• Steel and Composite Structures
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• 제44권6호
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• pp.883-898
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• 2022

A hollow-core partially-encased composite beam, named HPEC beam, is investigated in this paper. HPEC beam comprises I-beam, longitudinal reinforcement, stirrup, foam formwork, and cementitious grout. The foam formwork is located on both sides of the web, and cementitious grout is cast within the steel flange. To investigate the shear performance of HPEC beams, static loading tests of six HPEC beams and three control beams were conducted. The shear span ratio and the number of studs on the shear behavior of the HPECspecimens were studied. The failure mechanism was studied by analyzing the curves of shear force versus both deflection and strain. Based on the shear span ratio (𝜆), two typical shear failure modes were observed: shear compression failure when 1.6 ≤ 𝜆 ≤ 2; and diagonal compression failure when 𝜆 ≤ 1.15. Shear studs welded on the flange can significantly increase the shear capacity and integrity of HPEC beams. Flange welded shear studs are suggested. Based on the deformation coordination theory and superposition method, combined with the simplified modified compression field model and the Truss-arch model, Modified Deformation Coordination Truss-arch (M.D.C.T.) model was proposed. Compared with the shear capacity from YB9038-2006 and JGJ138-2016, the calculation results from M.D.C.T. model could provide reasonable predictions.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제73권5호
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• pp.515-527
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• 2020

This paper presents a stress field approach for the shear capacity of stirrup-reinforced concrete beams that explicitly incorporates the contribution of principal tensile stresses in concrete. This formulation represents an extension of the variable strut inclination method adopted in the Eurocode 2. In this model, the stress fields in web concrete consist of principal compressive stresses inclined at an angle θ combined with principal tensile stresses oriented along a direction orthogonal to the former (the latter being typically neglected in other formulations). Three different failure mechanisms are identified, from which the strut inclination angle and the corresponding shear strength are determined through equilibrium principles and the static theorem of limit analysis, similar to the EC-2 approach. It is demonstrated that incorporating the contribution of principal tensile stresses of concrete slightly increases the ultimate inclination angle of the compression struts as well as the shear capacity of reinforced concrete beams. The proposed stress field approach improves the prediction of the shear strength in comparison with the Eurocode 2 model, in terms of both accuracy (mean) and precision (CoV), as demonstrated by a broad comparison with more than 200 published experimental results from the literature.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권5호
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• pp.645-652
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• 2002

본 논문은 탄소 FRP 판을 이용한 철근 콘크리트 보의 휨 보강효과와 거동에 대한 연구이다. 본 연구에서의 실험인자로는 휨보강 탄소 FRP 판의 부착길이와 탄소 FRP 쉬트의 복부정착 길이이다. 시험보는 탄소 FRP 판으로 인장면에 부착하여 휨 보강하고 FRP 판을 탄소 FRP 쉬트로 복부에 정착하였다. 일반적으로 복부정착이 없는 휨 보강된 보들의 파괴형태는 횡방향 주철 근을 따라 발생한 콘크리트 덮개 박리파괴를 나타내었다. 반면, 탄소 FRP 쉬트로 복부 정착된 휨 보강 보들은 CFRP 파단파괴 후 콘크리트 경계면 전단 박리파괴를 나타내었다. 보강된 보들의 극한하중과 극한처짐은 FRP 판의 휨 부착길이의 증가에 따라 증가하였다. 또한, 휨 보강된 보들은 FRP 쉬트의 복부정착 길이의 증가에 따라 극한하중과 극한처짐 값이 증가하였다. 특히, 복부 정착한 보들은 최대 극한하중에 도달한 후에도 상당한 극한하중 지지능력을 상당한 극한 처짐 시까지 유지하였다. 시험보의 길이에 걸친 FRP 판의 변형률 분포는 휨 모멘트도의 모양과 거의 유사하여 전단지간에서 일정한 전단응력 분포를 가정할 수 있었다. 전지간을 휨 보강한 보에 있어서는 콘크리트와 FRP 쉬트에 의한 경계면에서의 극한전단 저항강도는 복부정착 길이가 늘어남에 따라 증가하였다. 전단 저항강도 중에서 본 실험에서 사용한 복부 정착 FRP 쉬트도 일부의 전단 저항강도를 부담하였다.

• Computers and Concrete
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• 제33권3호
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• pp.251-264
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• 2024

The present study pertains to the effects of variations in the location and size of drilled web openings on the behavior of fixed-fixed reinforced concrete (RC) beams. For this purpose, a reference bending beam with a transverse opening in each half span was tested to failure. Later, the same beam was modeled and analyzed with the help of finite element software using ABAQUS. Upon achieving close agreement between the experimental and numerical results, the location and size of the web opening were altered to uncover the effects of these factors on the shear strength and load-deflection behavior of RC beams. The experimental failure mode of the tested beam and the numerical results were also verified by theoretical calculations. In numerical analysis, when compared to the reference (D0) specimen, if the distance of the opening center from the support is 0 or h or 2h, reduction in load-bearing capacity of 1.5%-22.8% or 2.0%-11.3% or is 4.1%-40.7%. In other words, both the numerical analyses and theoretical calculations indicated that the beam behavior shifted from shear-controlled to flexure-controlled as the openings approached the supports. Furthermore, the deformation capacities, energy absorption values, and the ductilities of the beams with different opening diameters also increased with the decreasing distance of the opening from supports. Web compression failure was shown to be the predominant mode of failure of beams with large diameters due to the lack of sufficient material in the diagonal compression strut of the beam. The present study indicated that transverse openings with diameters, not exceeding about 1/3 of the entire beam depth, do not cause the premature shear failure of RC beams. Finally, shear damage should be prevented by placing special reinforcements in the areas where such gaps are opened.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제81권6호
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• pp.751-767
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• 2022

In the hogging bending moment area, continuous composite beams are subjected to the ultimate limit state of lateral-torsional buckling (LTB), which depends on web stiffness as well as concrete slab and shear connection stiffnesses. The design of the LTB and the determination of the elastic critical moment are produced approximately, using the European Standard EN 1994-1-1:2004, for continuous composite steel beams, but is applicable only for those with a plane web steel profile. Also, and from the previous researches, the elastic critical moment of the continuous composite beams with corrugated sinusoidal web steel profiles was determined. In this paper, a finite element analysis (FEA) model was developed using the ANSYS 16 software, to determine the elastic critical moments of continuous composite steel beams with various corrugated web profiles, such as trapezoidal, zigzag, and rectangular profiles, which were evaluated against numerical data of the sinusoidal one from the literature. Ultimately, the failure load of a composite steel beam with various web profiles was predicted by studying 46 models, based on FEA modeling, and a procedure for predicting the elastic critical moment of composite beams with various web steel profiles was proposed. When compared to sinusoidal web profiles, the trapezoidal, zigzag, and rectangular web profiles required an average increase in load capacity and stiffness of 7%, 17.5%, and 28%, respectively, according to the finite element analysis. Also, the rectangular web steel profile has a greater stiffness and load capacity. In contrast, the sinusoidal web has lower values for these characteristics.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 1994년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.85-90
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• 1994

Three high strength reinforced concrete structural walls were tested under the combined action of a constant axial and a horizontal cycle load. The aim of the tests has been to investigate the effects of the web horizontal reinforcement on hysteretic behavior of wall. The results have helped to identify the causes of wall failure and have demonstrated the web horizontal reinforcement does not appear have a significant effect on shear capacity, stiffness and energy dissipation but have a significant effect on the failure mode of the walls.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.1-8
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• 2014

본 연구의 목적은 경계요소를 갖는 철근콘크리트 전단벽의 잠재소성힌지길이를 합리적으로 평가할 수 있는 단순모델의 제시이다. 전단벽의 높이에 따른 이상화된 곡률분포로부터, 기본방정식은 항복모멘트와 최대모멘트 그리고 사인장균열에 의한 부가모멘트의 함수로 일반화되었다. 전단벽의 항복모멘트와 최대모멘트는 변형률 적합조건과 힘의 평형조건을 기반하여 산정하였다. 사인장균열 발생의 여부는 ACI 318-11에서 제시된 콘크리트의 전단력으로부터 검토되었으며, 부가모멘트는 Park and Paulay에 의해 제시된 트러스기구를 이용하여 산정하였다. 이들 모멘트식들은 다양한 변수범위에서 변수연구를 수행하였다. 결과적으로 등가소성힌지길이는 주철근 및 수직철근지수와 축력지수의 함수로 제시될 수 있었다. 제시된 등가소성힌지길이의 모델은 실험결과의 비교에서 평균 및 표준편차가 각각 1.019와 0.102로 실험 결과를 정확하게 예측하였다.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제5권2호
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• pp.65-71
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• 2005

최근 노후화된 철근콘크리트 구조물에 대한 FRP를 이용한 보강공법의 적용이 증가하고 있다. 하지만 휨 보강에 대해서는 연구로 인해 정량적인 평가로 인해 효율적인 설계가 가능하지만, 전단보강의 경우에는 파괴메카니즘을 완전히 규명하지 못하는 상태이다. 본 연구에서는 전단보강근이 있는 철근콘크리트보에 매립형 CFRP를 전단보강하여 보강효과를 파악하고자 실험을 수행한 후, 실험결과를 토대로 분석 및 고찰을 통해 정량적인 보강효과를 도출하고자 한다. 시험체 제작시 실험변수로는 전단보강근의 간격과 보강방향으로 하여 시험체를 10개 제작하여 실험을 수행하였다. 실험결과, 전단보강근 간격과 보강방향에 따라 CFRP의 보강효과는 다소 차이를 보였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제30권1호
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• pp.49-58
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• 2018

본 연구는 비선형 유한 요소 해석을 통해 제형의 절곡형상 웨브를 갖는 보의 수평패널 길이와 경사패널의 비 ${\beta}$에 따른 전단 거동을 파악하였다. 선행 실험연구 결과를 통해 정확도 높은 해석모델을 검증하였으며, 이를 토대로 ${\beta}$ 및 전단거동에 영향을 미치는 핵심 변수에 대한 변수해석을 실시하였다. 또한 변수해석 결과를 통해 선행연구의 제안식을 평가하였다. 분석결과 Eurocode는 다른 제안식보다 보수적으로 평가하고 있으며, 김영숙의 제안식은 Moon의 제안식에 따라 비탄성 영역에 포함 된 모델만이 경제적인 평가를 하는 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제35권1호
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• pp.85-92
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• 2015

횡방향 철근이 없는 RC와 PSC 보에서 축방향 인장력은 전단강도를 감소시키고, 축압축력은 전단저항력을 증가시킨다는 것은 잘 알려진 사실이다. 그러나 축력이 전단에 얼마만큼 영향을 미치고, 전단 저항성능에 어떠한 영향을 주는가에 대한 이해가 부족한 현실이다. 횡방향 보강철근이 없는 부재가 큰 압축력과 전단력을 받으면 첫 번째 경사균열이 일어나면서 그대로 취성파괴가 발생하기 때문에 상당히 보수적 관점을 유지하고 있다. 이런 배경에서 ACI의 복부전단강도는 경사균열각 ${\theta}$를 $45^{\circ}$로 하는 트러스모델을 사용하여 스터럽의 수직력과 축력효과를 반영하고 있다. 본 연구는 파괴역학을 근간으로 한 비선형 유한요소해석 프로그램 ATENA-2D (Cervenka, 2000)를 사용하여 철근콘크리트 보의 축력작용에 따른 검증을 수행한 것이다.