철근콘크리트 전단벽의 전단강도를 예측하기 위한 기존 연구자들의 스트럿-타이 모델(STM)들은 횡하중 및 상부의 축력에 대한 전단벽의 내부 힘의 흐름과 웨브의 전단철근에 의해 전달되는 전단력의 비율을 명확히 제시하고 있지 않다. 이를 개선하기 위해서, 이 연구에서는 콘크리트 파괴역학의 균열 띠 이론을 기반한 단순한 STM을 개발하였다. 응력이완 스트립을 동반하는 콘크리트 스트럿의 등가유효너비는 중립축 깊이와 콘크리트 유효압축강도 계수로 결정되었다. 균열 띠 확장영역의 전단 전달 메커니즘은 강성법에 의한 트러스 작용으로부터 산정되었다. 웨브 콘크리트 스트럿과 전단철근에 의한 전단 전달력은 응력이완 스트립과 균열 띠 이론을 기반한 에너지평형조건으로부터 유도되었다. 제시된 모델은 Siao와 Hwang et al.의 STM에 비해 150여개의 기존 실험결과의 경향을 잘 예측하였다. 또한, 제시된 STM은 각 변수에 따른 무차원된 전단강도의 경향을 잘 반영하고 있다.
고속 비상체에 의한 충격을 받는 시멘트 복합체는 표면관입, 배면박리 및 관통 등 국부적인 파괴거동을 보이며, 섬유혼입에 의한 휨인성의 향상으로 인해 배면파괴를 억제할 수 있다. 이에 섬유보강 시멘트 복합체의 내충격 성능에 관한 연구가 진행되고 있으며, 다양한 종류의 섬유보강재가 개발되고 있다. 섬유보강재의 종류에 따라 섬유와 매트릭스의 부착성능, 비표면적, 혼입개체수 등이 다르기 때문에 섬유보강 시멘트 복합체의 역학특성 및 고속 충격에 의한 내충격 성능의 향상에 미치는 효과에 대하여 검토할 필요가 있다. 본 연구에서는 성상 및 물성이 다른 강섬유(Steel fiber), 폴리아미드(Polyamide), 나일론(Nylon) 및 폴리에틸렌(Polyethylene)섬유를 혼입하여 섬유 종류에 따른 휨인성의 향상과 고속 비상체 충돌에 대한 파괴저감효과에 대하여 평가하였다. 그 결과, 혼입섬유의 가교작용에 의한 응력의 재분배 및 균열발생의 억제로 인해 휨인성이 향상되었으며, 고속충격에 의한 배면파괴를 억제할 수 있었다. 또한, 동일 충격에너지에서의 배면파괴한계두께를 감소시킬 수 있어 방호시설물에 적용할 경우 부재두께의 저감이 가능할 것으로 판단된다. 한편, 강섬유보강 시멘트복합체의 경우 배면박리가 발생하였으나, 섬유와 매트릭스의 부착에 의한 일부 파편의 박리가 억제되었으며, 합성섬유보강 시멘트복합체는 섬유의 혼입개체수가 많아, 고속충격에 의한 충격파의 상쇄작용 및 에너지 분산에 의한 미세균열이 발생해 배면파괴억제효과가 큰 것으로 판단된다.
지지력이 큰 하부지반에 구조물의 하중을 전달하기 위한 방안으로 말뚝기초가 대부분 적용되고 있다. 이 연구에서는 접합부에 보강되는 철근량에 따라 반복하중 하에서 프리캐스트공법과 철근 및 속채움 콘크리트로 말뚝머리부를 보강한 철근콘크리트 말뚝(HPC)과 기초 접합부 거동을 실험을 통해 평가하였다. 철근량에 변화에 따라 제작된 두 종류의 접합부 실험체의 균열패턴과 파괴거동은 유사한 수준으로 평가되었다. 철근량 1.77배 증가에 기인하여 BS-H25 실험체는 BS-H19 실험체에 비해 최고하중은 약 1.47배 증가하였지만 연성비는 정가력시 76%, 부가력시 70% 수준을 나타내었다. 강성감소는 접합부 철근 항복 이후 BS-H19 실험체와 BS-H25 실험체는 정가력시 초기강성의 약 66% ~ 71% 수준으로 부가력시 54% ~ 57% 수준으로 감소되었고 BS-H25 실험체가 평균 13% 높은 강성값을 나타내었다. 극한하중 상태에서의 BS-H19와 BS-H25 실험체의 누적 에너지 소산량은 사용하중 상태에 비해 약 5.5배 및 6.6배 큰 값으로 측정되었다.
복합재 체결부는 뛰어난 물성과 가벼운 구조의 수요로 널리 사용되고 있다. 하지만 두께 방향의 취약한 물성으로 인해 체결부 파손이 쉽게 발생한다. 이를 극복하기 위하여 체결부 끝단의 집중되는 응력을 완화시켜주는 Z-피닝, 스티칭 등 다양한 공법들이 적용되고 있다. Z-피닝 공법은 프리프레그의 두께 방향으로 금속 핀이나 카본 핀을 적용하여 보강하는 공법이고, 스티칭 공법은 프리폼에 상부 및 하부 섬유를 교차시켜 두께방향으로 기계적 강도를 향상시키는 방법이다. I-fiber 스티칭 공법은 Z-pinning 공법과 Stitching 공법을 보완한 유망한 공법이다. 본 논문에서는 I-fiber 스티칭 공법으로 보강된 Single-lap joint 시편을 오토클레이브 진공백 성형법으로 제작하여, 모재의 두께와 스티칭 각도에 따른 인장강도 및 피로강도 특성을 평가하여, I-fiber 보강 복합재 체결부 구조물의 보강효과를 검증하였다. 실험결과, 복합재 체결부의 두께가 얇을수록 I-fiber 보강효과가 더 높게 나타났으며 I-fiber로 보강된 복합재 체결부는 파손강도에서 약 52%, 피로강도에서 약 118% 우수한 특성을 나타냄을 확인하였다.
Reinforced concrete(R/C) is commonly used to structures because they have many merits that compressive strength, economy and so on. However, reinforced concrete has a crack at the tensile section which is due to the relatively lower tensile strength than its compressive strength Latex modified concrete(LMC) has higher tensile and flexural strength than the ordinary portland cement, due to the interconnections of hydrated cement and aggregates by a film of latex particles. The purpose of this study was to investigate the flexural behavior of reinforced concrete beam with latex modified concrete, having the main experimental variables such as concrete types(ordinary portland cement concrete, latex modified concrete), latex contents(0%, 15%), flexural steel ratios(0.012, 0.0235), and with/without shear reinforcement. The beam of LMC showed considerably higher initial cracking loads and ductility than that of OPC, but, similar to ultimate strength and deflection. This might be attributed to the interlocking of hydrated cement and aggregates by a film of latex particles, water retention due to hydrophobic, and colloidal properties of the latexes resulting in reduced water evaporation. The beam with latex modified concrete could be adopted at field for controlling and reducing the tensile crack due to its higher tensile strength.
Fatigue is a process of progressive permanent internal structural change in a material subjected to repeitive stresses. These change may be damaging and result in progressive growth of cracks and complete fracture if the stress repetitins are sufficiently large. For structural members subjected to cyclic loads, the continuous and irrecoverable damage processes are taking place. These processes are referred as the cumulative damage processes due to fatigue loading. Moreover, increased use of high strength concrete makes the fatigue problem more important because the cross-section and dead weight are reduced by using high strength concrete. The purpose of this study is to investigate the shear fatigue behavior of reinforced concrete beams according to shear reinforcement ratio and concrete compressive strength under repeated loadings. For this purpose, comprehensive static and fatigue tests of reinforced concrete beams were conducted. The major test variables for the fatigue teats are the concrete strength and the amount of shear reinforcements. The increase of deflections and steel strains according to load repetition has been plotted and analyzed to explore the damage accumulation phenomena of reinforced concrete beams. An analytical model for shear fatigue behavior has been introduced to analyze the damage accumulation under fatigue loads. The failure mode and fatigue lives have been also studied in the present study. The comparisons between analytical results and experimental data show good correlation.
Current dental restorations present a relatively weak resistance to fracture. Owing to their unique mechanical properties, fibre-reinforced polymers are now being considered. Unidirectional or woven continuous fibres, made of glass, polyethylene, carbon or Kevlar, have been evaluated. This study focused on the use of glass fibre knitted fabrics to reinforce acrylate resins, in order to investigate the possibility to construct single crowns as well as three unit bridges. Some points affecting the final composite system were tested ; 1) static strength, with focus on the stress transfer under a occlusal contact point ; 2) modelling of a three nit bridge ; 3) fatigue strength as a posterior three unit bridge material. The study demonstrated that knitted fabric reinforcements are showing an interesting compromise between stiffness, static strength for single crown. For three unit bridge applications in the posterior arch, however knitted glass fabric reinforcements were not strong enough in fatigue An additional reinforcement in the posterior arch fixed partial denture design was recommended.
Steel fiber and polymer are used widely for reinforcement material of RC structures because of its excellences of the durability, serviceability as well as mechanical properties. The purpose of this study is to investigate the shear behavior of polymer cement high strength concrete beams mixed with steel fiber. The compressive strength of concrete was based on the 100$\times$200 mm cylinder specimens. The compressive strength of concrete are 320$kgf/cm^2$, 436 $kgf/cm^2$ and 520 $kgf/cm^2$ in the 28 days. The static test was carried out to measure the ultimate load, the initial load of flexural and diagonal cracking, crack patterns and fracture modes. Also, load-strain and load-deflection examined. During the test cracks were sketched against the load values according to the growth of crack. result are as follows; (1) The failure modes of the specimens are increased in rigidity and durability with mixing steel fiber and polymer. (2) The load of initial crack was similar a theory of shear-crack strength. (3) The deflection and strain at failure load of Polymer-steel fiber high strength concrete beams were increased, improving the brittleness of the high strength concrete.
This paper introduces new specimens of Steel-Carbon Fibre Reinforced Polymer composite developed in accordance with standard test method and definition for mechanical testing of steel (ASTM-A370). The main purpose of this research is to study the behaviour of steel-CFRP composite specimen under uniaxial tension to use it in beams in lieu of traditional steel bar reinforcement. Eighteen specimens were prepared and divided into six groups, depending upon the number of the layers of CFRP. Uniaxial tensile tests were conducted to determine yield strength and ultimate strength of specimens. Test results showed that the stress-strain curve of the composite specimen was bilinear prior to the fracture of CFRP laminate. The tested composite specimens displayed a large difference in strength with remarkable ductility. The ultimate load for Steel-Carbon Fibre Reinforced Polymer composite specimens was found using the model proposed by Wu et al. (2010) and nonlinear FE analysis. The ultimate loads obtained from FE analysis are found to be in good agreement with experimental ones. However, ultimate loads obtained applying Wu model are significantly different from experimental/FE ones. This suggested modification of Wu model. Modified Wu's model which gives a better estimate for the ultimate load of Steel-Carbon Fibre Reinforced Polymer (SCFRP) composite specimen is presented in this paper.
To upgrade shear performance of reinforced concrete (RC) beams, and particularly of the segments under negative moment within continuous T-section beams, a series of original schemes has been proposed using carbon fibre-reinforced polymer (CFRP) U-shaped strips for shear-strengthening. The current work focuses on one of them, in which CFRP U-strips are wound around steel bars against the top of the flange of a T-beam and then spliced on its bottom face in addition to being bonded onto its sides. The test results showed that the proposed scheme successfully provided reliable anchorage for U-strips and prevented premature onset of shear failure due to FRP debonding. The governing shear mode of failure changed from peeling of CFRP to its fracture or crushing of concrete. The strengthened specimens displayed an average increase of about 60% in shear capacity over the unstrengthened control one. The specimen with a relatively high ratio and uniform distribution of CFRP reinforcement had a maximum increase of nearly 75% in strength as well as significantly improved ductility. The formulas by various codes or guidelines exhibited different accuracy in estimating FRP contribution to shear resistance of the segments that are subjected to negative moment and strengthened with well-anchored FRP U-strips within continuous T-beams. Further investigation is necessary to find a suitable approach to predicting load-carrying capacity of continuous beams shear strengthened in this way.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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