• 콘크리트학회논문집
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• 제27권6호
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• pp.677-685
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• 2015

최근 일반적인 콘크리트의 단점인 낮은 인장강도 및 휨강도와 취성파괴를 극복하기 위하여 초고성능 콘크리트에 강섬유를 혼입한 강섬유 보강 초고성능 콘크리트(UHPC)에 대한 연구가 주목받고 있다. 본 논문에서는 UHPC의 장점을 극대화하기 위하여 합성보 구성 시에 강재 거더의 상부 플랜지를 없앤 역T형 거더를 적용하여, 콘크리트 압축강도, 섬유 혼입률, 전단연결재 간격 및 바닥판 두께 등의 변수를 가지는 역T형 거더와 UHPC 바닥판을 합성한 합성보를 16 개 제작하고 전단연결재의 거동, 휨거동 특성 등을 실험적으로 파악하고자 하였다. 실험결과를 기준으로 볼 때, 향후 UHPC의 경우 스터의 간격은 100 mm에서 바닥판 두께의 2 또는 4 배 사이로 규정함이 적절할 것으로 예상된다. 또한 대부분 실험 부재의 특성 상대변위는 Eurocode-4의 기준을 만족하므로 연성 거동을 확보하는 것으로 판정되었으며, 전단연결재 간격이 넓은 부재는 설계식의 값보다 실험값이 크게 나와, 비합성 거동 후 UHPC와 강재로 전단연결재 예상저항하중보다 더 큰 극한강도를 발휘하며, 전단연결재 간격이 좁은 부재는 전단연결재가 스스로의 능력에 도달하기 전에 UHPC 상연에서 압축파괴가 급격히 발생됨을 알 수 있었다.

• Steel and Composite Structures
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• 제22권2호
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• pp.387-398
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• 2016

In order to evaluate the effects of U shape ultra high performance concrete (UHPC) permanent form on the behaviors of Reinforced Concrete (RC) beam, a full scale RC composite beam is designed and tested with U shape UHPC permanent form and a reference RC beam with same parameters is tested simultaneously for comparison. The effects of the permanent form on the failure mode, cracking strength, ultimate capacity and deformation are studied. Test results shows that the contributions of the U shape UHPC permanent form to the flexural cracking behaviors of RC beam are significant. This study may provide a reference for the design of sustainable RC beam with high durable UHPC permanent form.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.64-71
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• 2016

본 논문에서는 UHPC 바닥판과 강재 거더를 이용하여 합성보를 구성할 때, UHPC 바닥판의 높은 강도와 강성으로 인하여 합성보 구성 시에 강재 거더의 상부 플랜지를 없앤 역T형 거더를 적용하고자 하였다. 그러나 현재까지 강재 복부에 설치되는 전단연결재에 대한 거동, 역T형 강거더 합성보의 휨거동 특성 등은 실험 및 이론적으로 평가된 적이 거의 없는 실정이다. 이를 위하여 UHPC 압축강도, 전단연결재 간격 및 바닥판 두께 등을 변수로 하는 역T형 거더와 UHPC바닥판 합성보 16개의 휨거동 실험결과를 근간으로 하여 실험결과와 UHPC의 인장연화 거동을 고려한 재료모델 해석결과를 비교하였다. 역해석에 의한 인장연화곡선에서 UHPC의 인장강도는 6.57 MPa(120MPa의 경우) 및 9.57 MPa(150MPa의 경우)를 나타내고 있으며, 전단연결재 간격이 좁을수록 실험결과와 해석결과가 명확하게 근접하는 겻으로 나타났으며, 바닥판 두께가 두꺼우며 UHPC 압축강도가 작을수록 동일한 경향이나, 이 영향은 다소 작은 것으로 나타났다. 따라서 실험결과와 해석결과를 종합적으로 비교하면, UHPC 합성보의 실험결과와 해석결과는 비교적 잘 일치하고 있으므로 재료 실험으로부터 산정된 인장연화곡선은 UHPC의 실제 거동을 합리적으로 반영한다고 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권6호
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• pp.761-769
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• 2014

인장강도 및 휨강도가 낮고 취성파괴의 특성을 가지는 일반적인 콘크리트의 단점을 극복하기 위하여 최근에는 압축강도가 180 MPa이상인 고성능 콘크리트에 강섬유를 혼입한 강섬유 보강 초고성능 콘크리트(UHPC)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. UHPC 바닥판과 강재 거더를 이용하여 합성보를 구성할 때, UHPC 바닥판의 높은 강도와 강성으로 인하여 강재거더 상부 플랜지의 역할이 거의 불필요할 것으로 예상된다. 이러한 점을 착안하여 본 논문에서는 합성보 구성 시에 강재 거더의 상부플랜지를 없앤 역T형 거더를 적용하였다. 역T형 거더에 UHPC바닥판을 합성하여 합성보를 구성할 경우, 상부플랜지가 없는 이유로 전단연결재의 설치 위치가 상부플랜지 대신에 강재 거더 복부에 설치해야하는 문제점이 발생되며, 강재 복부에 설치되는 전단연결재에 대한 거동, 역T형 강거더 합성보의 휨거동 특성 등은 현재까지 실험 및 이론적으로 평가된 적이 거의 없는 실정인 이유로 이에 대한 연구가 절실하다. 이를 위하여 본 논문에서는 전단연결재 간격, 바닥판 두께 등을 변수로 하여 역T형 거더와 UHPC바닥판을 합성한 합성보를 8개 제작하여 전단연결재의 거동, 휨거동 특성 등을 파악하고자 하였다. 실험결과를 기준으로 볼 때, 향후 UHPC의 경우 스터의 간격은 100 mm에서 바닥판 두께의 2~3 배 사이로 규정함이 적절할 것으로 예상된다. 또한 실험 부재의 특성 상대변위는 Eurocode-4의 연성거동 기준에 의하면 충분한 연성 거동을 하는 것으로 판정되었으며, 바닥판이 지나치게 얇고 전단연결재의 간격이 지나치게 넓은 경우를 제외한 대부분의 부재들은 일반 콘크리트보다 UHPC의 성능이 우수하여 기존의 AASHTO LRFD 및 Eurocode-4의 식과 실험결과간의 차이가 있음을 알 수 있다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권2호
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• pp.185-193
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• 2015

인장강도 및 휨강도가 낮고 취성파괴의 특성을 가지는 일반적인 콘크리트의 단점을 극복하기 위하여 최근에는 압축강도가 180 MPa이상인 고성능 콘크리트에 강섬유를 혼입한 강섬유 보강 초고성능 콘크리트(UHPC)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. UHPC 바닥판과 강재 거더를 이용하여 합성보를 구성할 때, UHPC 바닥판의 높은 강도와 강성으로 인하여 강재거더 상부 플랜지의 역할이 거의 불필요할 것으로 예상된다. 이러한 점을 착안하여 본 논문에서는 합성보 구성 시에 강재 거더의 상부플랜지를 없앤 역T형 거더를 적용하였다. 역T형 거더에 UHPC바닥판을 합성하여 합성보를 구성할 경우, 상부플랜지가 없는 이유로 전단연결재의 설치 위치가 상부플랜지 대신에 강재 거더 복부에 설치해야하는 문제점이 발생되며, 강재 복부에 설치되는 전단연결재에 대한 거동, 역T형 강거더 합성보의 휨거동 특성 등은 현재까지 실험 및 이론적으로 평가된 적이 거의 없는 실정인 이유로 이에 대한 연구가 절실하다. 이를 위하여 본 논문에서는 전단연결재 간격, 바닥판 두께 등을 변수로 하여 역T형 거더와 UHPC바닥판을 합성한 합성보를 8개 제작하여 전단연결재의 거동, 휨거동 특성 등을 파악하고자 하였다. 또한, 강섬유 보강 초고성능 콘크리트의 인장연화거동을 고려한 재료모델링 및 이를 적용한 보 부재 단면의 변형률 적합조건을 이용한 해석모델을 제안하였다. 실험결과 및 해석결과를 기준으로 볼 때, UHPC 콘크리트의 경우 전단연결재의 간격은 100 mm에서 바닥판 두께의 2~3배 사이로 규정함이 적절한 것으로 나타났다. 실험결과와 해석결과를 종합적으로 비교하면, 강섬유 보강 초고성능 콘크리트 합성보의 실험결과와 해석결과는 비교적 잘 일치하고 있으므로 재료 실험으로부터 산정된 인장연화곡선은 강섬유 보강 초고성능 콘크리트의 실제 거동을 합리적으로 반영한다고 판단된다. 따라서, 본 연구에서 제시한 인장연화거동 특성을 반영한 강섬유 보강 초고성능 콘크리트의 재료모델링 및 휨거동 해석기법은 적절하며, 제시기법에 의해 강섬유보강 초고성능 콘크리트 합성 부재의 휨 내력을 합리적으로 예측할 수 있을 것으로 예상된다.

• Steel and Composite Structures
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• 제50권3호
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• pp.319-336
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• 2024

Ultra-high-performance concrete (UHPC) has attracted increasing attention in prefabricated steel-concrete composite beams as achieving the onsite construction time savings and structural performance improvement. The inferior replacement and removal efficiency of conventional prefabricated steel-UHPC composite beams (PSUCBs) has thwarted its sustainable applications because of the widely used welded-connectors. Single embedded nut bolted shear connectors (SENBs) have recently introduced as an attempt to enhance demountability of PSUCBs. An in-depth exploration of the mechanical behavior of SENBs in UHPC is necessary to evidence feasibilities of corresponding PSUCBs. However, existing research has been limited to SENB arrangement impacts and lacked considerations on SENB geometric configuration counterparts. To this end, this paper performed twenty push-out tests and theoretical analyses on the shear performance and design recommendation of SENBs. Key test parameters comprised the diameter and grade of SENBs, degree and sequence of pretension, concrete casting method and connector type. Test results indicated that both diameters and grades of bolts exerted remarkable impacts on the SENB shear performance with respect to the shear and frictional responses. Also, there was limited influence of the bolt preload degrees on the shear capacity and ductility of SENBs, but non-negligible contributions to their corresponding frictional resistance and initial shear stiffness. Moreover, inverse pretension sequences or monolithic cast slabs presented slight improvements in the ultimate shear and slip capacity. Finally, design-oriented models with higher accuracy were introduced for predictions of the ultimate shear resistance and load-slip relationship of SENBs in PSUCBs.

• Steel and Composite Structures
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• 제45권6호
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• pp.797-818
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• 2022

Steel-precast ultra-high-performance concrete (UHPC) composite beams with demountable high-strength friction-grip bolt (HSFGB) shear connectors can be used for accelerated bridge construction (ABC) and achieve excellent structural performance, which is expected to be dismantled and recycled at the end of the service life. However, no investigation focuses on the demountability and reusability of such composite beams, as well as the installation difficulties during construction. To address this issue, this study conducted twelve push-out tests to investigate the effects of assembly condition, bolt grade, bolt-hole clearance, infilling grout and pretension on the crack pattern, failure mode, load-slip/uplift relationship, and the structural performance in terms of ultimate shear strength, friction resistance, shear stiffness and slip capacity. The experimental results demonstrated that the presented composite beams exhibited favorable demountability and reusability, in which no significant reduction in strength (less than 3%) and stiffness (less than 5%), but a slight improvement in ductility was observed for the reassembled specimens. Employing oversized preformed holes could ease the fabrication and installation process, yet led to a considerable degradation in both strength and stiffness. With filling the oversized holes with grout, an effective enhancement of the strength and stiffness can be achieved, while causing a difficulty in the demounting of shear connectors. On the basis of the experimental results, more accurate formulations, which considered the effect of bolt-hole clearance, were proposed to predict the shear strength as well as the load-slip relationship of HSFGBs in steel-precast UHPC composite beams.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권5호
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• pp.573-579
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• 2014

합성보는 콘크리트 바닥판과 강재 거더로 이루어져 왔으나, 바닥판의 자중을 줄이면서 내구성을 향상시키고 나아가 교량의 강도 및 강성을 향상시키기 위하여 초고성능 콘크리트(UHPC)를 교량 바닥판으로 채용한 합성보가 최근에 제안되고 있다. 이 연구는 기존의 스터드 전단연결재가 UHPC 바닥판을 합성함에 있어 유효한지에 관하여 실험적으로 검토해보고자 한다. 12개의 push-out 시험체를 통하여 UHPC 바닥판에 매립된 스터드 전단연결재의 정적 강도를 평가하였으며, 실험 변수로 바닥판 두께, 스터드 높이 및 지름을 채택하여, 기존에 제한되었던 스터드 지름에 대한 높이의 비율인 형상비와 스터드 머리부 상부 콘크리트 피복두께의 제한을 완화하는 것이 가능한지에 대하여 검토하였다. 이 연구의 실험으로부터 기존 AASHTO LRFD에 제시된 정적 강도평가식을 UHPC에 매립된 스터드 전단연결재에 적용하는 것이 유효함을 확인하였으며, 4이상으로 제한된 형상비는 3.1까지 낮추어도 되며, 50 mm로 제한된 최소 피복두께도 25 mm까지 낮출수 있음을 확인하였다. 다만 Eurocode-4에 제시된 연성도 기준인 특성 상대슬립 6 mm 이상의 기준을 만족하지 못하여, UHPC에 매립된 스터드 전단연결재는 별도의 연성 보강 방안이 채택되지 않는다면 강성 전단연결재로 간주하여야 할 것이다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권2호
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• pp.151-157
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• 2014

초고성능 콘크리트(UHPC)의 높은 강도 및 내구성으로 인하여 교량 바닥판에 UHPC를 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. UHPC 바닥판은 강도 및 강성이 기존 콘크리트보다 월등히 높아 합성된 강재 거더 상부 플랜지의 구조적 역할을 대신할 수 있을 것이므로, 이 연구에서는 상부 플랜지를 생략한 역T형 거더를 UHPC 바닥판과 합성한 형식을 제안하고자 한다. 역T형 거더를 적용함에 있어 상부플랜지에 전단연결재를 용접하는 방식으로 전단연결재를 설치할 수 없으므로, 새로운 형식의 전단연결재의 개발이 필요하다. 이 연구에서는 3가지 형식의 전단연결재를 제안하고 이들의 정적 극한강도를 실험적으로 평가하였다. 첫 번째 형식은 웨브에 스터드를 횡방향으로 직접 용접한 전단연결재이고, 두 번째는 유럽에서 개발된 퍼즐스트립 형식의 전단연결재이며, 마지막은 횡방향 스터드와 퍼즐스트립을 조합한 전단연결재이다. 실험 결과 횡방향 스터드는 AASHTO LRFD에 제시된 기존 스터드 전단연결재의 강도 설계식 보다 평균 24% 크게 나타났으나, 바닥판에 쪼갬 균열이 현저히 발생하여 이를 방지하기 위한 새로운 대책이 필요한 것으로 나타났다. 퍼즐스트립은 기존 유럽의 연구에서 제안한 극한강도 평가식 보다 40% 큰 강도를 보여, 기존의 평가식이 지나치게 보수적인 것으로 나타났다. 마지막으로 2가지를 조합한 형식의 전단연결재의 극한강도는 각각의 전단연결재의 극한강도를 산술적으로 합한 것보다 작은 극한 강도를 보였고 바닥판에 균열 또한 현저하였으므로, 조합에 따른 상승효과를 기대할 수 없었다.