• Structural Engineering and Mechanics
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• 제74권1호
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• pp.1-18
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• 2020

For the large deformation of shear walls under vertical and horizontal loads, there are difficulties in obtaining accurate simulation results using the response analysis method, even with fine mesh elements. Furthermore, concrete material nonlinearity, stiffness degradation, concrete cracking and crushing, and steel bar damage may occur during the large deformation of reinforced concrete (RC) shear walls. Matrix operations that are involved in nonlinear analysis using the traditional finite-element method (FEM) may also result in flaws, and may thus lead to serious errors. To solve these problems, a planar four-node element was developed based on vector mechanics. Owing to particle-based formulation along the path element, the method does not require repeated constructions of a global stiffness matrix for the nonlinear behavior of the structure. The nonlinear concrete constitutive model and bilinear steel material model are integrated with the developed element, to ensure that large deformation and damage behavior can be addressed. For verification, simulation analyses were performed to obtain experimental results on an RC shear wall subjected to a monotonically increasing lateral load with a constant vertical load. To appropriately evaluate the parameters, investigations were conducted on the loading speed, meshing dimension, and the damping factor, because vector mechanics is based on the equation of motion. The static problem was then verified to obtain a stable solution by employing a balanced equation of motion. Using the parameters obtained, the simulated pushover response, including the bearing capacity, deformation ability, curvature development, and energy dissipation, were found to be in accordance with the experimental observation. This study demonstrated the potential of the developed planar element for simulating the entire process of large deformation and damage behavior in RC shear walls.

• Steel and Composite Structures
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• 제32권5호
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• pp.657-670
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• 2019

This paper proposes a one-dimensional fiber beam element model taking account of materially non-linear behavior, benefiting the highly efficient elastic-plastic analysis of girders with shear-lag effects. Based on the displacement-based fiber beam-column element, two additional degrees of freedom (DOFs) are added into the proposed model to consider the shear-lag warping deformations of the slabs. The new finite element (FE) formulations of the tangent stiffness matrix and resisting force vector are deduced with the variational principle of the minimum potential energy. Then the proposed element is implemented in the OpenSees computational framework as a newly developed element, and the full Newton iteration method is adopted for an iterative solution. The typical materially non-linear behaviors, including the cracking and crushing of concrete, as well as the plasticity of the reinforcement and steel girder, are all considered in the model. The proposed model is applied to several test cases under elastic or plastic loading states and compared with the solutions of theoretical models, tests, and shell/solid refined FE models. The results of these comparisons indicate the accuracy and applicability of the proposed model for the analysis of both concrete box girders and steel-concrete composite girders, under either elastic or plastic states.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제10권4호
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• pp.376-385
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• 2022

국민의 안전과 편의성에 직결되는 도로 인프라인 PSC거더교의 바닥판 손상 및 노후화로 인한 교체공사를 대비하여 매립형 분리식 전단연결재가 개발되었다. 분리식 전단연결재는 바닥판 철거 공정에서 파쇄를 최소화하고 교체공사를 위한 전단연결재 재시공이 용이하여 시공성 향상으로 인한 공사기간 감소로 도로이용자의 불편과 손실을 최소화할 수 있다. 공법별 공사기간과 공사기간 중 교통차단으로 인해 발생하는 도로이용자비용을 산출하여 비교하는 방법으로 기존 공법 대비 매립형 분리식 전단연결재를 적용한 PSC거더교의 경제성을 도로이용자(국민) 입장에서 분석하였다. 매립형 분리식 전단연결재가 적용된 교량 바닥판 교체공사 시 도로이용자비용은 34일 1,404,687,725원으로 기존 ∩형태 전단철근 노출 전단연결재가 적용된 경우(54일, 1,924,740,367원) 대비 공사기간 20일, 도로이용자비용 27.02 %를 절감할 수 있는 것으로 분석되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제33권12호
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• pp.35-44
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• 2017

노후화된 콘크리트 포장 및 건물 철거 시 많은 양의 폐콘크리트가 발생하고 있다. 본 연구에서는 폐콘크리트를 파쇄 처리하여 생산된 순환골재가 다시 인근 도로 현장의 노체 또는 노상 재료로 사용될 경우, 다짐으로 인한 파쇄정도와 입도 변화가 공학적 특성(투수계수 및 전단강도)에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 현장에서 수거된 순환골재의 크기를 3 종류(31.5-45.0mm, 19.0-31.5mm, 9.5-19.0mm)로 나눈 다음, 이를 일정한 비율로 혼합한 총 7 종류의 시료를 대상으로 수정 B 및 D 다짐시험을 실시하였다. 다짐으로 파쇄된 순환골재에 대한 체분석을 실시하여 다짐 에너지와 골재 크기에 따른 파쇄 정도를 4 종류의 파쇄지수($B_{15}$, $C_c$, $B_{10}$, $B_r$)로 계산하였다. 다짐에너지에 따른 파쇄지수는 지수에 따라 D 다짐의 경우가 2.0-8.0배 정도 더 높은 파쇄성을 보였으며, 가장 큰 골재의 파쇄성이 가장 작은 골재에 비해 1.4-3.0배 정도 더 높았다. 한편, 5.6-9.5mm 사이 순환골재를 분쇄하여 파쇄지수 중 $B_{15}$에 따라 1, 3, 10, 20, 30, 50, 60, 70이 되도록 입도 조정한 시료에 대해 투수시험과 직접전단시험을 실시하였다. 파쇄지수($B_{15}$)가 증가함에 따라 투수계수는 계속 감소하였으며, 파쇄지수가 50일 경우 1/22까지 감소하였다. 한편, 순환골재의 마찰각은 파쇄지수가 1에서 50까지 증가함에 따라 $46.1^{\circ}$에서 $54.5^{\circ}$까지 증가하다가 60 이후는 다시 감소하는 경향을 보였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권5호
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• pp.199-210
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• 2003

흙이 변형하는 동안 전단지역 내에서 변형국지화가 자주 관찰된다. 사실상, 그 현상은 예외적이라기보다는 전형적으로 보인다. 개념적으로, 행해진 일의 증가가 음인 경우 변형국지화가 쉽게 발생한다. 이러한 현상을 검증하기 위해서, 본 연구에서는 배수상태의 조밀한 흙, 비배수상태의 느슨한 흙, 비배수전단하의 조밀한 흙에서의 공동화, 비균질한 흙, 판상형의 입자로 된 흙에서의 입자배열, 입자 깨짐을 가지는 흙, 그리고 낮은 함수비나 약한 시멘트결합이 된 흙 등 다양한 흙과 다양한 조건에 대하여 조사를 수행하였다. 이러한 경우들의 각각을 독립적으로 시험할 수 있도록 시료를 제작하였고 실험절차를 구상하였다. 실험결과에 의하면, 최고점후 변형연화거동을 가지는 흙은 변형국지화, 전단대형성, 그리고 점진적 파괴가 되기 쉽다. 응력상태, 흙밀도, 흙입자의 고유적인 역학적$.$지형학적인 특성, 저함수비, 그리고 비균질성이 변형국지화를 일으키는데 공헌을 하였다. 국지화가 가능한 모든 경우들을 고려해 볼 때, 실내시험으로부터 한계상태정수를 결정하는 최선의 방법은 배수전단하의 느슨하고 균일한 포화시료를 사용하는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권1호
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• pp.25-35
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• 2012

직접 전단력이 작용하는 철근콘크리트 부재는 콘크리트 계면의 전단전달에 의해 외력에 저항한다. 현행 구조설계기준의 전단마찰 관련식은 과거 연구자들의 실험 결과를 바탕으로 유도되었으며, 전단마찰강도는 콘크리트 계면을 가로지르는 철근 단면적의 크기에 비례한다. 이러한 경험식을 통해 구해진 전단마찰강도는 철근비가 큰 콘크리트 부재의 경우 실측값과 비교해서 매우 낮은 값을 나타낸다. 이 연구에서는 2축-응력장 이론을 이용하여 종방향 철근의 항복 이후 콘크리트 경사스트럿의 압축파쇄로 이어지는 일련의 극한 한계상태를 정의하고자 하였다. 2축 응력 상태의 콘크리트 최대 압축강도의 변화를 고려하기 위하여 수정압축장이론, 연화트러스모델의 구성방정식을 사용한 각각의 경우에 대하여 전단마찰 강도를 평가하였다. 타당성 검증을 위하여 과거 연구자들에 의해 수행된 직접 전단강도 실험값들과 2축-응력장 이론을 이용하여 구한 값들을 현행 구조설계기준의 전단마찰식과 함께 비교하였으며, 보통강도 콘크리트로 제작된 비균열 직접 전단 시험체의 경우 산정값과 실측치가 대체적으로 일치함을 확인하였다.

• 자원리싸이클링
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• 제23권4호
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• pp.30-36
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• 2014

자동차 산업의 발달과 함께 환경오염 문제가 심각해지면서 연간 300,000톤 이상 발생하는 폐타이어의 재활용에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 폐타이어 재활용을 목적으로 40, 80, 140 mesh 크기의 폐타이어 분말을 선별한 후, 입도 분석을 통하여 크기를 확인하고 그 형상을 SEM을 통해 관찰하였다. 또한 각각의 폐타이어 분말을 Virgin PP와 혼합하고 Intermeshing Corotating Twin Screw Extruder를 이용하여 TPV를 제조하고 특성 분석을 하였다. 이 중 효과가 좋은 140 mesh의 폐타이어 분말과 Virgin PP, Waste PP, PP-g-MA 세 가지 종류의 매트릭스를 다양한 비율로 혼합하여 TPV를 제조한 후 UTM을 통한 인장강도, 연신율과 Izod impact로 충격강도 등을 측정하였고 TGA로 열안정성을 확인하였다. 또한 SEM을 통하여 폐타이어 분말의 분산정도 및 파단면을 확인하였다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2003년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.421-426
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• 2003

For the replacement of deteriorated concrete decks or wider-span slab, composite slab could be very attactive due to higher stiffness and strength. Based on the previous research, a modified I-beam composite hollow slab was suggested. In order to investigate the static flexural behavior of the proposed composite slab and to suggest its flexural design method, experiments were performed. Judging from the tests, a composite slab with I-beam having a semi-circle hole showed better structural performance. The effect of web details on the flexural stiffness was negligible. Flexural stiffness, ultimate strength, and ductility of the composite slabs were significantly greater than the RC slab due to composite action. While the failure of the RC slab was punching shear failure, the composite hollow slab showed flexural cracking and failure by yielding of the I-beams and crushing of concrete. Therefore, the current one-way design concept is appropriate for the design of I-beam composite hollow slab.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.145-151
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• 2007

섬유에 의하여 보강된 철근콘크리트 보는 철근만에 의하여 보강된 보와 다른 파괴 모드를 나타낸다. 섬유 보강 보는 섬유의 양, 내부 전단 보강 철근의 양 및 콘크리트의 압축강도에 따라서 전단 보강 철근이 항복하고 콘크리트가 압축 파괴하는 경우(섬유는 탄성 상태)와 콘크리트가 압축파괴하기 이전에 섬유가 파단하는 경우로 구별할 수 있다. 대부부의 섬유 보강 철근콘크리트 보는 전자의 파괴 모드를 나타내며 이 경우에 전단파괴 시의 섬유의 유효변형률을 정확하게 예측하여야 한다. 이 연구에서는 11개의 섬유 보강 철근콘크리트 보 실험을 통하여 섬유의 유효변형률을 측정하였다 실험의 주요 변수는 섬유의 양, 섬유의 종류(탄소 섬유, 유리 섬유), 부착 형상 (전단면 감싸기, 스트립형 부착)이었다. 실험에 의하여 측정된 섬유의 유효변형률은 제안된 유효변형률 예측법과 비교되었다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제77권4호
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• pp.559-569
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• 2021

This study was conducted to investigate the residual bearing capacity of steel-concrete composite beams under high-cycle fatigue loading through experiments and theoretical analysis. Six test beams with stud connectors were designed and fabricated for static, complete fatigue, and partial fatigue tests. The failure modes and the degradation of several mechanical performance indicators of the composite beams under high-cycle fatigue loading were analyzed. A calculation method for the residual bearing capacity of the composite beams after certain quantities of cyclic loading cycles was established by introducing nonlinear fatigue damage models for concrete, steel beam, and shear connectors beginning with the material residual strength attenuation process. The results show that the failure mode of the composite beams under the given fatigue load appears to be primarily affected by the number of cycles. As the number of fatigue loadings increases, the failure mode transforms from mid-span concrete crushing to stud cutting. The bearing capacity of a 3.0-m span composite beam after two million fatigue cycles is degraded by 30.7% due to premature failure of the stud. The calculated values of the residual bearing capacity method of the composite beam established in this paper agree well with the test values, which indicates that the model is feasibly applicable.