• Structural Engineering and Mechanics
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• 제32권5호
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• pp.649-665
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• 2009

This paper reports part of a comprehensive research study conducted at the University of Queensland on the ability of CFRP web-bonded systems in strengthening an exterior beam-column joint subjected to monotonic loads. One 1/2.2 scaled plain and four CFRP repaired/retrofitted joints subjected to monotonic loads were analysed using the nonlinear finite-element program ANSYS and the results were calibrated against experiments. The ANSYS model was employed in order to account for tension stiffening in concrete after cracking and a modified version of the Hognestad's model was used to model the concrete compressive strength. The stress-strain properties of main steel bars were modelled using multilinear isotropic hardening model and the FRPs were modelled as anisotropic materials. A perfect bond was assumed as nodes were shared between adjacent elements irrespective of their type. Good agreement between the numerical predictions and the experimental observation of the failure mechanisms for all specimens were observed. Closeness of these results proved that the numerical analysis can be used by design engineers for the analysis of web-bonded FRP strengthened beam-column joints with confidence.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제51권6호
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• pp.526-541
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• 2023

Wooden structures are widely used, particularly in earthquake zones, owing to their light weight, ease of application, and resistance to the external environment. In this study, we aimed to improve the mechanical properties of laminated timber beams using novel hybrid systems [carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) and wire rope]. Within the scope of this study, it is expected that using wood, which is an environmentally friendly and sustainable building element, will be more economical and safe than the reinforced concrete and steel elements currently used to pass through wide openings. The structural behavior of the hybrid-reinforced laminated timber beams was determined under the loading system. The experimental findings showed that the highest increase in the values of laminated beams reinforced with steel ropes was obtained with the 2N reinforcement, with a maximum load of 38 kN and a displacement of 137 mm. Thus, a load increase of 168% and displacement increase of 275% compared with the reference sample were obtained. Compared with the reference sample, a load increase of 92% and a displacement increase of 14% were obtained. Carbon fabrics placed between the layers with fiber-reinforced polymer (FRP) prevented crack development and provided significant interlayer connections. Consequently, the fabrics placed between the laminated wooden beams with the innovative reinforcement system will not disrupt the aesthetics or reduce the effect of earthquake forces, and significant reductions can be achieved in these sections.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제26권2호
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• pp.127-150
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• 2007

The objective of this paper is to develop a finite element procedure for predicting the compressive strength and ultimate axial strain of Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) confined circular concrete columns and to study the effective parameters of confinement efficiency for helping design of CFRP retrofit technology. The behavior of concrete confined with CFRP is studied using the nonlinear finite element method. In this paper, effects of column size, CFRP volumetric ratio and plain concrete strength are studied. The confined concrete nonlinear constitutive relation, concrete failure criterion and stiffness reduction methodology after concrete cracking or crushing are adopted. First, the finite element model is verified by comparing the numerical solutions of confined concrete with experimental results. Then the effects of column size, CFRP volumetric ratio and plain concrete strength on the peak strength and ductility of the confined concrete are considered. The results of parametric study indicate that the normalized column axial strength increases with increasing CFRP volumetric ratio, but without size effect for columns with the same CFRP volumetric ratio. As the same, the increase in column ductility depends on CFRP volumetric ratio but without size effect for columns with the same CFRP volumetric ratio.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제30권4호
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• pp.403-426
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• 2008

Externally bonding fiber reinforced polymer (FRP) sheets with an epoxy resin is an effective technique for strengthening and repairing reinforced concrete (RC) beams under flexural loads. Their resistance to electro-chemical corrosion, high strength-to-weight ratio, larger creep strain, fatigue resistance, and nonmagnetic and nonmetallic properties make carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites a viable alternative to bonding of steel plates in repair and rehabilitation of RC structures. The objective of this investigation is to study the effectiveness of CFRP sheets on ductility and flexural strength of reinforced high strength concrete (HSC) beams. This objective is achieved by conducting the following tasks: (1) flexural four-point testing of reinforced HSC beams strengthened with different amounts of cross-ply of CFRP sheets with different amount of tensile reinforcement up to failure; (2) calculating the effect of different layouts of CFRP sheets on the flexural strength; (3) Evaluating the failure modes; (4) developing an analytical procedure based on compatibility of deformations and equilibrium of forces to calculate the flexural strength of reinforced HSC beams strengthened with CFRP composites; and (5) comparing the analytical calculations with experimental results.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2001년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.509-514
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• 2001

The Fibre-optic Bragg grating (FBG) sensor is broadly accepted as a structural health monitoring device for Fibre reinforced plastic (FRP) materials by either embedding into or bonding onto the structures. The accuracy of the strain measured by using the FBG sensor is highly dependent on the bonding characteristics among the bare optical fibre, protective coating, adhesive layer and host material. In general, the signal extracted from the embedded FBG sensor should reflect the straining condition of the host structure. This paper presents a theoretical model to evaluate the differential strains between the bare fibre and host material with different adhesive thickness and modulus of the protective coating of the embedded FBG sensor.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.325-328
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• 2008

FRP 보강근을 이용한 콘크리트 부재는 균열이 발생하면 강성이 상대적으로 작아지고 이와 같은 부재의 낮은 강성은 사용하중 상태에서 허용처짐량이나 균열폭 등과 같은 사용성이 부재의 설계를 결정하게 되는 주요 요인으로 작용하게 된다$^{1)}$. 미국, 캐나다, 일본 등의 선진국에서는 FRP 보강근을 사용한 콘크리트 부재의 연구가 활발히 진행되어 사용성에 대한 설계기준(안)이나 지침서를 제안하고 있으나 국내에서는 아직까지 이에 대한 연구가 미비하다. 따라서 본 연구에서는 보강비를 달리한 총 4개의 콘크리트 보에 대하여 180일간 지속하중을 재하하였으며 이들 보의 순간처짐(sohrt-term deflection) 및 장기처짐(long-term deflection)의 발생을 관찰하였다. 뿐만아니라 현재 ACI에서 제안하는 장기처짐 값을 계산하여 그 결과를 실험값과 비교 분석하였다. 비록 제한된 수의 비교이지만 180일간 지속하중을 받은 콘크리트 보의 장기처짐은 재하시 순간처짐의 약 40${\sim}$70%까지 발생되었으며 ACI에서 제안한 장기처짐값은 실제 보에서 발생한 장기처짐값을 최대 46% 과대평가하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권1호
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• pp.199-207
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• 2018

이형철근과 FRP 보강근의 복합 이중근을 갖는 FRC 보의 휨성능을 평가하기 위하여 실험이 수행되었다. 인장근의 종류(CFRP 보강근, GFRP 보강근, 철근)과 PVA 섬유 혼입률(0.5%, 0%)을 주요변수로 한 7개의 실험체를 제작하였다. 유한요소해석을 통하여 FRC 보의 균열 및 휨거동을 예측하기 위한 해석적 방법이 제안되고 분석되었다. 복합 이중근을 가지는 실험체들에서 철근으로 이중근을 가지는 실험체가 철근과 FRP 보강근을 이단으로 배치한 실험체들에 비하여 26~34% 균열하중이 큰 것으로 나타났다. 최대 휨강도에서는 복합 이중근을 가지는 실험체들 중 CFRP 보강근을 최외측으로 한 실험체가 가장 큰 내력을 나타내었다. 해석과 실험을 통한 휨강도를 비교한 결과, 강도비는 평균 1.2, 표준편차 0.085, 최대 오차율은 22% 등으로 나타났다. 이러한 결과에서 본 연구의 유한요소해석방법이 복합 이중근을 가지는 보의 실제 거동을 효과적으로 표현할 수 있음을 알 수 있다.

• 한국철도학회논문집
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• 제12권5호
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• pp.641-648
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• 2009

최근 철도차량의 속도가 증가함에 따라 철도시설물에도 철근콘크리트 구조물이 많이 적용되고 있는 실정이다. 하지만 이러한 콘크리트 구조물은 공용년수의 증가에 따라 필연적으로 구조적인 보강이 요구된다. 강판보강법 및 섬유복합체(FRP)를 활용한 보강법 등이 가장 일반적으로 적용되는 실정이지만 각 공법마다 나름대로의 단점 역시 존재 한다. 최근 화재나 기타 환경적인 공격에 대하여 강한 내구성을 가진 재료의 개발이 요구되고 있으며 이에 따른 현무암으로부터 추출한 Basalt 섬유를 활용한 섬유보강재가 많은 관심을 받고 있다. 이에 본 연구에서는 Basalt 섬유쉬트를 보강재로 사용할 경우 중요한 특성인 콘크리트와의 부착특성에 관하여 연구를 수행하였다. 실험변수는 보강폭, 길이, 보강겹수를 포함한다. 실험결과, 파괴형태는 계면파괴, 섬유파단, 그리고 rip-off의 형태가 관측되었으며 보강길이보다는 보강폭이 보강강도에 더 많은 영향을 미치는 것으로 판단되었다. 또한 보강길이가 전부 유효하게 작용하지는 않았으며 이에 유효보강길이를 산정하고 이에 따른 부착강도를 산정하였다. 이를 다른 종류의 FRP재료를 활용한 경우에 유효 보강길이와 비교하여 Basalt 섬유쉬트의 부착특성을 분석하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권12호
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• pp.118-125
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• 2017

본 논문은 FRP Hybrid Bar의 최적 부착 성능 도출을 위한 실험 결과를 나타낸다. FRP Hybrid Bar는 이형 철근의 부식문제를 해결하기 위하여 이형 철근 외측에 유리섬유를 감싸 만들어졌다. 콘크리트와의 부착 성능 향상을 위해 매끈한 FRP Hybrid Bar 표면에 수지와 규사를 이용하여 코팅하였고 수지의 종류 및 점도, 그리고 규사의 크기를 실험 변수로 하여 FRP Hybrid Bar의 부착 성능을 실험적으로 평가하였다. FRP Hybrid Bar의 부착 성능 평가를 위해 한 변의 길이가 200 mm인 정육면체 콘크리트 블록에 FRP Hybrid Bar를 매립하였고, 인발 실험을 통하여 FRP Hybrid Bar와 콘크리트의 계면에서의 최대 하중과 슬립을 측정하였다. 실험 결과로부터, 각 실험 변수에 따른 최대 하중 및 부착 강도를 산정하였고 FRP Hybrid Bar의 부착 성능이 가장 우수한 수지 종류 및 점도, 그리고 규사 크기를 도출하였다. 에폭시 수지와 5호 규사를 사용한 실험체의 최대부착강도는 이형철근의 최대부착강도 대비 약 35% 정도 증가되었다.

• Steel and Composite Structures
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• 제52권4호
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• pp.451-460
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• 2024

Hollow reinforced concrete columns confined with GFRP tubes (GRCH) are composite members composed of the outer GFRP tube, the PVC or other plastic tube as the inner tube, and the reinforced concrete between two tubes. Because of their high ductility, light weight, corrosion resistance and convenient construction, many researchers pay attention to the composite members. However, there are few studies on GRCH members under eccentric compression compared with those under axial compression. Eight hollow columns were tested under eccentric compression, including one axial compression column and seven eccentric compression columns. The failure modes and force mechanisms of GRCH members were analyzed, considering the varying in hollow ratio, reinforcement ratio and eccentricity. The test results showed that configuring steel bars can greatly increase the bearing capacity and ductility of the members. Each component (GFRP tube, concrete, steel bar) had good deformation coordination and the strength of each material could be fully utilized. But for specimens with larger eccentricity ratio (e_r=0.4) and larger hollow ratio (χ=0.55), the restraining effect of GFRP tube on concrete was significantly decreased.