• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권5호
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• pp.86-94
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• 2022

전 세계적으로 철근의 부식으로 인해 발생하는 철근 콘크리트 구조물의 성능 저하를 해결하기 위하여, FRP를 철근으로 대체하는 것은 상당한 주목을 받고 있으며, FRP 물성을 향상시켜 구조물의 사용 수명을 연장하기 위한 기술 개발이 진행되어 왔다. 이에 따라, 고강도 및 고강성을 갖는 국산형 CFRP rod와 CFRP grid의 개발 및 제조 기술이 필요하며, 이를 적용한 구조 부재의 거동을 평가한 연구가 수행되어야 한다. 본 연구에서는 국내 시범 생산 CFRP rod를 보강근으로 사용한 보 부재의 휨 전단 거동을 보강비와 전단 경간비에 따라 검토하였다. 그 결과, 일정 범위를 벗어난 보강비를 사용할 경우, CFRP rod에 의한 성능 개선 효과가 상쇄되거나 효과가 크지 않는 것으로 나타났다. 한편, CFRP rod를 사용한 보 부재의 경우, 국내 구조 설계 기준에 근거하여 전단 철근을 배치하더라도 전단 파괴 가능성이 발생하였다. 그러므로 CFRP rod를 사용한 보 부재의 경우, 보강비 제한과 전단파괴를 방지하기 위한 검토가 필요한 것으로 판단된다. 또한, CFRP rod를 사용한 보 부재의 연성은 변형 에너지 평가방법에 따라 결정되므로, 보 부재의 구조 거동을 반영한 변형 에너지 평가법을 적용하여 연성을 평가해야 한다.

• 한국건축시공학회지
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• 제13권5호
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• pp.465-473
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• 2013

콘크리트는 충격 및 폭발에 대한 저항능력이 우수한 재료이지만, 국부적인 파괴가 발생하는 한계가 있다. 콘크리트의 방호성능 향상기법은 기존에는 부재의 두께를 증가시키는 것이었으나, 이는 공간의 활용에 있어 비효율 적이다. 최근에는 섬유보강 콘크리트는 콘크리트 자체의 휨인성을 증가시켜, 충격 및 폭발에 대한 저항능력을 향상시킨 방호재료의 개발 및 적용이 고려되고 있다. 본 연구에서는 섬유보강 콘크리트 및 모르타르에 대하여 고속 비상체의 충돌에 의한 내충격 성능을 평가하였으며, 그 결과를 바탕으로 방호벽으로 활용할 수 있는 콘크리트 T-wall을 제작하여 155 mm 포탄의 파편에 대한 방호성능을 검토하였다. 그 결과, 섬유보강으로 인한 휨 인성의 향상은 고속 비상체의 충돌에 의한 배면박리를 억제하는 것으로 나타났으며 155 mm 포탄의 파편 충돌에 있어 배면균열 및 표면의 콘크리트의 박락 등이 억제되어 섬유보강으로 인하여 방호벽의 성능 향상 및 부재두께를 감소할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권2호
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• pp.130-137
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• 2017

최근 경제 성장과 건설 기술의 발달로 인해 구조물이 대형화, 고층화됨에 따라 상부구조물을 지지할 수 있는 기초의 역할이 중요시 되고 있다. 이 연구에서는 철근콘크리트 말뚝 성능향상을 목적으로 프리캐스트공법과 철근 및 속채움 콘크리트로 말뚝머리부를 보강한 철근 콘크리트 말뚝(HPC)을 개발하고 한계상태설계법을 바탕으로 말뚝성능을 예측하였고 설계와 실제강도와 비교를 통해 말뚝 내력의 안전성을 평가하였다. HPC말뚝 본체의 단면형상은 최대폭 500 mm, 최소폭 475 mm의 10각 단면으로 말뚝머리부 본체 두께는 70 mm이다. 중공부 본체 내측은 도로교설계기준에서 제시하는 수평전단강도를 확보하기 위해 요철형상으로 제작하였다. 전단강도 실험 결과 사인장균열이 발생하였지만 최종 파괴단계까지 급격한 파괴 없이 안정적인 전단내력을 확보하였고 한계상태설계법으로 예측한 전단강도를 135%, 119% 상회하였다. 말뚝머리 본체부 두께에 가외철근 보강 유무에 따라 제작된 실험체의 항타실험 결과 모든 말뚝 실험체에 균열이 발생하지 않아 충격에 대한 저항이 우수한 것으로 나타났다. 기성 PHC말뚝과 HPC말뚝 연결부 휨실험을 통해 측정된 휨하중을 평가한 결과 기성 PHC말뚝 설계 휨균열 하중에 비해 1.51배 및 1.48배 높은 값을 나타내어 충분한 연결부 휨내력을 확보하는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회지
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• 제11권2호
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• pp.147-156
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• 1999

본 연구는 철근콘크리트 기둥에 탄소섬유쉬트를 보강하고 일정축력(0.35$P_o$)을 가한 상태에서 정, 부반복 횡가력을 실시하여 탄소섬유쉬트의 보강효과를 검증하기 위한 것으로, 탄소섬유쉬트의 보강배수에 따른 보강효과의 차이, 손상을 받은 시둥을 보수후 탄소섬유쉬트를 보강한 경우와 손상을 받지 않은 기둥에 탄소섬유쉬트를 보강한 경우의 거동의 차이를 실험을 통해 검증하였다. 탄소섬유쉬트의 보강매수는 2매와 3매 2종류에 관해 검토하였으며 보강매수에 따른 차이는 에너지 흡수능력에서 약간의 차이를 보일뿐 최대내력, 강성저하율 등에 있어서는 비슷한 거동을 나타내었다. 최대내력의 80% 수준까지 내력저하가 발생하도록 사전가력하여 탄소섬유쉬트를 보강한 기둥과 전혀 손상을 주지 않은 기둥에 탄소섬유쉬트를 보강한 기둥의 거동은, 손상을 준 기둥의 초기강성만이 탄소섬유 쉬트를 보강하지 않은 기둥에 비해 저하하나, 최대내격, 에너지 흡수능력, 연성등에 있어서는 무보강실험체에 비해 우수한 성능을 나타내었으며, 따라서 전체적으로 지진등으로 상당한 손상을 입은 기둥이라도 손상부 보수 후 탄소섬유쉬트로 보강하면 상당한 성능의 향상을 기할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나 보강매수에 따라 내력증진효과는 2매보강(${\rho}_{cf}$=0.44%)과 3매 보강(${\rho}_{cf}$=0.66%)의 경우 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회지
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• 제10권6호
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• pp.269-280
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• 1998

최근에 섬유보강 콘크리트와 섬유보강 플라스틱과 같은 복합소재를 기존의 구조부재와 연루하여 적용하고자하는 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 첨단 복합소재를 적절히 사용하기 위해서는 이들 소재를 구조물 또는 그 일부에 적용할 시에 저항 메카니즘과 파괴양상에 대한 이해가 요구된다. 본 연구에서는 특별히 단면이 시멘트 복합소재를 층으로 갖거나 FRP 텐던 등으로 보강된 Bonded 및 Unbonded 프리스트레스트 콘크리트보의 비선형 휨거동을 예측할 수 있는 이론모델을 개발하고자 하였다. 본 모델은 한 개의단면으로 해석하는 Couple Method와 여러 개의 적층으로 나눈 Layered Method의 중간적인 모델이라고 할 수 있는 블록개념(Block Concept)이 적용되었다. 주어진 하중에 대한 처짐을 구하기 위하여 N개의 축력에대한 평형조건과 N개의 휨에 대한 평형조건을 이용하여 보 전체의 2N 개의 변수를 구하였다. 본 모델은 여러 형태로 배근된 Bonded 그리고 Unbonded 프리스트레스트 콘크리트보의 휨 거동을 성공적으로 예측하였다.또한 취성적인 FRP 텐던이 파괴됨에 따른 보의 갑작스런 하중저하 이후의 점진적인 내력증가도 성공적으로 모사하였다. 이는취성적인 FRP텐던으로 보강된 프리스트레스트 보의 전반적인 하중-처짐을 추적하는데 유용하다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제29권6호
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• pp.411-422
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• 2017

본 연구에서는 콘크리트피복 원형충전강관 기둥을 적용한 합성구조 접합부의 거동특성과 내진성능을 평가하기 위하여, 기둥-플랜지 접합부에 대한 인장실험과 보-기둥 접합부에 대한 반복하중 실험을 수행하였다. 기둥-플랜지 인장실험은 피복콘크리트의 유무와 플랜지 폭, 인장철근 보강을 변수로 하여 5개의 실험체에 대하여 하중재하능력과 파괴모드를 분석하였다. 실험결과, 접합부에서의 플랜지 단부 폭을 200mm에서 350mm로 증가시킬 경우 연결부의 강도 및 강성이 각각 1.61배와 1.56배가 증가했고, 인장철근을 보강할 경우 추가적으로 강성과 강도가 각각 1.35배와 1.92배 증가했다. 접합부 반복하중 실험에서는 접합 상세를 변수로 3개의 외부접합부 실험체를 구성했다. 접합부 보강상세로는 인장철근 보강과 강관의 두께, 수직강판 보강을 고려하였다. 모든 접합부 실험체는 보에서 뚜렷한 휨항복이 발생하였으며 접합부의 손상은 제한적이었다. 특히, 강재보가 강관에 직접 용접되는 경우 보의 웨브를 통해서도 하중이 전달되기 때문에, 플랜지 인장실험 결과보다 보수적인 설계가 가능하며, 접합부 강관 두께를 증가시키거나 수직강판으로 보강한 경우에는 추가적으로 패널존의 전단내력이 증가하는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권3호
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• pp.207-214
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• 2015

이 연구에서는 중량콘크리트 전단벽의 경계요소내에서 횡보강근으로서 와이어로프의 적용가능성을 평가하였다. 와이어로프의 횡보강근의 배근간격은 60 mm에서 120 mm로 변화되었는데, 이때의 횡보강근체적지수는 0.126~0.234이다. 와이어로프는 주철근의 외부와 경계요소내 내부의 크로스타이로 적용되었다. 와이어로프로 횡보강된 5개의 중량콘크리트 전단벽은 축력하중하에서 반복횡하중의 실험이 수행되었다. 실험결과, 횡보강근체적지수가 증가함에 따라 전단벽의 연성은 현저하게 증가한 반면, 휨 내력의 변화는 미미하였다. 전단벽의 휨 내력의 실험결과는 ACI 318-11 기준의 예측값 보다 다소 높았다. 동일한 횡보강근체적지수에서 와이어로프로 횡보강된 전단벽의 변위연성비는 일반철근으로 보강된 전단벽보다 높았다. 특히, 이 실험결과로부터 고연성설계를 위한 곡률연성비 16 이상을 확보하기 위해서는 횡보강근체적지수가 0.233 이상이 요구되었다.

• 터널과지하공간
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• 제17권5호
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• pp.411-427
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• 2007

타당성 있는 터널의 설계 및 경제적 시공을 위해서는 터널해석의 신뢰성이 확보되어야 한다. 이를 위해서는 암반과 지보재의 상호 작용을 포함하여 시공 전반에 걸친 깊은 이해가 필요하다. 본 논문에서는 파괴 이후에도 지보력을 상실하지 않는 강섬유보강 숏크리트의 거동을 적절히 모델링하는 기법을 소개하였다. 강지보재의 지보 효과를 알아보기 위해 3차원 해석을 수행하였으며, 이를 통하여 새로운 하중분담율이 산정되었다. 소성모멘트한계만을 사용한 경우(PML 모델) 숏크리트에 비정상적으로 발생하던 높은 인장응력을 없앨 수 있었고, 파괴 후의 연성 거동을 모사할 수 있었으나 축력의 영향이 고려되지 못하여 실제 거동과의 괴리를 메우기에는 다소 미흡하였다. 따라서 축력과 모멘트 한계를 동시에 고려할 수 있는 방법이 필요하였는데, FLAC의 내장 모델인 liner 모델을 통하여 이러한 거동이 모사될 수 있었다. Liner 모델에서는 강섬유 보강 숏크리트의 일축압축 강도와 더불어 최대 및 잔류 인장강도도 지정이 가능하다. 이 두 가지 모델을 이용하여 4등급 및 5등급 암반에 굴착되는 2차로 터널에 대하여 해석을 수행하였다. 또한 종래에 사용되던 탄성 beam 모델을 이용한 해석도 병행하여 그 결과를 비교하였다. 탄성 beam 모델을 제외한 두 가지 모델은 탄성 beam 모델에서는 반영될 수 없었던 휨인성을 고려할 수 있었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권6호
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• pp.671-679
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• 2008

최근 fiber reinforced polymer (FRP)를 적용한 near surface mounted (NSM) 보강공법은 열화된 콘크리트구조물에 대해 유지관리 측면에서 활발하게 적용되고 있다. 그러나, 기존 NSM 보강공법은 보강깊이가 부족한 콘크리트구조물에 대해서는 그 적용함에 있어 다소 제약이 있어왔으며 또한 비교적 얇게 보강된 특성으로 인하여 공용 시 부착특성에 대한 우려도 함께 부각되어 왔다. 이 문제점을 해결하고자, 본 연구에서는 스터럽 부분절단형 NSM 공법 (이하 SCNSM 공법)을 개발하여 노후화된 콘크리트구조물의 보강성능을 향상시키고자 한다. 본 공법은 기존 NSM 보강공법 적용 시 보강깊이 확보가 어려운 노후화된 콘크리트구조물의 성능향상에 적합한 공법이다. 본 연구에서는 새로 개발된 SCNSM 보강공법의 휨 성능을 검증하고자 휨 실험을 수행하였으며, 이를 기존 NSM 보강공법이 적용된 휨구조물과 비교분석하였다. 시험변수로는 보강길이 (순지간의 32%, 48%, 70%, 80%, 96%)를 적용하였으며, 하중-변위관계, 변형률관계 등이 분석되었다. 시험 결과, SCNSM 보강시험체는 기존 NSM 보강시험체와 유사한 극한하중 및 구조거동을 나타내었으며, 특히, 하부 스터럽 부분절단에 따른 구조적 취약성은 확인되지 않았다. 따라서, SCNSM 보강공법은 노후화된 콘크리트구조물의 내하력 증진을 위한 보강 시 피복두께가 확보됨의 유무에 따른 제약을 받지 않는 효과적인 보강공법이 될 수 있을 것으로 분석되었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권1호
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• pp.91-99
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• 2017

본 논문은 폴리머 모르타르로 보수된 철근콘크리트 보의 휨거동을 실험적 해석적으로 분석한 결과를 제시한다. 실험적 연구에서는 보수위치, 모르타르 재령을 실험변수로 고려하여 제작된 13개의 보에 대한 3점 휨실험이 실시되었다. 인장측 및 압축측을 보수한 실험체들의 파괴는 모르타르와 콘크리트의 계면에서 발생하지 않았으며, 폴리머 모르타르의 인장변형률이 극한변형률을 초과하는 순간 발생하였다. 압축측을 보강한 실험체들은 기준실험체의 최대하중과 유사하였다. 그들의 연성지수는 기준실험체보다 훨씬 컸다. 인장측을 보수한 실험체는 매우 취성적으로 파괴되었으며, 연성지수가 크게 감소하였다. 폴리머 모르타르로 보수된 철근콘크리트의 보의 휨거동을 예측하기 위해 Opensees을 사용한 재료비선형 해석을 진행하였다. 해석 모델을 단순화하기 위해 2차원 골조요소를 적용하였으며, 재료 비선형성을 고려하기 위해 파이버 모델을 적용하였다. 해석결과는 비선형 구조해석은 압축측 보수 실험체의 휨거동을 적절하게 예측하나, 인장측 휨거동는 다소 과대 평가하는 것으로 나타났다.