• Advances in concrete construction
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• 제15권6호
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• pp.359-376
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• 2023

Ultra-high-performance concrete (UHPC) has become an attractive cast-in-place repairing material for existing engineering structures. The present study aims to investigate age-dependent high-early-strength UHPC (HESUHPC) material properties (i.e., compressive strength, elastic modulus, flexural strength, and tensile strength) as well as interfacial shear properties of HESUHPC-normal strength concrete (NSC) composites cured at different season temperatures (i.e., summer, autumn, and winter). The typical temperatures were kept for at least seven days in different seasons from weather forecasting to guarantee an approximately consistent curing and testing condition (i.e., temperature and relative humidity) for specimens at different ages. The HESUHPC material properties are tested through standardized testing methods, and the interfacial bond performance is tested through a bi-surface shear testing method. The test results quantify the positive development of HESUHPC material properties at the early age, and the increasing amplitude decreases from summer to winter. Three-day mechanical properties in winter (with the lowest curing temperature) still gain more than 60% of the 28-day mechanical properties, and the impact of season temperatures becomes small at the later age. The HESUHPC shrinkage mainly occurs at the early age, and the final shrinkage value is not significant. The HESUHPC-NSC interface exhibits sound shear performance, the interface in most specimens does not fail, and most interfacial shear strengths are higher than the NSC-NSC composite. The HESUHPC-NSC composites at the shear failure do not exhibit a large relative slip and present a significant brittleness at the failure. The typical failures are characterized by thin-layer NSC debonding near the interface, and NSC pure shear failure. Two load-slip development patterns, and two types of main crack location are identified for the HESUHPC-NSC composites tested in different ages and seasons. In addition, shear capacity of the HESUHPC-NSC composite develops rapidly at the early age, and the increasing amplitude decreases as the season temperature decreases. This study will promote the HESUHPC application in practical engineering as a cast-in-place repairing material subjected to different natural environments.

• Membrane and Water Treatment
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• 제14권2호
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• pp.85-93
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• 2023

Membrane separation is widely used for several applications such as water treatment, membrane reactors and climate change. Cross-linked organic-inorganic hybrid polyvinylidene fluoride (PVDF) / Tetraethyl orthosilicate (TEOS) was adopted for the preparation of optimized hollow membrane (HFM) for membrane distillation or other low pressure separators for mechanical properties and permeability under varying pretreatment schemes. HFMs were prepared on semi-pilot membrane fabrication system. Novel adopted post-treatment schemes involved soaking in glycerol, magnesium sulphate (MgSO₄), sodium hypochlorite (NaOCl), and isopropanol for different durations. All fibers were characterized for morphology using a scanning electron microscope (SEM), surface roughness using atomic force microscope (AFM), elemental composition by examining Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), water contact angle (CA°) and porosity. The performance of the fibers was evaluated for pure water permeation flux (PWF). Post-treatment with MgSO₄ gave the highest both tensile modulus and flux. Assessment of properties and performance revealed comparable results with other organic-inorganic separators, HF or flat. In spite of few reported data on post treatment using MgSO₄ in presence of TEOS, this proves the potential of low cost treatment without negative impact on other membrane properties. The flux is also comparable with hypochlorite which manifests substantial precaution requirements in actual industrial use.The relatively high values of flux/bar for sample treated with TEOS, post treated with MgSO₄ and hypochlorite are 88 and 82 LMH/bar respectively.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권5A호
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• pp.719-727
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• 2008

GFRP 보강근의 인장강도 및 부착성능 등은 철근과 다르기 때문에 GFRP 보강근을 콘크리트 구조물에 적용하기 위해서는 GFRP 보강근으로 보강된 콘크리트 부재의 거동에 관한 연구가 선행되어야 한다. GFRP는 높은 비강도, 경량성, 비부식성 등의 장점을 가지고 있으나 탄성계수가 철근보다 작아 상대적으로 큰 처짐이 발생하는 단점이 있다. 교량 바닥판은 아칭효과 등에 의해 휨성능이 증가하므로 FRP 보강근을 우선 적용할 수 있는 대상 중 하나이다. 본 논문은 국내에서 개발된 철근 대체재용 GFRP 보강근의 콘크리트 구조물로의 적용 가능성을 관찰하기 위한 실험연구에 관한 것이다. 대상 실험체는 폭과 길이가 3,000 mm, 4,000 mm이고 두께가 240 mm인 실제 크기의 콘크리트 바닥판이다. 실험변수는 보강근 종류(철근, GFRP 보강근)와 보강비로 총 3개의 바닥판을 제작하였다. 정적실험을 수행하였으며 DB-24 하중등급의 축하중을 모사한 재하면적을 가진 직사각형 강재로 바닥판이 파괴될 때까지 집중하중을 가하였다. 철근 보강 바닥판과 GFRP 보강 바닥판의 거동차이를 최대성능, 처짐 및 균열 거동 등에 대해 비교 검토하였다.

• Elastomers and Composites
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• 제37권4호
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• pp.217-223
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• 2002

실리카로 보강된 고무 배합물은 카본 블랙으로 보강된 배합물에 비해 보강제의 분산이 나쁘고 느린 가황 특성을 보인다. 보강제의 분산을 향상시키고 가황 특성을 빠르게 하기 위해 일반적으로 실리카로 보강된 고무 배합물에서는 실란커플링제인 bis-(3-(triethoxysilyl)-propyl)-tetrasulfide (TESPT)와 diphenylguanidine (DPG)를 사용한다. Acrylonitrile-butadiene rubber (NBR)은 실리카로 보강된 styrene-butadiene rubber (SBR) 배합물에서 실리카의 분산을 향상시킨다. 이 연구에서는 실리카로 보강된 SBR 배합물의 특성에 NBR이 미치는 영향에 대해 조사하였다. NBR을 포함하고 있으나 TESPT의 양이 적거나 DPG를 포함하지 않은 배합물(배합물 A)의 특성과 NBR은 포함하지 않고 TESPT와 DPG를 포함하는 배합물(배합물 B)의 특성을 비교하였다. 배합물 A의 스코치 시간은 배합물 B의 것에 비해 빨랐고 모듈러스와 인장 강도는 배합물 B에 비해 약간 떨어지는 경향을 보였다. 마찰 특성은 배합물 A의 것이 배합물 B의 것에 비해 우수하게 나타났다. NBR의 사용으로 TESPT와 DPG의 사용을 줄일 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권1D호
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• pp.45-55
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• 2008

아스팔트 혼합물의 거동을 정확하게 예측하기 위하여 점탄소성 연속체 손상모형(이하 점탄소성 모형)을 개발하였다. 본 논문에서는 인장조건에서 점탄소성 모형의 개발과 4가지 혼합물(일반 밀입도, SBS, CR-TB, Terpolymer)을 이용한 모형의 검증과정을 다루고 있다. 모형 개발을 위해서 실내시험으로 측정한 아스팔트 혼합물의 전체 응답을 점탄성과 점소성 성분으로 구분하여 분석하였다. 점탄성 연속체 손상모형으로는 미세균열이 지배적인 상태에서 아스팔트 혼합물의 시간 의존적 거동을 해석하고, 고온 혹은 저속 하중 조건에서 발생한 영구변형(시간 종속과 비종속 성분을 모두 포함)은 점소성 모형으로 해석하였다. 변형률 분해 원리에 근거하여 각각의 모형을 통합하여 점탄소성 연속체 손상모형(VEPCD)을 개발하였다. 모형의 변수 결정을 위해서 직접인장시험을 수행하고 각각의 혼합물에 대한 선형 점탄성은 동탄성계수와 시간-온도 전이계수 그리고 위상각의 주곡선으로 정의하였다. 개발된 점탄소성 모형의 예측 성능을 평가하기 위하여 두 종류의 실내시험 실시하고 그 결과를 분석하였다 : 1) 단일 변형률 인장 시험, 2) 임의 하중조건을 모사한 피로 시험.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권4A호
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• pp.267-279
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• 2009

이 논문에서는 초고강도 강섬유보강 철근콘크리트 구조물의 단조증가 하중에서 비선형 해석모델을 소개하고 있다. 일반콘크리트에 비해 압축강도와 인장강도가 증가한 초고강도 강섬유보강 콘크리트는 그 거동이 일반콘크리트와 다른 특성을 가지고 있다. 초고강도 강섬유보강 철근콘크리트 구조물에 대한 비선형 해석을 하기에 앞서 실험결과를 이용하여 압축영역에서 응력-변형률, 관계를 회귀분석을 통하여 유추하였고, 초고강도 강섬유보강 철근콘크리트 구조물 거동의 정확한 예측을 위하여 등가일축 응력-변형률 관계를 이용하였다. 또한 균열의 진전에 따른 균열각을 모사하기 위해 평면응력 요소를 이용하였고, 분산철근모델을 이용하여 해석에 적용하였다. 한편, 초고강도 강섬유보강 철근콘크리트의 인장영역에서 응력-변형률 관계를 정의하기 위해 철근과 콘크리트의 부착응력-부착슬립 관계와 강섬유의 영향 등을 고려한 새로운 인장강화 모델을 제안하고 있다. 끝으로 제안된 알고리즘과 응력-변형률 관계 및 인장강화 모델을 한국건설기술연구원에서 실험한 초고강도 강섬유보강 철근콘크리트 부재에 대한 수치해석을 수행하여 실험결과와 비교, 평가하였다.

• Composites Research
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• 제36권5호
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• pp.369-376
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• 2023

본 연구에서는 복합소재의 기지재로 활용되고 있는 에폭시 고분자의 가교율이 항복표면에 미치는 영향을 분자동역학 해석을 통해 평가하고자 한다. 분자동역학 해석을 활용하여 가교율에 따른 에폭시 모델을 형성한 후, 상온-대기압 조건하에서 단축 변형 해석 및 평면응력 조건을 고려한 다축 변형 해석을 수행하였으며, 해석 데이터를 통하여 가교율에 따른 영률, 항복점, 항복표면, 그리고 경화지수를 도출하였다. 해석 결과, 영률 및 응력은 기존 선행 연구들에서 조사되었듯이, 가교율에 따라 증가하는 경향을 확인하였다. 다축 변형 시에는, 이러한 가교율과 도출된 응력간의 관계가 하중의 방향에 따라 의존적임을 확인하였는데, 가교율이 증가할수록 단축 인장 영역에 비해, 이축 압축 영역의 항복표면은 빠른 속도 팽창하였으며, 이로 인한 항복표면의 상이함을 관측하였다. 이를 통해, 고분자 소재의 항복 표면의 압력의존성은 소재의 가교 정도에 의존적이며, 항복이 진행될수록, 압력의 존성은 동일 소재 하에서도 변할 수 있음을 확인하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제37권3호
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• pp.213-222
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• 2024

Determination of jointed rock mass properties plays a significant role in the design and construction of underground structures such as tunneling and mining. Rock mass classification systems such as Rock Mass Rating (RMR), Rock Mass Index (RMi), Rock Mass Quality (Q), and deformation modulus (Em) are determined from the jointed rock masses. However, parameters of jointed rock masses can be affected by the tunnel depth below the surface due to the effect of the in situ stresses. In addition, the geomechanical properties of rocks change due to the effect of metamorphism. Therefore, the main objective of this study is to apply correlation analysis to investigate the relationships between rock mass properties and some parameters related to the depth of the tunnel studied. For this purpose, the field work consisted of determining rock mass parameters in a tunnel alignment (~7.1 km) at varying depths from 21 m to 431 m below ground surface. At the same excavation depths, thirty-seven rock types were also sampled and tested in the laboratory. Correlations were made between vertical stress and depth, horizontal/vertical stress ratio (k) and depth, k and Em, k and RMi, k and point load index (PLI), k and Brazilian tensile strength (BTS), Em and uniaxial compressive strength (UCS), UCS and PLI, UCS and BTS. Relationships were significant (significance level=0.000) at the confidence interval of 95% (r = 0.77-0.88) between the data pairs for the rocks taken from depths greater than 166 m where the ratio of horizontal to vertical stress is between 0.6 and 1.2. The in-situ stress parameters affected rock mass properties as well as metamorphism which affected the geomechanical properties of rock materials by affecting the behavior of minerals and textures within rocks. This study revealed that in-situ stress parameters and metamorphism should be reviewed when tunnel studies are carried out.

• Geomechanics and Engineering
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• 제36권2호
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• pp.167-181
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• 2024

The soil-structure relative stiffness is a key factor affecting the seismic response of underground structures. It is of great significance to study the soil-structure relative stiffness for the soil-structure interaction and the seismic disaster reduction of subway stations. In this paper, the dynamic shear modulus ratio and damping ratio of an inhomogeneous soft soil site under different buried depths which were obtained by a one-dimensional equivalent linearization site response analysis were used as the input parameters in a 2D finite element model. A visco-elasto-plastic constitutive model based on the Mohr-Coulomb shear failure criterion combined with stiffness degradation was used to describe the plastic behavior of soil. The damage plasticity model was used to simulate the plastic behavior of concrete. The horizontal and vertical relative stiffness ratios of soil and structure were defined to study the influence of relative stiffness on the seismic response of subway stations in inhomogeneous soft soil. It is found that the compression damage to the middle columns of a subway station with a higher relative stiffness ratio is more serious while the tensile damage is slighter under the same earthquake motion. The relative stiffness has a significant influence on ground surface deformation, ground acceleration, and station structure deformation. However, the effect of the relative stiffness on the deformation of the bottom slab of the subway station is small. The research results can provide a reference for seismic fortification of subway stations in the soft soil area.

• Geomechanics and Engineering
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• 제36권5호
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• pp.511-525
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• 2024

Underground openings significantly affect the mechanical stability of underground spaces and create damaged zones. This study investigated the acoustic emission (AE) characteristics associated with the formation of damaged zones around circular openings. Uniaxial compression experiments were conducted on three types of rock specimens, namely, granite (GN-1 and GN-2), gabbro (GB), and slate (SL), containing a circular opening. AE and digital image correlation (DIC) techniques were used to monitor and evaluate the damaged zones near the circular openings. The AE characteristics were evaluated using AE parameters, including count, energy, amplitude, average frequency, and RA value. The DIC results revealed that the estimated diameters of the damaged zones of GN-1, GN-2, GB, and SL were 1.66D, 1.53D, 1.49D, and 1.9D, respectively. The average displacements at the surface of the damaged zones for these specimens were 0.814, 0.786, 0.661, and 0.673 mm, respectively, thus demonstrating a strong correlation with Young's modulus. The AE analysis with DIC revealed that tensile failure occurred in the direction parallel to the maximum compression axis as the load increased. Thus, this study provides fundamental data for a comprehensive analysis of damaged zones in underground openings and will facilitate the optimization of rock engineering projects and safety assessments thereof.