 것이 FRP (fiber reinforced polymer) 복합재료를 이용한 철근대체제의 사용이다. 그러나 취성적 거동과 낮은 탄성계수로 인하여 철근콘크리트와는 다른 거동을 보이며 이에 대한 많은 연구가 필요한 상황이다. 본 연구에서는 FRP 보강근을 사용한 일방향 슬래브의 구조 실험을 통하여 철근콘크리트 슬래브와 거동 특성을 비교하였다. 균열 및 파괴모드, 처짐, 연성 등의 평가를 통하여 철근 대체제로서의 가능성을 평가하였으며, 해외의 제안식들을 사용하여 처짐 및 균열예측에 대한 식의 적정성을 평가하였다.