• Composites Research
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• 제16권3호
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• pp.32-40
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• 2003

최근 철근의 부식과 관련된 철관콘크리트 바닥판의 내구성에 대한 문제점이 증가되면서 부식에 대한 저항성이 크며, 기존 구조용 재료에 비해 여러 가지 물리적, 역학적 장점을 가진 섬유보강플래스틱을 사용한 보강재의 사용성이 증가되고 있다. 본 연구는 GFRP Re-Bar 다발로 보강된 1방향 슬래브의 휨거동에 관한 실험적 연구로서, 국내에서 개발된 GFRP Re-bar의 인장시험을 수행하였으며, GFRP Re-Bar의 보강량을 증가시켜가며 단위 폭을 갖는 1방향 슬래브 실험체를 제작하고 3등분점 재하실험을 수행하였다. 각 실험체에 대한 이론적인 해석은 철근콘크리트 휨부재의 해석 및 설계방법을 수정, 보완하여 개발된 ACI Committee 440에 따라 수행하였으며, 실험결과와 이론적 해석결과를 비교, 분석하였다. 연구결과 ACI Committee 440에 의해 추정한 각 실험체의 하중­처짐 거동은 실험결과와 비교적 잘 일치함을 알 수 있었으며, FRP Re-Bar로 보강된 콘크리트 바닥판의 설계규준을 확립하기 위해서는 강도에 대한 한계상태뿐만 아니라 처짐 등 사용성에 대한 한계상태가 결정되어야 할 것이라 생각된다.

• International Journal of Concrete Structures and Materials
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• 제11권2호
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• pp.327-341
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• 2017

Openings in slabs are usually required for many different applications such as aeriation ducts and air conditioning. Opening in concrete slabs due to cutouts significantly decrease the member stiffness. There are different techniques to strengthen slabs with opening cutouts. This study presents experimental and numerical investigations on the use of Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) as strengthening material to strengthen and restore the load carrying capacity of R.C. slabs after having cutout in the hogging moment region. The experimental program consisted of testing five (oneway spanning R.C. flat slabs) with overhang. All slabs were prismatic, rectangular in cross-section and nominally 2000 mm long, 1000 mm width, and 100 mm thickness with a clear span (distance between supports) of 1200 mm and the overhang length is 700 mm. All slabs were loaded up to 30 kN (45% of ultimate load for reference slab, before yielding of the longitudinal reinforcement), then the load was kept constant during cutting concrete and steel bars (producing cut out). After that operation, slabs were loaded till failure. An analytical study using finite element analysis (FEA) is performed using the commercial software ANSYS. The FEA has been validated and calibrated using the experimental results. The FE model was found to be in a good agreement with the experimental results. The investigated key parameters were slab aspect ratio for the opening ratios of [1:1, 2:1], CFRP layers and the laminates widths, positions for cutouts and the CFRP configurations around cutouts.

• Smart Structures and Systems
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• 제17권1호
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• pp.91-105
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• 2016

One of the most commonly used techniques to strengthen steel reinforced concrete structures is the application of externally bonded patches in the form of carbon fiber reinforced polymers (CFRP) or recently, textile reinforced cements (TRC). These external patches undertake the tensile stress of bending constraining concrete cracking. Development of full-field inspection methodologies for fracture monitoring are important since the reinforcing layers are not transparent, hindering visual observation of the material condition underneath. In the present study acoustic emission (AE) and digital image correlation (DIC) are applied during four-point bending tests of large beams to follow the damage accumulation. AE helps to determine the onset of fracture as well as the different damage mechanisms through the registered shifts in AE rate, location of active sources and change in waveform parameters. The effect of wave propagation distance, which in large components and in-situ can well mask the original information as emitted by the fracture incidents is also discussed. Simultaneously, crucial information is supplied by DIC concerning the moments of stress release of the patches due to debonding, benchmarking the trends monitored by AE. From the point of view of mechanics, conclusions on the reinforcing contribution of the different repair methodologies are also drawn.

• Advances in concrete construction
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• 제7권3호
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• pp.151-166
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• 2019

This paper introduces a new efficient analytical method, based on shear deformations obtained with 2D elasticity theory approach, to perform an explicit closed-form solution for calculation the interfacial shear and normal stresses in plated RC beam. The materials of plate, necessary for the reinforcement of the beam, are in general made with fiber reinforced polymers (Carbon or Glass) or steel. The experimental tests showed that at the ends of the plate, high shear and normal stresses are developed, consequently a debonding phenomenon at this position produce a sudden failure of the soffit plate. The interfacial stresses play a significant role in understanding this premature debonding failure of such repaired structures. In order to efficiently model the calculation of the interfacial stresses we have integrated the effect of shear deformations using the equilibrium equations of the elasticity. The approach of this method includes stress-strain and strain-displacement relationships for the adhesive and adherends. The use of the stresses continuity conditions at interfaces between the adhesive and adherents, results pair of second-order and fourth-order coupled ordinary differential equations. The analytical solution for this coupled differential equations give new explicit closed-form solution including shear deformations effects. This new solution is indented for applications of all plated beam. Finally, numerical results obtained with this method are in agreement of the existing solutions and the experimental results.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권5호
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• pp.585-596
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• 2012

이 연구는 교량이나 주차장 건물 등에 적용이 가능한 GFRP 보강 철근 폴리머 콘크리트 T형 보의 휨 특성에 관한 연구로서 GFRP 보강 수준에 따른 압축파괴(compression failure: CF), 인장파괴(tension failure: TF) 및 GFRP 보강재의 파괴(fiber sheet failure: FF) 등 파괴모드의 판단과 결정방법을 제시하고, 파괴모드별 설계휨강도 산정식을 제시하였다. GFRP 보강 철근콘크리트 보에서는 FF, TF, CF 등 3가지 파괴모드 중에서 철근항복 ${\rightarrow}$ GFRP 파단 ${\rightarrow}$ 압축측 콘크리트 파괴의 순으로 진행되는 FF 파괴모드가 가장 이상적이다. FF 파괴모드의 경우 압축측 폴리머 콘크리트가 극한변형률(${\varepsilon}_{cu}$)에 도달하기 전에 GFRP가 먼저 파단되므로 콘크리트의 극한상태를 기반으로 하는 기존의 등가직사각형 응력블럭의 개념을 적용할 수 없다. 따라서 이 연구에서는 폴리머 콘크리트의 특성에 부합되는 이상화된 폴리머 콘크리트의 압축응력-변형률 곡선을 제안하고, 폴리머 콘크리트의 변형률을 기반으로 하여 응력블럭 매개변수 ${\alpha}$, ${\beta}$를 도출하였다. 또한 T형 보의 형상비에 따른의 압축응력 분포 및 설계휨강도 특성을 규명하고 적정한 형상비를 2.5로 제시하였으며, GFRP 보강재의 두께 및 높이에 따른 설계휨강도 산정식을 제시하고 그 식의 적정성을 실험과 이론해석에 의해 입증하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제25권2호
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• pp.187-194
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• 2013

섬유복합체(FRP)는 비부식성 재료라는 특징으로 인해 이상적인 철근 대체재로 주목 받고 있다. 그러나 현재 FRP 보강근은 철근과 달리 일반적으로 수용되는 고정된 형태가 존재하지 않고 다양한 재료와 성분비, 형태 등으로 제작되기 때문에 이에 대한 성능평가 데이터에 근거한 FRP 보강 콘크리트 부재의 거동특성 구명은 상당부분 제한될 수 있다. 더군다나 FRP 보강 콘크리트 부재의 휨거동에 대한 평가는 주로 단기 거동 측면에 집중되어 이루어져 왔다. 이 연구는 GFRP 보강근 및 이를 사용하여 보강된 콘크리트 부재의 장기거동을 평가하기 위한 것으로, 먼저 철근 대체용으로 개발된 GFRP 보강근에 대한 성능평가 결과를 제시하였고, 이의 크리프 거동 특성에 대한 3년간의 계측 결과를 제시하였다. 실험 결과 인장강도의 약 55% 이하의 하중이 지속적으로 재하되는 경우에는 100년 이상의 내구연한을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 GFRP 보강 콘크리트 보의 장기거동을 약 1년간 관찰하였으며 이로부터 FRP 보강 부재의 장기처짐 계산식에 사용되는 수정계수 값 0.73을 도출하였다. 따라서 이 연구로부터 도출된 GFRP 보강근 및 이로 보강된 콘크리트 보의 단기 및 장기 거동 특성값은 FRP 보강 콘크리트 부재의 설계에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.287-295
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• 2010

본 연구에 사용한 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트이며, 공극 최소화를 위한 충전재는 미세석영을 사용하였고 고강도화에 따른 취성파괴 문제를 개선하기위해 강섬유를 사용하여 압축강도 300 MPa 이상의 초고강도 분체콘크리트를 개발 하고자 하였다. 콘크리트의 강도를 크게 향상시키기 위한 연구의 일환으로 계면영역의 부착강도를 향상시킬 수 있는 크기 0.6 mm 이하의 규사, 백운석, 보크사이트, 페로실리콘을 선정한 후 각각의 배합비, 양생조건을 달리하여 압축강도를 비교분석 하였다. 초고강도 분체콘크리트는 보통콘크리트와 달리 사용재료의 영향이 대단히 중요하다. 분체 콘크리트의 압축강도 측정 결과 페로실리콘 > 보크사이트 > 백운석 > 규사 순으로 골재의 강도가 압축강도에 큰 영향을 미치는 경향을 알 수 있었으며 페로실리콘의 경우 시멘트 중량 기준하여 혼입량 110%일 때 가장 큰 강도를 나타내었다. SEM 촬영 결과 C-S-H수화물이 비교적 많이 생성되었고, 고온고압양생으로 토버모라이트와 조놀라이트가 생성된 것을 확인 하였다. 또한 골재의 세립화, 분체의 치밀충전화 및 반응성 재료의 사용으로 인해 페이스트가 고강도화 되고, 강섬유를 사용하여 인성을 보강함으로써, 28일 압축강도 341 MPa의 초고강도 분체콘크리트를 성공적으로 개발 하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권12호
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• pp.694-701
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• 2018

FRP-보강근 콘크리트 부재들은 FRP-보강근이 철근에 비해 낮은 탄성계수와 부착강도를 갖고 있어 철근콘크리트 부재에 비해 과도한 균열폭의 가능성이 클 수 있다. 따라서 외국의 기준들에서는 FRP-보강근 콘크리트 부재의 균열제어를 위하여 허용균열폭의 제한규정을 두고 있는데, ACI 440.1R-15 설계지침에서는 최대 보강근 간격으로 제어하는 간접적인 방법으로 제안하고 있다. 그러나 제안식은 아직까지 장기하중이 균열폭에 미치는 시간종속적인 효과를 반영하지 못하고 있다. 이에 본 연구에서는 장방형단면뿐만 아니라 T형단면의 FRP-보강근 콘크리트 보를 대상으로 장기실험을 통하여 얻어진 실험결과를 바탕으로 단면형태별 균열폭 특성을 구분하여 파악하므로 써 장기균열폭 예측모델을 제안하는데 필요한 기초자료를 제공하고자 하였다. 따라서 단면형태별로 각각 한 개씩 의 철근콘크리트 비교시험체를 포함한 4개의 장방형보와 4개의 T형 보로 구성된 총 8개의 시험체를 제작하여 시공하중의 영향을 고려한 1년간 4점 가력 장기휨실험을 수행하였다. 결과로서 시간종속적인 영향을 받는 순수장기균열폭은 철근 시험체에 비해 보강근의 탄성계수가 낮은 GFRP나 AFRP-보강근 시험체에서는 2.6~3.0배 증가하였으나 CFRP-보강근 시험체에서는 1.1~1.4배 증가에 그쳤다. 또한 즉시균열폭을 포함한 총장기균열폭은 장방형단면과 T형단면 시험체에서 평균적으로 각각 즉시균열폭의 약 2.4와 3.1배 증가를 보여주어 보수적으로 각각 2.5와 3.5의 시간종속계수를 구분하여 제안하였다.

• 한국항해항만학회지
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• 제26권3호
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• pp.323-328
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• 2002

강판벽체와 뒷채움 지반의 상호작용에 의해 외력을 지지하는 지중강판구조물은 도로 제방의 하부 통·수로 구조물로 널리 사용되고 있다. 해안도로로 사용되는 성토체 내에 통로용 횡단구조물로 설치한 직경 6.25m의 원형단면 지중강판구조물에 대하여 상부 도로의 차량 통행에 의한 활하중 작용시 강판 벽체의 축력과 모멘트 변화를 평가하고, 토목섬유에 의한 강판구조물 상부 지반의 보강효과를 검증하였다. 이를 위하여 실제 구조물을 대상으로 정적 및 동적 차량재하시험을 실시하고, 구조물 내에 발생하는 축력과 모멘트, 그리고 구조물에 작용하는 토압을 계측하였으며 그 결과를 각각 분석하였다. 또한 지오그리드를 이용한 토피부 보강 효과에 대해서도 검증하였다. 차량하중 작용시 강판 부재의 축력은 주로 상부 아치부에서 증가하였으며, 그 최대값은 구조물 정점부 또는 도관 어깨부에서 발생하였다. 모멘트도 상부 아치부를 중심으로 증가하는 형태를 보였으나, 그 크기는 무시할 수 있을 만큼 작았다. 정적차량하중이 가해질 때 토피부에 지오그리드를 포설한 단면에서 계측된 최대축력 증가량은 지오그리드가 설치되지 않은 단면에서 계측된 값의 85∼92%를 나타내어 사하중에 대한 효과 외에 추가적인 축력감소 효과를 확인할 수 있었으나 차량주행시에는 차량하중에 대한 추가적인 보강 효과는 없어짐을 관찰하였다. 동적재하시험을 통해 산정한 충격계수 (DLA)는 토피두께가 0.9m에서 1.5m까지 증가함에 따라 반비례하여 감소하였는데, 그 크기는 CHBDC 방법으로 예측한 값보다 1.2-1.4배 정도 크게 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.381-388
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• 2010

이 논문에서는 내진상세가 적용되지 않은 RC골조의 지진 거동 특성을 파악하였다. 해석 대상 건물은 내진 규준의 적용을 받지 않고 중력하중만을 고려하여 설계되었다. 원형철근이 주철근으로 사용되었으며, 부재는 낮은 수준의 전단력을 견딜 수 있는 최소한의 스터럽이 사용되어 코어 부분의 구속효과는 거의 없다. 평면비정형성을 가진 건물의 경우, 푸쉬오버 해석을 통해서는 비틀림으로 인한 평면상에서 연단부의 손상집중을 파악할 수 없으므로 비선형 동적해석을 사용하는 것이 바람직하다. 섬유요소를 이용한 비선형 동적해석은 양방향 지진하중과 비틀림 거동의 영향을 받는 RC골조의 거동을 성공적으로 예측할 수 있었다. 하지만, 보다 진보된 응답 예측을 위해서는 부착 미끄러짐과 같은 보-기둥 접합부의 국부거동을 정밀하게 나타내는 모델링 요소의 개발이 필요하다.