• Earthquakes and Structures
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• 제24권2호
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• pp.97-109
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• 2023

This experimental study investigates the effectiveness of applying carbon fiber reinforced polymer (CFRP) jackets for the retrofit of short reinforced concrete (RC) columns with inadequate transverse reinforcement and stirrup spacing to longitudinal rebar diameter equal to 12. RC columns scaled at 1/3, with round and square section, were subjected to axial compression up to failure. A damage scale is introduced for the assessment of the damage severity, which focusses on the extent of buckling of the longitudinal rebars. The damaged specimens were subsequently repaired with unidirectional CFRP jackets without any treatment of the buckled reinforcing bars and were finally re-tested to failure. Test results indicate that CFRP jackets may be effectively applied to rehabilitate RC columns (a) with inadequate transverse reinforcement constructed according to older practices so as to meet modern code requirements, and (b) with moderately buckled bars without the need of previously repairing the reinforcement bars, an application technique which may considerably facilitate the retrofit of earthquake damaged RC columns. Factors for the estimation of the reduced mechanical properties of the repaired specimens compared to the respective values for intact CFRP-jacketed specimens, in relation to the level of damage prior to retrofit, are proposed both for the compressive strength and the average modulus of elasticity. It was determined that the compressive strength of the retrofitted CFRP-jacketed columns is reduced by 90% to 65%, while the average modulus of elasticity is lower by 60% to 25% in respect to similar undamaged columns jacketed with the same layers of CFRP.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권1호
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• pp.47-55
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• 2014

최근 빈번하게 발생하는 대규모의 지진으로 구조물의 내진보강에 관심이 높아지고 있다. 내진설계가 반영되지 않은 기둥의 취성파괴는 구조물 전체 붕괴를 유발하기 때문에 내진보강이 필수적이다. 기존에는 단면증설법, 강판보강법, 섬유보강법이 내진보강법으로 주로 이용되었다. 하지만 이 보강법들은 구조물의 물리적 손상과 넓은 작업공간, 오랜 시간이 소요되는 단점이 있다. 이에 이 연구에서는 기존에 개발된 FRP 보강재의 보강 성능을 평가하였다. 대상 시험체는 학교건물을 실험실 여건에 맞춰 80% 축소하여 제작하였다. 보강재의 재료를 유리섬유와 알루미늄 다공판을 사용하여 보강재를 제작하였다. 평가 결과 두 종류의 보강재를 사용한 모두에서 시험체의 내진성능이 증가하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.491-497
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• 2007

본 연구에서는, FRP 피복 보강에 의한 철근콘크리트 구조물의 변위-기반 내진성능설계 기법을 제시하였다. FRP 피복 콘크리트 부재에 대한 비선형 휨 해석을 위한 정밀 예측을 위하여 콘크리트 및 FRP 복합재료의 다축 구성관계를 고려한 해석 모델을 제시하였다. FRP 피복 보강에 의한 내진성능설계를 위하여 기존 철근콘크리트 구조물에 적용하던 변위계수법에 의한 방법을 개선하여 성능 개선 부재의 FRP 보강 두께 결정을 위한 알고리즘을 제시하였다. 대상부재의 성능 개선 설계 적용을 통하여, 본 연구에서 제시된 방법은 성능 개선 설계에 적용하는데 쉽고 용이할 뿐만 아니라 성능 개선된 부재에 대한 비선형 지진 성능 거동을 추정하는데도 실용적인 것으로 평가된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제27권6호
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• pp.625-632
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• 2015

본 연구에서는 내진설계 이전에 지어진 학교 건물을 대상으로 내진보강효과를 알아보기 위하여 CBD 시스템을 설치하여 기존 비내진 설계된 보강 RC골조 실험결과와 비교 분석하였다. 실험결과, 비내진 설계된 실험체는 좌 우측 기둥의 상 하부에 피해가 집중되면서 급격한 강도저하와 함께 취성적인 전단파괴의 양상을 나타낸 반면, CBD 시스템을 보강한 실험체는 강도 및 강성의 증가와 함께 탄소성 거동을 보이면서 에너지 흡수 능력이 큰 타원형의 이력특성을 나타내었다. 또한, 두 실험체의 강성저하를 비교한 결과 CBD 시스템을 보강한 실험체가 강성저하를 방지하는데도 효과적임을 알 수 있었다. 에너지소산능력도 CBD 시스템을 보강한 실험체가 비보강 실험체에 비해 약 4.0배의 향상된 결과를 나타내었다. 이러한 에너지소산능력의 증진은 내력과 변형 능력의 증진에 따른 결과라고 사료된다. 본 연구에서 제안하는 CBD 시스템을 적용할 경우 비내진 상세를 갖는 철근콘크리트 골조의 내력 증진 및 안전성 확보를 위해 국내 내진기준에서 요구하는 허용층간변형각 기준을 만족하도록 보강하는데 용이하게 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Steel and Composite Structures
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• 제43권4호
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• pp.447-456
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• 2022

Recent experimental studies showed that deep steel I-shaped profiles classified as high ductility class sections in seismic design international codes exhibit low deformation capacity when subjected to cyclic loading. This paper presents an innovative retrofit solution to increase the rotation capacity of beams using bonded carbon fiber reinforced polymers (CFRP) patches validated with advanced finite element analysis. This investigation focuses on the flexural cyclic behaviour of I-shaped hot rolled steel deep section used as beams in moment-resisting frames (MRF) retrofitted with CFRP patches on the web. The main goal of this CFRP reinforcement is to increase the rotation capacity of the member without increasing the overstrength in order to avoid compromising the strong column-weak beam condition in MRF. A finite element model that simulates the cyclic plasticity behavior of the steel and the damage in the adhesive layer is developed. The damage is modelled using the cohesive zone modelling (CZM) technique that is able to capture the crack initiation and propagation. Details on the modelling techniques including the mesh sensitivity near the fracture zone are presented. The effectiveness of the retrofit solution depends strongly on the selection of the appropriate adhesive. Different adhesive types are investigated where the CZM parameters are calibrated from high fidelity fracture mechanics tests that are thoroughly validated in the literature. This includes a rigid adhesive commonly found in the construction industry and two tough adhesives used in the automotive industry. The results revealed that the CFRP patch can increase the rotation capacity of a steel member considerably when using tough adhesives.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제17권6호
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• pp.21-30
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• 2013

최근 발생한 대규모 지진으로 구조물의 내진보강에 대한 사회적 관심도가 높아지고 있다. 특히 내진설계가 반영되지 않은 기둥의 경우 지진에 의한 횡하중을 저항하지 못하고, 취성적인 파괴가 유발되어 구조물 전체적 붕괴를 유발할 수 있다. 따라서 빠른 시간내에 보강이 가능하면서 기둥에 손상을 주지 않는 기존의 보강법과 구별되는 응급 보강법이 필요하다. 과거에는 기둥 보강법으로 단면 증설법과 강판보강법 등이 개발되어 현장에 적용되었지만, 최근에는 FRP (Fiber Reinforced Polymer)의 장점을 활용한 탄소섬유시트공법이 많이 사용되고 있다. 본 연구에서는 긴급시공이 가능한 체결식 FRP 내진보강재를 사용한 구조물의 내진성능보강효과를 검토하고자 하였다. 검토를 위하여 실제 구조물의 축소모델의 철근콘크리트 시험체를 제작하고 횡방향 변위하중을 가력하였다. FRP 내진보강재를 이용한 내진보강시공 후 실내시험을 통하여 내진성능을 평가하였다. 그 결과 개발된 보강재의 철근콘크리트 구조물에 보강 시, 내진성능이 향상됨을 확인하였다.