• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권4호
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• pp.50-58
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• 2014

신축공사의 비용에 대한 부담과 건설된 지 오래되어 노후화가 진행된 철근콘크리트 구조물의 증가로 유지관리의 필요성이 크게 증가하여 점차적으로 보수 보강 분야가 확대되고 있다. 이러한 필요성의 증가로 인해 새로운 보수 보강 기술이 국내 외에서 지속적으로 연구되고 있다. 국내에서는 철근콘크리트 구조물의 보수 보강공법으로 강판접착공법, 섬유보강 (Fiber reinforced plastic, 이하 FRP) 표면부착공법, 외부 프리스트레싱공법 등이 사용되고 있다. 이러한 방법 외 Steel mesh로 보강한 시멘트 모르타르 (Steel Mesh Cement Mortar; SMCM)을 이용한 보수방법을 고려하고자, Steel mesh 의 보강 면적, 그리고 보강 층 수 (number of layer)를 달리하여, 3점 휨 부재 실험을 수행하였다. $1400{\times}500{\times}200$ (mm)의 기본 철근 콘크리트 (RC)를 포함하여 총 5종류의 시편을 제작하였으며, 처짐량을 측정하기 위해, 시편 상부에 LVDT를 설치하였으며, 시편 중앙부에 철근 변형률 게이지와 콘크리트 변형률 게이지, 전단 철근에 철근 변형률 게이지를 부착하였다. 3점 휨 실험 결과, 모든 하중-변위 곡선에서 공통적으로 SMCM으로 보강한 시편이 기본 RC에 비해 최대하중이 더 높은 것을 확인할 수 있었다. SMCM을 두 층, 그리고 기본 RC 하부 전체에 보강을 할 경우, 기본 RC에 비해 최대 하중은 1.18배, 처짐은 최대 1.37배 더 높은 것을 확인할 수 있었다. 시편의 종류마다 조금씩 다른 양상을 보였는데, 이는 SMCM과 RC의 부착 정도의 차이로 인해 결과의 차이가 발생한 것으로 보인다. 특히, 지점부 안쪽으로 부분 보강하고, Steel Mesh를 한 겹으로 보강한 네 번째 경우 (SM-B1)에는, SMCM이 실험 도중 박락되는 현상이 발생하였다. SMCM을 보수 보강 재료로서 활용하기 위해선 RC와의 부착 성능 향상이 필요하다고 판단된다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권4호
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• pp.67-76
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• 2006

본 논문에서는 철골 각형강관단면(RHS) 기둥-보 접합부에서 웨브의 모멘트 전달효율을 평가하였다. 먼저, 5개의 철골보접합부에 대한 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 이들은 접합부 상세가 다르게 설계되었고, 따라서 휨저항 성능이 각기 다르다. 해석결과 RHS 기둥을 가진 모델은 기둥 플랜지의 면외변형 때문에 WF(Wide Flange) 기둥을 가진 모델에 비해 모멘트 전달효율이 저하함을 보였다. 스캘럽(WAH)과 얇은 강관기둥 두께도 모멘트 전달효율의 저하를 가져오는 원인으로서, 결과적으로 보-기둥 접합부의 파단을 초래할 가능성이 크다. 해석과 이전의 실험결과를 기초로 하면, 응력집중은 모멘트 전달효율과 반비례하고, 접합부의 변형능력은 모멘트 전달효율의 저하에 따라 감소하는 것을 알 수 있다. 더 나아가서 바닥슬래브가 있는 합성보 접합부에 대한 유한요소해석결과는 중립축이 상부플랜지 방향으로 상승함으로써 모멘트 전달효율이 저하했고, 이러한 영향은 접합부의 조기 취성파단을 초래하는 것을 보였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권6호
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• pp.705-714
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• 2012

프리캐스트 중공 사각형 철근콘크리트 교각에 대하여 준정적 실험을 수행하여 내진성능을 검증하였다. 기둥 실험체는 프리캐스트 세그먼트를 접합하고 나서, 미리 배치된 쉬스관에 축방향 철근을 연결 없이 연속으로 배치한 후 모르타르로 그라우팅하는 방법으로 제작하였다. 실험의 주요변수는 형상비, 축방향 철근비, 횡방향 철근량, 프리캐스트 세그먼트의 접합위치이다. 기둥 실험체의 형상비는 4.5와 2.5, 축방향 철근비는 1.15%와 3.07%로 각각 두 가지의 값을 가진다. 횡방향 철근량은 도로교설계기준에서 규정하고 있는 완전연성 설계에 요구되는 양의 99%, 55%, 50%, 27%로 배근되었다. 소성힌지 구역에서의 프리캐스트 세그먼트 접합위치는 기둥 하단에서 기둥단면 두께의 0.5배와 1.0배인 위치로 하였다. 실험 결과로서 균열 및 파괴모드, 축력-휨 강도, 하중-변위 포락선, 변위연성도를 분석하였으며, 도로교설계기준의 연성도 내진설계법을 적용하였을 때의 안전율을 분석하였다. 기둥 실험체는 축방향 철근이 모르타르와 쉬스관에 의하여 구속되고, 쉬스관이 횡방향 철근으로 구속되는 구조로 인하여 큰 변위까지 축방향 철근의 좌굴이 지연되어 연성도가 크게 나타났다.

• Composites Research
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• 제30권5호
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• pp.316-322
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• 2017

탄소섬유는 매우 우수한 기계적, 전기적, 열적 특성을 가진 소재로써, 고분자를 매트릭스로 하는 복합재료로써 산업적으로 널리 쓰이고 있다. 하지만 이 복합재료는 높은 강도 및 탄성을 가진 탄소섬유에 비해, 약한 고분자 매트릭스로 인한 분리 형상이 약점으로 지적되고 있다. 이를 해결하기 위해 강화재의 첨가가 필수적이다. 그래핀은 매우 우수한 기계적 물성을 지닌 강화재로써, 첨가 시에 높은 물성 향상을 기대할 수 있다. 하지만 그래핀 자체의 응집현상과 고분자 기지와의 약한 결합이 강화효과를 제대로 구현해내지 못하는 결과를 초래하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 핵심 기술로 제시된 것이 기능기화 방법이며, 이를 통해 분산성을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 멜라민을 이용하여 그래핀 나노플레이틀릿의 기능기화를 진행하고, 이를 에폭시 고분자 기지와 혼합하였다. 제조된 그래핀 나노플레이틀릿/에폭시을 이용하여 탄소섬유 강화 고분자 복합재료를 제조하고 굽힘 특성과 층간전단강도를 측정하였다. 그 결과 복합재료의 기계적 물성이 증가되었으며, 그래핀 나노플레이틀릿의 분산성이 향상됨을 확인하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제18권2호
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• pp.275-282
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• 2006

최근 철근 콘크리트 구조물에서 철근의 부식문제를 근본적으로 해결하기 위한 대안으로 섬유강화폴리머(Fiber Reinforced Polymers, FRP)가 주목받고 있다. FRP는 철근에 비해 높은 비강도를 가지며, 무게가 가볍다. 특히 내부식성이 뛰어나 염해와 같은 열악한 환경에 특히 유용하다. 그러나 재료단가가 철근에 비해 높고, 장기거동에 대해 구축되어 있는 정보가 적으며 항복 거동을 보이는 철근과는 달리 취성파괴를 일으키기 때문에 FRP를 토목재료로 사용하려는 노력은 더디게 진행되고 있다. FRP 제작에 사용되는 섬유 중 유리섬유가 가장 경제적이지만 강성이 철근에 비해 대략 1/4 정도 밖에 되지 않아 휨부재에 사용될 경우 과도한 처짐 문제가 발생한다. 이에 본 연구에서는 유리섬유로 제작된 FRP(Glass Fiber Reinforced Polymer, GFRP) 로드(Rod)의 인장특성을 개선하고자 탄소와 유리섬유로 제작된 하이브리드 로드의 인장특성에 관한 연구를 수행하였다. 로드 제작에 사용되는 수지 종류와 배치 방법에 대해 변수를 설정하여 총 40개의 시편을 제작하여 인장실험을 실시하였다. 하이브리드 로드의 인장특성은 섬유가 혼합되지 않은 순수한 유리섬유와 탄소섬유로만 제작된 로드의 인장특성과 비교하였다. 실험 결과에 따르면 로드의 핵은 탄소섬유로, 외피는 유리섬유로 제작된 하이브리드 로드의 인장특성이 가장 우수하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권4호
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• pp.411-418
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• 2015

본 연구는 섬유혼입률 및 패널 두께가 구형비상체 충격에 의한 강섬유보강 콘크리트(SFRC) 패널의 손상특성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 실시되었다. 실험체는 $200{\times}200mm$의 각형 패널로 계획하였으며, 두께는 30 및 50 mm로 설정하였다. 비상체는 직경 20 mm의 강재이며, 속도는 350 m/s로 실험을 실시하였다. 또한 본 연구에서는 SFRC의 역학적 특성과 내충격 성능의 상호관계를 평가하였다. SFRC의 역학적특성은 압축강도, 파괴계수 및 재료의 인성을 평가하였다. 비상체 충격에 의한 패널의 전면손실률은 압축인성이 증가함에 따라 감소하였고, 파괴계수 및 휨인성이 향상됨에 따라 배면손실률이 감소하는 것으로 나타났다. 강섬유보강 콘크리트의 동적특성 평가를 위하여, 상용 프로그램인 ABAQUS/Explicit를 사용하여 유한요소해석을 실시하였다. 해석결과 파괴양상이 유사한 경우 전면 및 배면손실률을 잘 예측하는 것으로 나타났다.

• 한국건축시공학회지
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• 제19권6호
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• pp.539-547
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• 2019

최근 국제사회는 지구온난화 방지를 위한 기후변화협약을 체결하고 건축물의 냉방 및 난방 에너지로 공급하는 화석연료 사용을 줄이고자 신축 또는 기존건물에 대한 녹색건축인증(G-SEED) 및 에너지효율등급, 건축물 에너지절약 설계기준 등을 일정조건 이상인 건축물에 의무적으로 적용하고 있다. 건물에 공급하는 에너지 공급을 줄이고 보온성을 향상시키는 건축자재로 단열재가 사용되고 있으며 신축건축물의 에너지절약 설계기준을 만족하는 건물외피 구성 재료 중 총 열 저항성의 90% 이상을 차지하고 있다. 그러나 기존건축물에 시공된 단열재의 경시변화에 대한 명확한 자료가 부족하여 건축물의 에너지성능 판단기준인 단위면적당 1차에너지 소요량 산정에 대한 의문점을 갖게 되었다, 이에 20년 이상 된 노후 건축물의 리모델링 현장에서 단열재(압출법,비드법)를 직접 채취하여 단열재성능을 비교·평가하였다. 실험결과, 압출법(XPS)은 생산초기 품질기준인 KS M 3808보다 열전도율은 48%, 압축강도는 36%가 저하되어 본래의 성능을 발휘하지 못함을 알 수 있었고, 비드법(EPS)의 경우 단열재 두께가 50mm인 경우 열전도율과 압축강도, 굴곡파괴하중 등이 생산초기 품질기준을 유지함을 알 수 있었다. 따라서 비드법의 경우 단열재 두께를 고려하여 현재의 단위면적당 1차 에너지소 요량을 기존대로 산정하고, 압출법의 경우는 단위면적당 1차 에너지소요량 산정시 보정계수를 적용해야 할 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제13권1호
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• pp.25-37
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• 1993

본 논문은 강섬유보강 콘크리트의 인성을 평가하기 위하여 비선형 파괴역학 파라메터의 하나인 J적분이 최대하중점 파괴기준이 적용될 때 휨시험으로부터 하중-처짐곡선으로부터 간편하게 사용될 수 있음을 설명하고, 강섬유로 보강된 고강도콘크리트를 대상으로 노치를 가진 휨시험편을 제작하여 3점 재하실험을 실시하고, 그것으로부터 $J_{IC}$와 선형파괴역학 파라메터인 $K_{IC}$와 $G_{IC}$를 얻고 각각을 비교 고찰하였다. 그 결과, 강섬유보강 콘크리트의 파괴인성을 평가하기 위해서는 $J_{IC}$가 $K_{IC}$나 $G_{IC}$보다 더 효과적임을 알 수 있었다. 또한 강섬유 혼입률 0.5% 이하에서는 고강도콘크리트의 인성의 증진효과가 거의 없었으나, 섬유혼입률 1.0% 이상에서는 $J_{IC}$가 뚜렸한 증가를 보이고 있어 콘크리트의 개선된 인성특성을 잘 나타내고 있었으며. $K_{IC}$나 $G_{IC}$는 그렇지 못하였다. 그러나, $J_{IC}$의 정량화에 이용하는 공시체의 크기는 $J_{IC}$의 계산에 필요한 최대강도점에서 포텐셜에너지의 변동이 적고 시험편의 취급도 간편한 공시체의 선택이 필요하며, $J_{IC}$ 의 실험적 평가에 의해서 얻어지는 결과는 최대하중점에서 얻어짐으로 인하여 최대하중점의 선정에 아주 크게 좌우되는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 강섬유 보강 콘크리트와 같은 비균질(非均質) 재료(材料)의 경우에는 균열의 진전과정(進展過程)이 불규칙적이므로 균열 발생점을 바르게 찾아내는 측정기술(測定技術)과 정도상(程度上)외 문제점을 포함하여, 파괴인성에 대한 좀 더 바람직한 평가방법 등이 이루어져야 할 것으로 판단된다.

• 비파괴검사학회지
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• 제20권4호
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• pp.276-284
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• 2000

콘크리트 구조물의 노화도 평가를 위한 기초 연구로써 철근 및 무근 콘크리트 빔의 4점 굽힘 시험시 발생하는 음향방출 신호의 발생 거동을 관찰하였다. 본 연구는 미세 균열의 전개, 국부 균열의 진전, 부식, 철근의 박리 등 균열 발생 및 손상기구에 대한 AE 특성 고찰에 주안점을 두었다. 이들 각각의 손상 메카니즘을 모사하기 위해 무근 콘크리트, 노치를 가공한 무근 콘크리트, 정상적인 철근 콘크리트 그리고 부식된 철근 콘크리트 빔을 제작하였다. 손상 정도 및 펠리시티 효과(Felicity effect)를 관찰하기 위해 4점 굽힘 시험시 단계별 하중 증가 방식을 택하였다. AE 파형은 물론 AE event에 대한 발생 특성을 분석하였으며, 노화도 평가에 주요한 영향을 미치는 주요 변수들에 대해 조사하였다. AE event 발생의 누계치 및 Felicity ratio값 등은 손상의 정도에 따라 민감하게 변하는 것을 관찰하였으며, 노화도와도 상관관계가 있음을 확인하였다. 결과적으로 본 연구에서 얻은 AE 분석 기술은 철근 콘크리트 구조물의 균열이나 부식 손상과 같은 노화도 평가를 위해 적용할 수 있는 가능성을 제시하였다.

• 콘크리트학회지
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• 제3권2호
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• pp.123-132
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• 1991

건축구조물의 초고층화, 대형화 및 특수화 되어가는 현재의 실정에 고강도콘크리트의 사용은 필수적은 부분으로 대두되기 시작하였다. 그러나 이러한 필수적인 필요성에도 불구하고 ACI Building Code에서는 콘크리트의 강도가 420kg/$cm^2$이하에 관한 구조설계기준만을 제안하고 있는 설정이므로 420kg/$cm^2$을 넘는 고강도 콘크리트 사용시이에 따른 정확한 규준식이 정립되어 있지 못한 설정이다. 따라서 본 연구는 고강도 콘크리트 보-기둥접합부 설계에 기본적인 자료를 제공하고자 하였으며, 시험체는 총 5개로서 선정된 주요변수는 콘크리트 압축강도(f'c=300kg/$cm^2$과 800kg/$cm^2$), 하중재하방법(일방향 단조하중과 반복하중) 그리고 접합부내의 구부림철근 사용 유.무등으로 하였다. 이상과 같은 변수에 따른 실험결과로서, 반복하중을 수행한 시험체가 일방향단조하중에 수행한 시험체의 최대하중수행능력에 비해서 73%정도밖에 미치지 못하였으며 접합부내에 기준배근을 한 시험체에 비해서 접합부내의 사인장 대각균열 발생억제 및 접합면의 균열들이 접합부내 기둥으로 진전하는 것을 막을 수는 있었으나 접합부내를 과도하게(횡보강근+구부림철근)보호함으로써 균열들이 분담되지 않고 보-기둥접합면에 집중되어 피해가 가중되는 현상을 보이게 되므로 고강도 콘크리트 보-기둥접합부 설계시 접합부내에 구부림철근의 사용은 적절하지 않은 것으로 보인다. 최대하중수행능력에 비해서 73%정도밖에 미치지 못하였으며 접합부내에 기준배근을 한 시험체에 비해서 접합부내의 사인장 대각균열 발생억제 및 접합면의 균열들이 접합부내 기둥으로 진전하는 것을 막을 수는 있었으나 접합부내를 과도하게(횡보강근+구부림철근)보호함으로써 균열들이 분담되지 않고 보-기둥접합면에 집중되어 피해가 가중되는 현상을 보이게 되므로 고강도 콘크리트 보-기둥접합부 설계시 접합부내에 구부림철근의 사용은 적절하지 않은 것으로 보인다.