• Structural Engineering and Mechanics
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• 제38권5호
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• pp.675-696
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• 2011

It is difficult to accurately predict the flexural strength of prestressed members with unbonded tendons, unlike that of prestressed members with bonded tendons, due to the unbonded behavior between concrete and tendon. While there have been many studies on this subject, the flexural strength of prestressed members with unbonded tendons is still not well understood, and different standards in various countries often result in different estimation results for identical members. Therefore, this paper aimed to observe existing approaches and to propose an improved model for the ultimate strength of prestressed members with unbonded tendons. Additionally, a large number of tests results on flexural strength of prestressed members with unbonded tendons were collected from previous studies, which entered into a database to verify the accuracy of the proposed model. The proposed model, compared to existing approaches, well estimated the flexural strength of prestressed members with unbonded tendons, adequately reflecting the effects of influencing factors such as the reinforced steel ratio, the loading patterns, and the concrete strength. The proposed model also provided a reasonably good estimation of the ultimate strength of over-reinforced members and high-strength concrete members.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제44권6호
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• pp.815-837
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• 2012

A plated beam is strengthened by bonding a thin plate to the tension face; it often fails because of premature debonding of the thin plate from the original beam in a brittle manner. A sound understanding of the mechanism of such debonding failure is very important for the effective use of this strengthening technique. This paper presents an improved analytical solution for interfacial stresses that incorporates multiple loading conditions simultaneously, including prestress, mechanical and thermal loads, and the effects of adherend shear deformations and curvature mismatches between the beam and the plate. Simply supported beams bonded with a thin prestressing plate and subjected to both mechanical and thermal loading were considered in the present work. The effects of the curvature mismatch and adherend shear deformations of the beam and plate were investigated and compared. The main mechanisms affecting the distribution of interfacial stresses were analyzed. Both the normal and shear stresses were found to be significantly influenced by the coupled effects of the elastic moduli with the ratios $E_a/E_b$ and $E_a/E_p$.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권6호
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• pp.727-735
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• 2012

최근 국내 기술로 기존의 PS 강연선보다 인장강도가 크게 증가한 2400 MPa급 고강도 강연선이 세계 최초로 개발되었다. KS D 7002는 2011년 고강도 강연선을 반영하는 개정을 통하여 고강도 강연선의 실용화를 뒷받침하였다. 그러나 고강도 강연선의 역학적 특성과 구조물 적용시 실제 성능에 대한 논의와 검증이 아직 미비한 실정이고 고강도 강연선의 적용을 위한 설계기준의 개정 여부 역시 자세한 검토가 이루어지지 않았다. 고강도 강연선의 실용화를 위해서는 이러한 성능 검증과 설계기준 검토가 우선 수행될 필요가 있다. 이 연구에서는 휨성능 검증 실험에 앞서 단면해석을 통해 휨거동을 예측하였으며 해석 결과를 바탕으로 국내외 설계기준을 비교 검토하였다. 또한 고강도 강연선의 적용에 따른 현 설계기준의 개정 필요성을 논의하였다. 휨거동 측면에서 집중적으로 논의된 부분은 강연선의 응력 추정이었으며 이와 관련하여 강연선의 항복점 정의방법, 고강도 강연선의 장기 손실, 부재 파괴시 강연선 응력 추정식, 부재 연성파괴를 보장하기 위한 인장지배변형률 한계를 논의하였다. 논의 결과 일부 개정 필요성이 제기되었으며 이에 대한 추가의 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권4호
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• pp.489-499
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• 2009

비부착 긴장재를 적용한 프리스트레스트 휨부재는 부착방식과 다르게 콘크리트와 긴장재의 비부착 거동 때 문에 휨강도의 정확한 예측이 쉽지 않다. 이에 대한 많은 연구들이 진행되었지만 비부착 긴장재를 적용한 부재의 휨강 도에 대한 이해는 여전히 부족하여, 각국의 기준은 매우 다르고 동일한 부재에 대하여 서로 다른 예측값을 주는 경우 가 많다. 따라서, 본 논문은 기존 제안식들을 고찰하고, 이를 개선하여 보다 합리적면서 향상된 정확도를 가질 수 있는 비부착긴장재의 극한응력예측식을 제안하고자 하였다. 또한, 비부착긴장재를 적용한 부재의 휨강도에 대한 기존의 실험 결과를 광범위하게 수집하여 데이터베이스를 구축하고, 이를 활용하여 제안모델의 정확성을 검증하고자 하였다. 변형의 집중을 가정하고 소성힌지 길이를 이용한 강체거동모델 등 기존의 제안식들에 비하여 본 논문에서 제안한 극한응력예 측식은 매우 뛰어난 정확도를 보였으며, 철근보강비, 재하형태, 콘크리트의 강도 등 주요 인자들의 영향을 매우 적절하 게 반영하는 것으로 나타났다. 특히, 보수·보강시 발생할 수 있는 과보강 상황 및 고강도콘크리트 부재에 대해서도 매 우 정확한 비부착긴장재의 극한응력을 제공하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제72권5호
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• pp.631-642
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• 2019

The objective of the present study is to examine the flexural behavior of two-span post-tensioned lightweight aggregate concrete (LWAC) beams using unbonded tendons and the reliability of the design provisions of ACI 318-14 for such beams. The parameters investigated were the effective prestress and loading type, including the symmetrical top one-point, two third-point, and analogous uniform loading systems. The unbonded prestressing three-wire strands were arranged with a harped profile of variable eccentricity. The total length of the beam, measured between both strand anchorages, was 11000 mm. The test results were compared with those compiled from simply supported LWAC one-way members, wherever possible. The ultimate load capacity of the present beam specimens was evaluated by the collapse mechanism of the plasticity theorem and the nominal section moment strength calculated following the provision of the ACI 318-14. The test results showed that the two-span post-tensioned LWAC beams had lower stress increase (Δf_ps) in the unbonded tendons than the simply supported LWAC beams with a similar reinforcement index. The effect of the loading type on Δf_ps and displacement ductility was less significant for two-span beams than for the comparable simply supported beams. The design equations for Δf_ps and Δf_ps proposed by ACI 318-14 and Harajli are conservative for the present two-span post-tensioned LWAC beams, although the safety decreases for the two-span beam, compared to the ratios between experiments and predictions obtained from simply supported beams.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.75-81
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• 2011

최근 건설되는 교량은 철근 콘크리트 대신에 주로 프리스트레스트 콘크리트 교량이 주종을 이루고 있다. 프리스트레스 콘크리트 (PSC)는 철근 콘크리트 (RC)가 지니는 균열발생 문제, 철근의 부식, 누수 등 내구성에 미치는 약점을 보완할 수 있다. 또한 프리스트레싱으로 인한 인장영역의 보완으로 인하여 구조물의 크기를 줄일 수 있다. 하지만 이러한 구조용 주재료인 고강도 콘크리트의 경우는 밀도가 강도에 비하여 상대적으로 크기 때문에 상대적으로 자중을 증대시키는 문제가 있다. 따라서 자중을 감소시킬 수 있는 경량골재를 활용한 중공형 PPC 거더 (Hollowed Prefabricated Prestressed Concrete girder systems using Light Aggregate, 이하 HPPCLA)는 이러한 문제점을 해결할 수 있는 대안이 될 수 있다. 본 연구에서는 HPPCLA 거더의 성능시험 뿐 만 아니라 수치해석을 수행하였으며, 그 결과 HPPCLA 거더는 전형적인 휨파괴 형상을 나타내었다. 수치해석에서 예상한 바와 같이 PPC 거더의 사용하중인 110 kN에서는 완전한 탄성거동으로 구조물의 사용성에는 무리가 없을 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제18권5호
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• pp.579-588
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• 2006

최근 고강도철근 및 프리스트레싱에 의한 유용성은 경제적이고 효과적으로 콘크리트 구조설계를 가능하게 되었다. 이러한 구조적 부재를 다루는 구조기술자가 직면하는 중요한 문제중 하나는 한계상태설계에서 사용성에 대한 기준으로 사용되는 균열폭의 제어이다. 특히 휨균열은 하중을 부담하는 부재에 대해서 안전성의 확보 및 사용성과 연성을 향상될 수 있도록 제어되어야 한다. 본 논문에서 제안된 방법은 Ikki에 의해서 수행된 양측인장시험법의 시험 결과를 이용하고 있다. 양측인장상태에서 이형철근에 대한 부착특성은 콘크리트면적과 리브면적에 의해서 고려된다. 제안된 방법에 의한 결과는 시험 결과와 비교되며, 기존 방법보다도 치수 및 단면제원의 변화, 철근의 방향을 고려하여 보다 정밀한 부착응력과 이에 대한 상대슬립의 관계를 제시한다. 부착특성은 무차원적 슬립량과 유효철근비에 의해서 고려된다. 제안식의 유효성은 시험체 실험자료에 의해서 검증되어진다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제29권2호
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• pp.217-223
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• 2017

이 연구는 포스트텐션 콘크리트 부재의 화재에 대한 구조성능 평가기술을 개발하기 위하여, 고온에 노출된 포스트텐션 보와 슬래브 부재의 구조특성과 평가기법을 내화 실험을 통하여 연구하였다. 내화 실험 시 가열은 전기로를 사용하였으며 수열온도를 $400^{\circ}C$, $600^{\circ}C$, $800^{\circ}C$로 하였다. 이 연구로부터 고온을 받는 강연선은 응력 이완이 발생되고, 냉각되면서 긴장력의 일부 복원이 나타나는 것을 알 수 있었다. 포스트텐션 보와 슬래브 실험체가 각각 목표온도 도달 후 4시간 경과 시 포스트텐션 부재의 강연선의 잔존 긴장력을 살펴보면, 포스트텐션 보는 $400^{\circ}C$에서는 70%, $600^{\circ}C$에서는 10%, $800^{\circ}C$에서는 2%정도로 볼 수 있으며, 포스트텐션 슬래브는 $400^{\circ}C$에서는 94%, $600^{\circ}C$에서는 84.5%, $800^{\circ}C$에서는 62%정도로 나타났다. 상대적으로 포스트텐션 슬래브의 잔존 긴장력 손실이 작았던 이유는 슬래브가 고온에 일면 노출되었고, 강연선의 강도복원이 일어났기 때문으로 여겨졌다. 이 연구로부터 화재가 발생하는 경우 포스트텐션 부재는 강도 및 긴장력의 손실이 발생하고, 보강 시 손실된 내력만큼의 복원설계가 필요함을 확인하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제63권3호
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• pp.361-370
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• 2017

Through the use of finite element analysis and acoustic emission techniques we have evaluated the interfacial failure of a carbon fiber reinforced polymer (CFRP) repair patch on a notched aluminum substrate. The repair of cracks is a very common and widely used practice in the aeronautics field to extend the life of cracked sheet metal panels. The process consists of adhesively bonding a patch that encompasses the notched site to provide additional strength, thereby increasing life and avoiding costly replacements. The mechanical strength of the bonded joint relies mainly on the bonding of the adhesive to the plate and patch stiffness. Stress concentrations at crack tips promote disbonding of the composite patch from the substrate, consequently reducing the bonded area, which makes this a critical aspect of repair effectiveness. In this paper we examine patch disbonding by calculating the influence of notch tip stress on disbond area and verify computational results with acoustic emission (AE) measurements obtained from specimens subjected to uniaxial tension. The FE results showed that disbonding first occurs between the patch and the substrate close to free edge of the patch followed by failure around the tip of the notch, both highest stress regions. Experimental results revealed that cement adhesion at the aluminum interface was the limiting factor in patch performance. The patch did not appear to strengthen the aluminum substrate when measured by stress-strain due to early stage disbonding. Analysis of the AE signals provided insight to the disbond locations and progression at the metal-adhesive interface. Crack growth from the notch in the aluminum was not observed until the stress reached a critical level, an instant before final fracture, which was unaffected by the patch due to early stage disbonding. The FE model was further utilized to study the effects of patch fiber orientation and increased adhesive strength. The model revealed that the effectiveness of patch repairs is strongly dependent upon the combined interactions of adhesive bond strength and fiber orientation.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권1호
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• pp.105-116
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• 2009

철근콘크리트구조는 경제성이 뛰어나 가장 널리 사용되는 부재이지만, 인장응력에 취약하고 콘크리트의 자중이 커서 처짐 제어가 어려운 단점이 있다. 이에 비해 프리스트레스트 콘크리트구조는 콘크리트구조의 단점을 극복할 수 있는 효율적인 방법으로 긴장재의 배치 형태와 긴장재량에 따라서 부재의 처짐을 제어할 수 있다. 프리스트레스 보강된 부재에서 긴장재 변곡점의 위치는 부재의 처짐 제어 및 모멘트 감소 효율을 크게 할 수 있는 형태로 설치되어야 한다. 따라서 이 연구에서는 연속부재에 설치되는 긴장재의 경계조건을 만족시키는 긴장재의 곡선식을 다항식으로 유도하고, 자연적인 곡선 형상을 유지할 수 있는 임의의 변곡점 위치에 따른 긴장재의 곡선식을 통하여 긴장력의 수직 분력을 계산하였다. 또한, 유도된 고차항을 가진 수직분력식을 등가의 등분포 하중으로 변환하여 처짐 산정시 적용성을 높였으며, 연속 슬래브에서 긴장재가 배치되어있을 경우 기둥열에서부터 긴장재까지 떨어진 거리에 따라 처짐 및 모멘트에 대한 긴장재의 영향을 반영하였다. 제안된 방법으로 긴장재가 없는 슬래브와 긴장재로 보강된 경우에 대한 처짐을 계산하여 적용성을 검토하였으며, 긴장재에 의한 처짐 제어 효과를 정량적으로 산출하였다.