• Structural Engineering and Mechanics
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• 제83권4호
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• pp.415-433
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• 2022

Eighteen (18) (120×300×2200 mm) beams were prepared and tested to evaluate the shear strength of Glass Fiber Reinforced Concrete (GFRC) beams with no shear reinforcement, and evaluate the effectiveness of various innovative strengthening systems to increase the shear capacity of the GFRC beams. The test variables are the amount of discrete glass fiber (0.0, 0.6, and 1.2% by volume of concrete) and the type of longitudinal reinforcement bars (steel or GFRP), the strengthening systems (externally bonded (EB) sheet, side near-surface mounted (SNSM) bars, or the two together), strengthening material (GFRP or steel) links, different configurations of NSM GFRP bars (side bonded links, full wrapped stirrups, side C-shaped stirrups, and side bent bars), link spacing, link inclination angle, and the number of bent bars. The experimental results showed that adding the discrete glass fiber to the concrete by 0.6%, and 1.2% enhanced the shear strength by 18.5% and 28%, respectively in addition to enhancing the ductility. The results testified the efficiency of different strengthening systems, where it is enhanced the shear capacity by a ratio of 28.4% to 120%, and that is a significant improvement. Providing SNSM bent bars with strips as a new strengthening technique exhibited better shear performance in terms of crack propagation, and improved shear capacity and ductility compared to other strengthening techniques. Based on the experimental shear behavior, an analytical study, which allows the estimation of the shear capacity of the strengthened beams, was proposed, the results of the experimental and analytical study were comparable by a ratio of 0.91 to 1.15.

• 한국지진공학회논문집
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• 제10권3호
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• pp.47-55
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• 2006

본 연구는 도로교의 교각으로 널리 사용되고 있는 2주형 철근 콘크리트 교각의 내진성능과 보강방안을 실험적으로 수행하였다. 실험체는 지름 400mm, 높이 2,000mm인 2주형 원형교각 10기를 제작하였으며, 하중은 $0.1f_{ck}A_g$ 크기의 축방향하중하에서 교축방향과 교축직각방향의 이축 횡방향하중을 교번 반복재하하였다. 실험변수는 심부구속철근비, 주하중방향, 주철근 겹침이음 그리고 보강방안을 선택하였다. 주철근 겹침이음이 있는 교각에 대한 보강방안으로 steel band, steel jacket, 그리고 prestress 강선을 이용하였다. 실험 결과 주하중방향이 교축직각인 실험체가 소성힌지구간이 교각의 상 하부 양측에 발생하면서 주하중 방향이 교축방향인 실험체보다 연성 능력이 우수한 것으로 나타났다. 프리스트레스 강선으로 보강한 실험체는 과보강으로 인한 소성힌지구간의 이동으로 연성도 저하가 나타났으나, steel jacket 및 steel band로 보강한 실험체는 모두 요구연성도를 만족하는 것으로 나타났다. 특히, steel band에 의한 보강방안은 시공성 등을 감안하여 바람직한 철근 콘크리트 교각의 내진 보강방안으로 고려될 수 있다.

• 콘크리트학회지
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• 제10권6호
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• pp.233-240
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• 1998

구조역학에 기초한 보의 종방향 휨모멘트변화율과 전단력의 관계와 본 연구자가 이전에 발표한 아취모델을 이용하여 복부보강이 안된 철근콘크리트 보의 전단강도 예측식을 제안하였다. 이론적으로 유도된 본 연구의 전단강도식은 주로 실험결과에 기초한 ACI 318 전단강도식과 비슷한 형태이다. 본 연구에서 제안한 식은 콘크리트 압축강도, 주인장철근비 및 전단지간대 유효높이의 비가 주변수이며, 보작용과 아취작용의 조합에 의한 철근콘크리트 보의 전단저항메카니즘이 합리적으로 반영되어 있다. 본 연구에서 제안한 전단강도식은 ACI 318 전단강도식 및 Zsutty의 전단강도식과 함께 기존의 실험결과와 비교되었다.

• Advances in concrete construction
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• 제10권4호
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• pp.289-299
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• 2020

A reliability analysis of the axial compressive load bearing capacity of postfire reinforced concrete (RC) columns strengthened with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets was presented. A 3D finite element (FE) model was built for heat transfer analysis using software ABAQUS. Based on the temperature distribution obtained from the FE analysis, the residual axial compressive load bearing capacity of RC columns was worked out using the section method. Formulas for calculating the residual axial compressive load bearing capacity of the columns after fire exposure and the axial compressive load bearing capacity of postfire columns retrofitted with CFRP sheets were developed. Then the Monte Carlo method was used to analyze the reliability of the axial compressive load bearing capacity of the RC columns retrofitted with CFRP sheets using a code developed in MATLAB. The effects of fire exposure time, load ratio, number of CFRP layers, concrete cover thickness, and longitudinal reinforcement ratio on the reliability of the axial compressive load bearing capacity of the columns after fire were investigated. The results show that within 60 minutes of fire exposure time, the reliability index of the RC columns after retrofitting with two layers of CFRPs can meet the requirements of Chinese code GB 50068 (GB 2001) for safety level II. This method is effective and accurate for the reliability analysis of the axial load bearing capacity of postfire reinforced concrete columns retrofitted with CFRP.

• Steel and Composite Structures
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• 제7권1호
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• pp.19-34
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• 2007

This paper presents results of a non-linear finite element analysis of axially loaded slender hollow structural section (HSS) columns, strengthened using high modulus carbon-fiber reinforced polymer (CFRP) longitudinal sheets. The model was developed and verified against both experimental and other analytical models. Both geometric and material nonlinearities, which are attributed to the column's initial imperfection and plasticity of steel, respectively, are accounted for. Residual stresses have also been modeled. The axial strength in the experimental study was found to be highly dependent on the column's imperfection. Consequently, no specific correlation was established experimentally between strength gain and amount of CFRP. The model predicted the ultimate loads and failure modes quite reasonably and was used to isolate the effects of CFRP strengthening from the columns' imperfections. It was then used in a parametric study to examine columns of different slenderness ratios, imperfections, number of CFRP layers, and level of residual stresses. The study demonstrated the effectiveness of high modulus CFRP in increasing stiffness and strength of slender columns. While the columns' imperfections affect their actual strengths before and after strengthening,the percentage gain in strength is highly dependent on slenderness ratio and CFRP reinforcement ratio, rather than the value of imperfection.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제15권2호
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• pp.181-198
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• 2003

Six large scale models of conventionally reinforced concrete coupling beams with span/depth ratios ranging from 1.17 to 2.00 were tested under monotonically applied shear loads to study their nonlinear behavior using a newly developed test method that maintained equal rotations at the two ends of the coupling beam specimen and allowed for local deformations at the beam-wall joints. By conducting the tests under displacement control, the post-peak behavior and complete load-deflection curves of the coupling beams were obtained for investigation. It was found that after the appearance of flexural and shear cracks, a deep coupling beam would gradually transform itself from an ordinary beam to a truss composed of diagonal concrete struts and longitudinal and transverse steel reinforcement bars. Moreover, in a deep coupling beam, the local deformations at the beam-wall joints could contribute significantly (up to the order of 50%) to the total deflection of the coupling beam, especially at the post-peak stage. Finally, although a coupling beam failing in shear would have a relatively low ductility ratio of only 5 or even lower, a coupling beam failing in flexure could have a relatively high ductility ratio of 10 or higher.

• Steel and Composite Structures
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• 제44권6호
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• pp.883-898
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• 2022

A hollow-core partially-encased composite beam, named HPEC beam, is investigated in this paper. HPEC beam comprises I-beam, longitudinal reinforcement, stirrup, foam formwork, and cementitious grout. The foam formwork is located on both sides of the web, and cementitious grout is cast within the steel flange. To investigate the shear performance of HPEC beams, static loading tests of six HPEC beams and three control beams were conducted. The shear span ratio and the number of studs on the shear behavior of the HPECspecimens were studied. The failure mechanism was studied by analyzing the curves of shear force versus both deflection and strain. Based on the shear span ratio (𝜆), two typical shear failure modes were observed: shear compression failure when 1.6 ≤ 𝜆 ≤ 2; and diagonal compression failure when 𝜆 ≤ 1.15. Shear studs welded on the flange can significantly increase the shear capacity and integrity of HPEC beams. Flange welded shear studs are suggested. Based on the deformation coordination theory and superposition method, combined with the simplified modified compression field model and the Truss-arch model, Modified Deformation Coordination Truss-arch (M.D.C.T.) model was proposed. Compared with the shear capacity from YB9038-2006 and JGJ138-2016, the calculation results from M.D.C.T. model could provide reasonable predictions.

• 콘크리트학회논문집
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• 제23권1호
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• pp.39-48
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• 2011

이 연구에서는 상부 2점 집중하중을 받는 프리텐션 경량 콘크리트 보의 휨 거동을 부분 프리스트레싱 비와 긴장재의 유효 프리스트레스에 따라 평가하였다. 절건비중 1,770 $kg/m^3$의 경량 콘크리트 설계강도는 35 MPa이었으며, 항복강도 383 MPa의 일반 이형철근과 인장강도 2,040 MPa의 3연선을 각각 주 인장철근과 프리스트레싱 긴장재로 사용하였다. 실험 결과, 프리텐션 경량 콘크리트 보의 휨 내력은 부분 프리스트레싱 비의 증가와 함께 증가하지만 긴장재의 유효 프리스트레스에는 거의 영향을 받지 않았다. 동일 휨 보강지수에서 프리텐션 경량 콘크리트 보의 무차원 휨 내력은 Harajli and Naaman 및 Bennet에 의해 실험된 프리텐션 보통중량 콘크리트 보와 비슷한 수준이었다. 한편 프리텐션 경량 콘크리트 보의 변위 연성비는 부분 프리스트레싱 비의 감소와 함께 그리고 유효 프리스트레스의 증가와 함께 증가하였다. 프리텐션 경량 콘크리트 보의 하중-변위 관계는 비선형 2차원 해석모델에 의해 적절하게 평가될 수 있었다. 또한 프리텐션 경량 콘크리트 보의 휨 균열 내력 및 최대 휨 내력은 각각 탄성이론 및 ACI 318-08의 등가응력블록과 긴장재의 응력평가 식을 이용하여 안전측에서 예측될 수 있었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제18권5호
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• pp.611-620
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• 2006

보의 전단 메커니즘을 구성하는 보 작용과 아치 작용은 전단경간비(a/d)에 따라 그 존재 비율이 바뀔 뿐, 항상 공존한다. 그러나 대부분의 제안식들은 이를 함께 고려하지 않으며, 단순히 a/d=2.5를 기준으로 식의 형태를 나누어 제시하는 것에 그치고 있다. 또한 현 설계 기준은 과거의 일반 강도 콘크리트를 기준으로 설립되었기 때문에, 현재 사용 추세가 점차 증가하고 있는 고강도 콘크리트에 적용하기에는 다소 한계점이 있다. 이러한 문제점을 보완하고자, 본 연구에서는 a/d의 범위에 구애받지 않으며 고강도의 콘크리트에서도 사용이 가능한 전단 강도 예측식을 제안하였다. 보 작용과 아치 작용을 동시에 고려하기 위해 Jenq과 Shah 모델을 바탕으로 축방향에 따른 철근의 응력 변화를 산정하여, 단면의 모멘트로부터 전단 강도를 산출하였다. 보다 정확한 예측식의 제안을 위하여 장부 작용과 전단 마찰과 같은 2차적인 작용들 역시 제안식에 포함시켰으며, 크기 효과도 반영하였다. 식의 상수를 결정하고 식의 형태를 간략화하기 위해 다량의 실험 자료를 이용하여 회귀분석을 실시하였다. 제안식을 콘크리트의 압축강도($f'_c$), 전단경간비(a/d), 철근비($\rho$), 보의 유효 깊이(d), 철근의 항복강도($f_y$)의 변수를 기준으로 기존의 식들과 비교 검증한 결과, 제안식이 보다 정확하고 합리적인 예측을 하는 것으로 판명되었다. 또한 제안식의 변수별 거동 양상 역시 실험값과 비교적 일치하는 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.21-29
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• 2014

본 연구에서는 GFRP 이형 보강근으로 휨보강된 보의 거동, 파괴유형과 강도를 평가하였다. 4개의 보 실험체들을 제작하여 실험을 수행하였다. 4점 하중재하 조건으로 단순지지된 GFRP로 보강 콘크리트 실험체의 거동과 하중-처짐을 관찰하였다. 전단배근으로 인한 거동의 불확실성을 배제하기 위하여 스터럽을 배근하지 않고 실험체를 제작하였다. 실험 변수는 전단지간비와 유효보강비이다. 실험체의 길이는 3,300 또는 $1,950mm{\times}200mm{\times}240mm$이고 순지간 2,900 또는 1,000mm이다. 전단지간비는 6.5와 2.5이며, GFRP 유효 보강근비는 $1.126{\rho}_{fb}$, $2.250{\rho}_{fb}$, $3.375{\rho}_{fb}$와 $0.634{\rho}_{fb}$이다. 실험 결과 모든 실험체는 전단파괴 되었으며 실험계획에 적용한 ACI 440.1R, CSA S806와 ISIS의 전단 강도식이 실제와 편차가 있음을 확인하였다.