• Structural Engineering and Mechanics
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• 제81권5호
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• pp.617-631
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• 2022

In this paper the viscoelastic responses of four experimental steel-concrete composite beams subjected to highly variable environmental conditions are investigated by means of a finite element (FE) model. Concrete specimens submitted to stepped stress changes are also evaluated to validate the current formulations. Here, two well-known approaches commonly used to solve the viscoelastic constitutive relationship for concrete are employed. The first approach directly solves the integral-type form of the constitutive equation at the macroscopic level, in which aging is included by updating material properties. The second approach is postulated from a rate-type law based on an age-independent Generalized Kelvin rheological model together with Solidification Theory, using a micromechanical based approach. Thus, conceptually both approaches include concrete hardening in two different manners. The aim of this work is to compare and analyze the numerical prediction in terms of long-term deflections of the studied specimens according to both approaches. To accomplish this goal, the performance of several well-known model codes for concrete creep and shrinkage such as ACI 209, CEB-MC90, CEB-MC99, B3, GL 2000 and FIB-2010 are evaluated by means of statistical bias indicators. It is shown that both approaches with minor differences acceptably match the long-term experimental deflection and are able to capture complex oscillatory responses due to variable temperature and relative humidity. Nevertheless, the use of an age-independent scheme as proposed by Solidification Theory may be computationally more advantageous.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.569-577
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• 2015

콘크리트의 균열억제 대책으로서 이용되고 있는 팽창 콘크리트를 대상으로 그 기본 특성의 파악 및 실부재로의 팽창재의 효과에 대해서 검토했다. 실내실험으로서 기본특성에 대해 검토한 결과, 팽창재의 적용에 의해 콘크리트의 건조수축 및 자기수축의 저감효과를 확인할 수 있었다. 또한, 팽창 콘크리트의 완전 구속조건 하에서의 응력-강도비는 보통 콘크리트에 비해 낮은 결과로 팽창재에 의한 인장응력의 저감효과를 확인할 수 있었다. 한편, 구속 조건하에서 팽창 콘크리트는 보통 콘크리트와 비교해 응력완화에 따른 변형능력이 향상되어 균열저항성의 향상을 기대할 수 있다고 판단된다. 실부재로의 검토에 있어서, 구속체의 영향이 작은 외벽에 있어서도 팽창 콘크리트는 초기재령에 있어 팽창에 수반하는 압축응력이 유효하게 도입되어 인장응력을 저감할 수 있다. 더욱이, 장기재령에 있어서의 균열을 평가한 결과, 팽창 콘크리트의 균열면적은 보통 콘크리트의 약 35%로 팽창재의 균열저감 효과를 확인할 수 있었다.

• 한국건축시공학회지
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• 제12권4호
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• pp.393-400
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• 2012

본 연구에서는 고로슬래그의 치환율이 80% 이상에 이르는 슬래그 대량 치환 콘크리트(High Volume Slag Concrete, HVSC)의 개발을 목표로 응결특성, 압축강도, 건조수축 및 중성화 저항성에 미치는 고로슬래그 치환율의 영향 및 알칼리 자극제의 효과에 대해 평가하였다. 고로슬래그 미분말의 치환율 증가에 따른 시험결과는 다음과 같다. 응결시간은 초결 및 종결 도달시간이 약 2~2.5 시간 지연되는 것으로 나타났으며 압축강도 발현특성은 초기 및 장기의 모든 재령에서 감소하였다. 건조수축은 치환율에 따른 뚜렷한 경향을 나타내지 않았으며 모든 배합에서 $6{\times}10^{-4}$ 이하의 값을 보여 매우 양호한 것으로 나타났다. 중성화는 현저히 증가하는 경향을 나타냈다. 한편 알칼리 자극제의 첨가에 따른 응결시간 및 초기강도 발현특성은 현저히 개선되었으며 건조수축에 기여하는 효과가 큰 것으로 나타났다. 반면 중성화 저항성에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권2A호
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• pp.401-409
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• 2006

본 연구에서는 고강도 강섬유보강 콘크리트(HSFRC)의 설계 및 시공을 위한 기초 자료를 제공하기 위하여 역학적 특성 및 장기변형 특성에 관한 연구를 수행하였으며, 탄성계수, 압축강도, 인장강도, 휨강도, 건조수축 및 크리프에 미치는 강섬유 혼입의 영향을 검토하고, 휨파괴인성을 평가하였다. 연구결과, HSFRC의 압축강도에 미치는 강섬유의 혼입효과는 그다지 크지 않았고, 탄성계수는 섬유혼입률이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났으며, 인장강도, 휨강도 및 휨인성에 미치는 섬유혼입률($V_f$) 및 섬유형상비($l_f/d_f$)의 영향은 대단히 큰 것으로 나타났다. 이는 $V_f$ 및 $l_f/d_f$의 증가와 함께 극한하중에 상응하는 처짐량이 증가하고, 강섬유의 균열구속성능에 의해 하중-처짐곡선의 하강곡선이 완만하게 감소하기 때문인 것으로 판단된다. 또한 크리프 및 건조수축에 미치는 섬유혼입률($V_f$)의 영향은 대단히 큰 것으로 나타났으며, 특히 고강도 콘크리트에 강섬유를 혼입하면 크리프 변형에 비해 건조수축 변형의 저감에 더욱 효과가 큰 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권4A호
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• pp.385-393
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• 2009

콘크리트 수축과 습도를 측정하고 기존 연구 결과와의 비교를 통해 다공성 경량골재의 사전흡수수에 따른 콘크리트의 수축과 콘크리트 내 상대습도와의 관계를 파악하였다. 물-결합재비 0.3에서 경량 콘크리트의 수축 저감효과는 7일 초기재령에서 36%, 6개월 장기재령에서 25%를 나타내었으며, 물-결합재비 0.4는 7일 초기재령에서 19%, 6개월 장기재령에서 16%의 수축 저감률을 그리고 물-결합재비 0.5에서는 각각 37%, 32%를 나타내었다. 물-결합재비에 관계없이 경량골재 사전흡수수의 습도 공급 효과는 7~10일 이내의 초기 재령에서 두드러지게 나타났다. 콘크리트 내 습도와 수축과의 관계는 물-결합재비 0.3의 경우 기존 모델식 적용 종류에 상관없이 습도 변화 전체 구간에 대하여 수축이 과소평가되었으며, 물-결합재비 0.4, 0.5의 경우 비교적 기존 모델식과 측정값이 유사한 경향을 나타내었다. 습도감소와 수축 변형률간의 관계를 고차 다항식으로 회귀분석할 수 있었으며, 콘크리트의 수분이동 해석을 통해 시간에 따른 상대습도를 고려할 경우 수분이동 해석과 부등수축 해석을 연관할 수 있는 매개변수로 적용할 수 있는 결과를 도출하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제20권6호
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• pp.673-693
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• 2005

A general step-by-step simulation for the time-dependent analysis of segmentally-erected prestressed concrete box-girder bridges is presented. A three dimensional finite-element model for the balanced-cantilever construction of segmental bridges, including effects of the load history, material nonlinearity, creep, shrinkage, and aging of concrete and the relaxation of prestressing steel was developed using ABAQUS software. The models included three-dimensional shell elements to model the box-girder walls and Rebar elements representing the prestressing tendons. The step-by-step procedure allows simulating the construction stages, effects of time-dependent deformations of materials and changes in the structural system of the bridges. The structural responses during construction and throughout the service life were traced. A comparison of the developed computer simulation with available experimental results was conducted and good agreement was found. Deflection of the bridge deck, changes in stresses and strains and the redistribution of internal forces were calculated for different examples of bridges, built by the balanced-cantilever method, over thirty-year duration. Significant time-dependent effects on the bridge deflections and redistribution of internal forces and stresses were observed. The ultimate load carrying capacities of the bridges and the behavior before collapse were also determined. It was observed that the ultimate load carrying capacity of such bridges decreases with time as a result of time-dependent effects.

• Steel and Composite Structures
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• 제10권1호
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• pp.45-67
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• 2010

Composite steel-concrete structures are employed extensively in modern high rise buildings and bridges. This concept has achieved wide spread acceptance because it guarantees economic benefits attributable to reduced construction time and large improvements in stiffness. Even though the combination of steel and concrete enhances the strength and stiffness of composite beams, the time-dependent behaviour of concrete may weaken the strength of the shear connection. When the concrete loses its strength, it will transfer its stresses to the structural steel through the shear studs. This behaviour will reduce the strength of the composite member. This paper presents the development of an accurate finite element model using ABAQUS to study the behaviour of shear connectors in push tests incorporating the time-dependent behaviour of concrete. The structure is modelled using three-dimensional solid elements for the structural steel beam, shear connectors, concrete slab and profiled steel sheeting. Adequate care is taken in the modelling of the concrete behaviour when creep is taken into account owing to the change in the elastic modulus with respect to time. The finite element analyses indicated that the slip ductility, the strength and the stiffness of the composite member were all reduced with respect to time. The results of this paper will prove useful in the modelling of the overall composite beam behaviour. Further experiments to validate the models presented herein will be conducted and reported at a later stage.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 1999년도 봄 학술발표회 논문집(I)
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• pp.191-196
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• 1999

In underground reinforced concrete structures, such as drainage structure, water and chloride ion penetrated into concrete through the cracks of concrete and its permeable property, cause the corrosion of reinforcing steel bar, which accelerates the expansive cracks and deterioration of concrete. It is necessary to control those deterioration of underground structure by improving its permeability and durability through the reasonable solutions in design, construction and materials. In the present study, fly ash concrete, which has good material properties in long-term period, is compared and studied with plain concrete using ordinary portland cement in terms of fundamental mechanical properties, permeability, drying shrinkage and durability. Also, the mix design and its properties of low permeable concrete using fly ash are reviewed. From this study, fly ash concrete can conctrol the penetration of water and chloride ion effectively by forming dense microstructure of concrete. Therefore, fly ash concrete may increase the long-term function, performance and serviceability of underground structures.

• Steel and Composite Structures
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• 제18권3호
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• pp.547-563
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• 2015

Deflection in a beam of a composite frame is a serviceability design criterion. This paper presents a methodology for rapid prediction of long-term mid-span deflections of beams in composite frames subjected to service load. Neural networks have been developed to predict the inelastic mid-span deflections in beams of frames (typically for 20 years, considering cracking, and time effects, i.e., creep and shrinkage in concrete) from the elastic moments and elastic mid-span deflections (neglecting cracking, and time effects). These models can be used for frames with any number of bays and stories. The training, validating, and testing data sets for the neural networks are generated using a hybrid analytical-numerical procedure of analysis. Multilayered feed-forward networks have been developed using sigmoid function as an activation function and the back propagation-learning algorithm for training. The proposed neural networks are validated for an example frame of different number of spans and stories and the errors are shown to be small. Sensitivity studies are carried out using the developed neural networks. These studies show the influence of variations of input parameters on the output parameter. The neural networks can be used in every day design as they enable rapid prediction of inelastic mid-span deflections with reasonable accuracy for practical purposes and require computational effort which is a fraction of that required for the available methods.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.125-133
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• 2011

가혹한 환경에 노출되는 콘크리트 교량바닥판에 대한 피해가 증가하면서 콘크리트 교량바닥판의 내구성 향상에 대한 요구가 증가하고 있다. 이에 따라 고성능 콘크리트에 대한 관심이 높아지고 있다. 최근, 새로운 광물질 혼화재로써 실리카흄과 같은 수준의 강도와 내구성 확보가 가능한 메타카올린이 높게 평가되고 있다. 이에 비해 국내의 메타카올린에 대한 연구 및 대체사용은 미진한 수준이며, 메타카올린 콘크리트를 교량바닥판에 적용하기 위한 검토도 매우 부족한 실정이다. 따라서 메타카올린 콘크리트를 교량바닥판에 적용하기 위해서는 장기적인 역학적 특성 및 교량바닥판에 요구되는 내구성에 대한 다양한 자료가 필요하다. 본 연구는 메타카올린 콘크리트를 적용한 교량바닥판의 장기적인 역학적 특성 및 내구성을 양생 재령에 따라 검토하는데 목적을 두었다. 역학적 특성은 압축강도 및 휨강도가 측정되었으며, 내구성의 경우는 건조수축, 염화물 저항성, 스케일링, 동결융해 저항성을 양생 재령에 따라 비교 평가하였다. 연구결과에 따르면, 메타카올린의 대체는 압축강도 및 휨강도 발현이 초기 및 장기 재령에서 우수하였다. 또한, 내구성 측면에서도 염화물 침투 저항성과 동결융해 저항성을 향상시켰다. 또한, 건조수축을 저감시키는 것으로 나타났다.