• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제19권4호
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• pp.57-66
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• 2015

본 연구는 경량콘크리트와 GFRP 보강근을 휨보강근으로 사용하여 제작되는 GFRP 보강근 경량콘크리트 슬래브를 교량 슬래브 등에 활용해보기 위한 사전 연구로서, 기존의 철근 콘크리트 슬래브와 GFRP 보강근 경량콘크리트 슬래브의 휨 거동 차이점 분석에 초점을 두었다. 이를 위하여 일련의 슬래브 실험체들을 제작하고 3점 휨 실험 및 수치해석을 행하였다. 실험 결과, GFRP 보강근 경량콘크리트 슬래브 실험체는 GFRP 보강근의 과다보강으로 인하여 실험체 하부에 발생된 초기균열이 하중 재하면의 콘크리트 압축부까지 연결되면서 전단파괴되는 경향을 보였다. 그리고 철근 콘크리트로 제작된 슬래브 실험체에 비하여 무게는 72%이었으며 휨 실험에서의 파괴하중은 58%인 것으로 나타났다. 한편, midas FEA를 이용하여 행한 수치해석 과정은 실험에서 나타난 전단파괴 하중까지 잘 모사하였다. 그러나 GFRP 보강근의 인장강도 대신 탄성계수가 입력값으로 요구됨에 따라 가력되는 하중과 처짐은 실험에서 나타난 전단파괴 이후에도 계속하여 증가하는 경향을 보였다.

• Computers and Concrete
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• 제15권4호
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• pp.687-707
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• 2015

A finite element computer code for short-term analysis of steel-concrete composite structures is extended to study long-term effects under service loads, in the present work. Long-term effects are important in engineering design because they influence stress and strain distribution of the structural system and therefore contribute to the increment of deflections in these structures. For creep analysis, a rheological model based on a Kelvin chain, with elements placed in series, was employed. The parameters of the Kelvin chain were obtained using Dirichlet series. Creep and shrinkage models, proposed by the CEB FIP 90, were used. The shear-lag phenomenon that takes place at the concrete slab is usually neglected or not properly taken into account in the formulation of beam-column finite elements. Therefore, in this work, a three-dimensional numerical model based on the assemblage of shell finite elements for representing the steel beam and the concrete slab is used. Stud shear connectors are represented for special beam-column elements to simulate the partial interaction at the slab-beam interface. The two-dimensional representation of the concrete slab permits to capture the non-uniform shear stress distribution in the horizontal plane of the slab due to shear-lag phenomenon. The model is validated with experimental results of two full-scale continuous composite beams previously studied by other authors. Results are given in terms of displacements, bending moments and cracking patterns in order to shown the influence of long-term effects in the structural response and also the potentiality of the present numerical code.

• Computers and Concrete
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• 제24권4호
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• pp.379-397
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• 2019

Steel-concrete composite beams are widely employed in constructions and their performance at the serviceability stage is of concern among practitioners and design regulations. In this context, an accurate evaluation of long-term deflections via various rheological concrete models is needed. In this work, the performance and predict capability of some concrete creep and shrinkage models ACI, CEB, B3, FIB and GL2000 are ascertained, and compared by using statistical bias indicators. Ten steel-concrete composite beams with existing experimental and numerical results are then modeled for this purpose. The proposed modeling technique uses the finite element method, where the concrete slab and steel beam are modeled with shell finite elements. Concrete is considered as an aging viscoelastic material and cracking is treated with the common smeared approach. The results show that when the experimental ultimate shrinkage strain is used for calibration, all studied rheological models predict nearly similar deflections, which agree with the experimental data. In contrast, significance differences are encountered for some models, when none calibration is made prior to. A value between twenty and thirty times the cracking strain is recommended for the ultimate tensile strain in the tension stiffening model. Also, increasing the relative humidity and decreasing the ambient temperature can lead to a substantial reduction of slab cracking for beams under negative flexure. Finally, there is not a unique rheological model that clearly excels in all scenarios.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.136-149
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• 2011

국내의 지형 특성으로 인해서 교량의 많은 부분이 슬래브교 형식이다. 차량이 대형화하고 교통량이 증가하면서 노후 슬래브교의 보강이 필요한 경우가 많다. 본 연구에서는 노후화된 슬래브교를 효과적으로 보강할 수 있는 외부 긴장재 보강공법을 제안하였다. 종방향 및 횡방향 외부 프리스트레싱을 이용한 네트형 보강법은 슬래브 중앙부의 처짐을 효과적으로 보강할 수 있는 방법이며, 하부공간을 침해하지 않으므로 실제 적용성이 뛰어나다. 실험을 통해서 제안한 보강법으로 인해서 향상되는 내하력의 크기를 검증하였다. 실험에서는 세 가지 서로 다른 하중조건에 대하여 처짐 및 변형률을 계측하여 보강의 효과를 비교, 분석하였다. 네트형 긴장재 보강 전후의 휨강성의 증가량은 재하 종류별로 30.7~107.3% 증가하였다. 보강 전후 처짐의 감소율은 27.6~52.2%에 달하였다. 종방향 및 횡방향 프리스트레싱으로 인한 네트형 보강법은 슬래브교의 중앙부 보강에 매우 효과적이며, 중앙에 집중되는 하중 뿐만 아니라 편기 재하되는 하중에 대해서도 유사한 보강효과가 있다. 또한 네트형 보강법은 필요에 따라 재긴장이 가능하므로 유지보수 및 사용성 측면에서 장점이라 할 수 있다.

• Steel and Composite Structures
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• 제39권1호
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• pp.21-33
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• 2021

This paper aims to improve the current state-of-the-art in long-term deflection prediction in steel-concrete composite beams. The efficiency of a time-dependent finite element model based on linear creep theory is verified with available experimental data. A parametric numerical study is then carried out, which focuses on the effects of concrete creep and/or shrinkage, ultimate shrinkage strain and reinforcing bars in the slab. The study shows that the long-term deformations in composite beams are dominated by concrete shrinkage and that a higher area of reinforcing bars leads to lower long-term deformations and steel stresses. The AISC model appears to overestimate the shrinkage-induced deflection. A modified ACI equation is proposed to quantify time-dependent deflections in composite beams. In particular, a modified reduction factor reflecting the influence of reinforcing bars and a coefficient reflecting the influence of ultimate shrinkage are introduced in the proposed equation. The long-term deflections predicted by this equation and the results of extensive numerical analyses are found to be in good agreement.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제6권4호
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• pp.225-232
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• 2002

최근들어, 단순지지 교량의 내하력 증가를 위하여 교량을 연속교의 형식으로 바꾸는 슬래브 연속화공법이 많이 적용되고 있다. 일반적으로 연속화공법은 자중을 제외한 사하중에 대하여 연속교거동을 하게 하는 공법으로서 외부강선 보강공법과 병행해서 많이 사용된다. 본 논문에서는 이러한 연속화공법에 의하여 보강된 교량을 대상으로 하여 현장재하시험과 수치해석을 수행하여 내하력증가와 연속화효율에 관한 연구결과를 나타내었다. 연속화에 의한 교량시스템의 강성증가로 부재의 처짐 및 응력은 다소 감소하였으나 연속화효율은 완전연속과 대비하여 약 35-45% 수준으로 비교적 낮은 연속화효과를 나타내었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제29권1호
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• pp.23-32
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• 2017

대심도 복층터널 구조물에서 중간슬래브 구조에 적용되는 형식중 하나인 프리캐스트 구조에서는 차량 진행 방향으로 이음이 발생한다. 따라서, 이 이음부를 일체로 거동하게 하는 것이 중요하다. 이 연구에서 제안하는 대심도 복층터널 중간슬래브는 터널의 공간 활용을 극대화 하기 위하여 프리스트레스를 도입한 보 형식의 구조체로, 'PS 이음방식'과 '볼트체결방식'에 대한 이음방법을 개발하였다. 또한, 두 가지 이음방식을 적용한 중간슬래브의 구조성능을 평가하기 위해서 실물모형 구조실험을 수행하였으며, Contact 모델을 적용한 FEM 해석을 통해서 구조적인 안정성을 검증하였다. 이음방식을 적용한 복층터널 중간슬래브의 정적재하실험 결과 매우 안정적인 거동을 보였으며, 균열 및 처짐에 있어 도로교설계기준(2011)을 만족하여 사용성에도 문제가 없다고 판단되었다. FEM 해석에 따른 중간슬래브의 거동은 실험과 비교하여 강성이 미소하게 크게 나타났으나 전체적인 거동이 거의 유사하게 나타났다. 따라서 이 연구에서 개발한 이음방법을 적용한 중간슬래브를 시공함에 있어 구조적으로 문제가 없을 것으로 판단된다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권6호
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• pp.543-549
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• 2014

불확실성을 가지는 콘크리트의 특성으로 인해 철근 콘크리트 부재의 처짐에는 높은 변동성이 발생할 수 있다. 그러나 현행 설계규준은 이를 고려하지 않고 경험적인 데이터에 바탕을 두고 있으며, 부재의 최소 두께 또는 최대 허용 처짐만을 제시하고 있다. 본 논문에서는 철근 콘크리트 플랫 플레이트의 처짐 예측이 가능한 유한요소해석 모델에 확률해석 모델을 적용하여 철근 콘크리트 플랫 플레이트 처짐의 변동성을 평가하고자 하였다. 이를 위해 콘크리트, 철근, 부재치수, 인장강성에 관련된 8개 요소를 변수로 한 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하였다. 해석결과, 스팬의 크기가 증가할수록 하중으로 인한 처짐에 더 민감하게 반응하는 것으로 나타났으며, 재하되는 활하중의 크기가 클수록, 슬래브의 두께가 작을수록 처짐의 변동성이 큰 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권5호
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• pp.2125-2133
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• 2013

최근 콘크리트궤도 공법이 증가함에 따라 인접한 슬래브를 연결하는 방법에 대한 관심이 높아지고 있다. 슬래브의 연결부는 효과적인 하중전달, 변형 연속화, 응력 분산을 위해서 다웰 시스템이 다수 적용된다. 본 연구에서는 콘크리트 슬래브 다웰연결부를 효율적으로 이상화할 수 있는 연결부의 집중 전단스프링 (Lumped shear spring) 모델을 제안한다. 전단 스프링 모델의 강성은 다웰바의 강성과 유격을 고려하였으며, 강도는 연결부의 전단파괴에 근거한 Concrete Capacity Design(CCD) 방법에 의해 산정되었다. 해석모델의 타당성을 검증하기 위하여 다웰로 연결된 슬래브 실험체를 제작하고 재하실험을 수행하였다. 제안된 해석모델은 다웰과 콘크리트 간의 유격으로 인한 초기 비선형성 및 콘크리트 재료 비선형성을 합리적으로 반영하고 있는 것으로 분석되었다. 따라서 향후 슬래브 다웰 조인트로 연결된 콘크리트궤도의 파괴 시까지의 비선형 거동을 합리적으로 예측함으로써 철도 궤도의 설계 시 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.

• Steel and Composite Structures
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• 제37권5호
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• pp.589-603
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• 2020

This paper presents an investigation of the thermal performance of composite floor slabs with profiled steel decking exposed to fire effects from floor. A detailed finite-element model has been developed by representing the concrete slab with steel decking under of it and steel beam both steel parts protected by intumescent coating. Although this type of floor systems offers a better fire resistance, passive fire protection materials should be applied when a higher fire resistance is desired. Moreover, fire exposed side is so crucial for composite slab systems as the total fire behaviour of the floor system changes dramatically. When the fire attack from steel parts, the temperature rises rapidly resulting in a sudden decrease on the strength of the beam and decking. Herein this paper, the fire attack side is assumed from the face of the concrete floor (top of the concrete assembly). Therefore, the heat is transferred through concrete to the steel decking and reaching finally to the steel beam both protected by intumescent coating. In this work, the numerical model has been established to predict the heat transfer performance including material properties such as thermal conductivity, specific heat and dry film thickness of intumescent coating. The developed numerical model has been divided into different layers to understand the sensitivity of steel temperature to the number of layers of intumescent coating. Results show that the protected composite floors offer a higher fire resistance as the temperature of the steel section remains below 60℃ even after 60-minute Standard (ISO) fire and Fast fire exposure. Obtaining lower temperatures in steel due to the great fire performance of the concrete itself results in lesser reductions of strength and stiffness hence, lesser deflections.