• 한국전산구조공학회논문집
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• 제16권1호
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• pp.43-52
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• 2003

본 논문은 콘크리트 균열방향의 회전 및 철근의 항복에 따른 2차원 R/C 구조물의 극한거동 덴 한계상태설계에 관한 연구를 다룬 것으로, 유한요소모델에 적용하여 비선형 해석 및 한계상태설계가 가능한 수치 해석 및 설계 알고리즘을 소개하였다. 철근의 설계를 위하여, 각 유한요소의 극한거동에 기초한 한계상태설계방정식이 유한요소 알고리즘에 도입되었다. 한편, 하중에 따른 콘크리트 균열방향의 회전 및 철근의 항복을 고려한 2차원 R/C 평면요소의 단순화된 실용적 비선형 응력-변형률 거동의 구성관계모델을 제시하여 비선형 유한요소해석 알고리즘을 구성하였다 제시된 해석 모델을 R/C 전단벽의 실험모델과 비교하여 검증하도록 하였으며, R/C 전단벽에 대한 설계 예를 통하여, 각각의 유한요소에서 얻어진 설계 철근비를 한계상태설계방정식으로부터 산정하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제74권1호
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• pp.1-18
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• 2020

For the large deformation of shear walls under vertical and horizontal loads, there are difficulties in obtaining accurate simulation results using the response analysis method, even with fine mesh elements. Furthermore, concrete material nonlinearity, stiffness degradation, concrete cracking and crushing, and steel bar damage may occur during the large deformation of reinforced concrete (RC) shear walls. Matrix operations that are involved in nonlinear analysis using the traditional finite-element method (FEM) may also result in flaws, and may thus lead to serious errors. To solve these problems, a planar four-node element was developed based on vector mechanics. Owing to particle-based formulation along the path element, the method does not require repeated constructions of a global stiffness matrix for the nonlinear behavior of the structure. The nonlinear concrete constitutive model and bilinear steel material model are integrated with the developed element, to ensure that large deformation and damage behavior can be addressed. For verification, simulation analyses were performed to obtain experimental results on an RC shear wall subjected to a monotonically increasing lateral load with a constant vertical load. To appropriately evaluate the parameters, investigations were conducted on the loading speed, meshing dimension, and the damping factor, because vector mechanics is based on the equation of motion. The static problem was then verified to obtain a stable solution by employing a balanced equation of motion. Using the parameters obtained, the simulated pushover response, including the bearing capacity, deformation ability, curvature development, and energy dissipation, were found to be in accordance with the experimental observation. This study demonstrated the potential of the developed planar element for simulating the entire process of large deformation and damage behavior in RC shear walls.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.94-101
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• 2023

본 연구에서는 철근콘크리트(RC) 및 강섬유보강콘크리트(SFRC) 외부 보-기둥 접합부에서 SD700인 확대머리철근의 정착성능을 실험적으로 평가하였다. 실험체는 총 10개로 제작되었으며 강섬유 보강 유무, 정착길이, 보의 유효춤, 스터럽 배근상세 등을 변수로 계획하였다. 실험결과, 실험체는 실험변수에 따라 측면파열파괴, 콘크리트 브레이크아웃파괴, 전단파괴 등이 나타났다. 정착길이를 변수로 한 RC 계열실험체에서 정착길이가 25~80% 증가함에 따라 정착강도는 26.5~42.2% 증가하여 정착길이에 비례하지 않음을 확인하였다. 보의 유효춤이 2배인 JD 계열 실험체는 콘크리트 브레이크아웃파괴가 나타나 기준 실험체에 비하여 31.5~62% 최대내력이 감소하였다. 확대머리철근 주위의 전단보강근 간격이 기준실험체에 비하여 1/2배인 S 계열 실험체는 8.4~ 9.7% 최대내력이 증가하였다. SFRC 실험체 콘크리트 압축강도가 RC 실험체 콘크리트 압축강도에 비하여 29.3% 작게 평가되었지만, 정착강도는 7.3~12.2% 더 크게 증가하였다. 이에 강섬유 보강에 따른 확대머리 철근의 정착성능이 크게 향상됨을 확인하였다. KDS 기준의 정착길이 92%, 110%로 배근된 실험체의 실험 최대내력이 이론내력에 비하여 92%, 99%인 결과를 고려하면 안전율을 더욱 크게 고려할 필요가 있는 것으로 판단된다. 또한 정착길이 대비 보의 유효춤을 고려한 설계식 제시가 요구된다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.313-316
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• 2008

철근 콘크리트 구조물의 철근 부식은 구조물의 성능 저하의 주요한 원인 중 하나이다. 철근 부식은 구조물의 수명을 단축시켜 막대한 유지 관리 비용을 요구하게 된다. 또한 이러한 철근의 부식은 주기적인 반복하중을 받는 교량이나 도로와 같은 구조물들의 구조적 성능저하를 가중시키는 요인이 되고 있다. 이러한 이유들로 인해 철근을 대체할 수 있는 FRP 보강근의 사용에 대한 관심이 증가하고 있다. 그러나 국내외적으로 FRP 보강근의 피로시험에 대한 연구는 전무한 실정이다. 이에 본 연구에서는 국내외로 상용화된 FRP(GFRP, CFRP) 보강근의 실제 구조물에 대한 적용가능성을 고찰하기위해 휨 보강시험체의 인장부 보강근으로 사용하여 정적 및 피로 성능을 검증하고자 한다. 본 연구에서 사용된 시험체는 ACI 440.1R-06으로 설계되었으며, CFRP 보강근으로 보강된 시험체(CR)와 GFRP 보강근으로 보강된 시험체(GR)는 과보강 단면으로 설계되었다. 정적 휨 실험을 수행한 결과, CR 시험체와 GR 시험체 모두 콘크리트 보의 상단 압축부가 파괴되는 것을 확인할 수 있었다. 피로 실험시 피로응력수준은 정적 휨 강도의 60%, 70%, 80%로 하여 실험을 수행하였다. 대부분의 시험체가 압축 파괴 양상을 보였지만 CR-60과 CR-70 시험체는 인장부 보강근의 파단으로 인한 파괴를 확인할 수 있었다. 피로 실험결과를 바탕으로 회귀분석을 통해 S-N 상관도를 적용하여 S-N 관계식을 얻을 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권5호
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• pp.111-117
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• 2019

확대머리 SD600 고강도 인장철근으로 단부 정착된 SFRC 깊은보의 전단성능을 평가하기 위해 전단 실험을 수행하였다. 실험 변수는 주인장 철근의 단부 정착방법(확대머리 철근, 일자형 철근), 단부 정착길이, 전단보강근 유무 등이다. 전단경간비는 1을 가지는 실험체에 대한 전단실험결과, 모든 실험체는 초기 휨 균열이 발생한 후 경사균열이 진행되면서 최종적으로 압축전단파괴되었다. 확대머리 철근으로 기계적 정착된 실험체들이 일자형 철근 정착에 비하여 5.6~22.4% 더 큰 전단강도를 나타내었다. 확대머리 철근으로 기계적 정착된 실험체들에 대하여 최대하중의 75%까지는 지압응력이 전체 정착응력의 0.9~17.2%에 도달하였으나, 최대하중 시점에서 지압응력이 전체 정착응력의 22.4%~46%에 도달하여 큰 응력 부담률을 나타내었다. 이를 통하여 확대머리 지압응력에 의한 정착응력 증가가 전단강도에 큰 영향을 미침을 알 수 있다. 실험 전단강도가 실용식에 의한 전단강도의 2.68~4.65 배로 평가되어, 실용식이 전단내력을 안전측으로 평가하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권2호
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• pp.51-59
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• 2019

철근의 대체보강재로서 섬유보강근에 대한 적용연구가 증가하고 있으며, 단기거동에 대한 많은 연구가 진행되어 왔다. 본 연구에서는 동결융해와 알칼리 환경하에서의 바살트와 유리섬유보강근의 미세구조와 인장거동 변화를 실험적으로 평가하였다. 100회까지의 동결융해에서 5% 내외의 강도와 탄성계수 저하가 발생하였다. 20일까지의 초기 미세구조변화의 경우 알칼리용액의 온도가 낮은 경우에는 손상이 거의 발생하지 않았으나, $60^{\circ}C$에서는 20일 경과시에도 수지 용해와 섬유 손상이 관찰되었으며, 수지계면의 섬유분리가 발견되었다. 알칼리 환경에서는 $20^{\circ}C$환경에서 100일까지는 10% 내외의 강도저하 현상이 발생하였으며, 500일 노출시 최대50%의 강도 저하가 발생하는 것으로 관찰되었다. $40^{\circ}C$와 $60^{\circ}C$ 환경에서는 50일과 100일에서 급격한 강도저하가 관찰되었으며, 바살트섬유보강근의 경우에는 알칼리에서 섬유부풀음에 의한 손상으로 강도저하가 더 크게 나타났다. 따라서 블레이디드된 섬유보강근의 장기성능을 향상시키기 위해서는 내알칼리성 확보를 위한 표면처리가 필요한 것으로 분석되었다.

• Steel and Composite Structures
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• 제26권4호
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• pp.513-531
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• 2018

In this article, static, buckling and free vibration analyses of a sinusoidal micro composite beam reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) with considering temperature-dependent material properties embedded in an elastic medium in the presence of magnetic field under transverse uniform load are presented. This system is used at micro or sub micro scales to enhance the stiffness of micro composite structures such as bar, beam, plate and shell. In the present work, the size dependent effects based on surface stress effect and modified strain gradient theory (MSGT) are considered. The generalized rule of mixture is employed to predict temperature-dependent mechanical and thermal properties of micro composite beam. Then, the governing equations of motions are derived using Hamilton's principle and energy method. Numerical results are presented to investigate the influences of material length scale parameters, elastic foundation, composite fiber angle, magnetic intensity, temperature changes and carbon nanotubes volume fraction on the bending, buckling and free vibration behaviors of micro composite beam. There is a good agreement between the obtained results by this research and the literature results. The obtained results of this study demonstrate that the magnetic intensity, temperature changes, and two parameters elastic foundations have important effects on micro composite stiffness, while the magnetic field has greater effects on the bending, buckling and free vibration responses of micro composite beams. Moreover, it is shown that the effects of surface layers are important, and observed that the changes of carbon nanotubes volume fraction, beam length-to-thickness ratio and material length scale parameter have noticeable effects on the maximum deflection, critical buckling load and natural frequencies of micro composite beams.

• 한국건축시공학회지
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• 제11권4호
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• pp.371-378
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• 2011

콘크리트는 다공질로서 수분이 접하게 되면 시간경과에 따라 흡수가 일어난다. 다양한 배합의 콘크리트에서 어느 정도 수분 흡수가 빨리 일어나는가는 흡수수분 확산계수 산출을 통하여 가능하며, 본 연구에서는 길이가 다른 시험체의 질량 경시변화를 통하여 깊이별 흡수 수분량을 산출하였다. 흡수 수분 확산계수는 시간과 깊이의 함수로 이뤄진 볼츠만 변수를 사용하여 실험값과의 회귀분석을 통하여 구하였으며, 그 정확도는 비선형 유한요소 과도해석을 통하여 검증하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제13권3호
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• pp.277-284
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• 2001

경화콘크리트는 골재와 시멘트 수화물에 의한 매트릭스 구조로 되어진 다공체이기 때문에 내부에 다양한 크기와 형태의 공극을 갖으며, 공기투과성을 갖게 된다. 이러한 투기성능은 탄산가스의 침투.확산에 따른 중성화속도와 산소와 물의 침투에 따른 철근의 부식속도를 결정하게 되어 철근콘크리트 구조물의 내구성과 밀접한 관련이 있는 것으로 보고되고 있다. 한편, 중성화속도 및 투기성능은 표면 마감재 및 콘크리트의 함수율에 의해 크게 영향을 받게 된다. 이에 본 연구는 물-시멘트비 및 마감재의 종류, 양생조건이 콘크리트의 중성화속도 및 투기성에 미치는 영향을 검토하고, 양생조건에 따른 함수상태가 투기성에 미치는 영향을 검토하였다. 본 실험결과 중성화속도 및 투기성은 물-시멘트비, 마감재의 유무 및 종류, 양생조건에 의해 크게 영향을 받으며, 콘크리트의 투기계수는 중성화속도계수와 밀접한 관련이 있는 것으로 나타나, 향후 중성화속도를 평가함에 있어서 투기계수를 요인으로 추정 가능할 것으로 사료된다.

• Steel and Composite Structures
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• 제45권2호
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• pp.293-303
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• 2022

In order to improve the seismic resilience of coupled wall structure, coupling beam with fuse has been developed to reduce the post-earthquake damage. However, the fuses often have a build-up I-shaped section and are relatively heavy to be replaced. Moreover, the fuse and the beam segments are usually connected by bolts and it is time-consuming to replace the damaged fuse. For reducing the repair time and cost, a novel quickly replaceable coupling beam with buckling-restrained energy dissipaters is developed. The fuse of the proposed coupling beam consists of two chord members and bar-typed energy dissipaters placed at the corners of the fuse. In this way, the weight of the energy dissipater can be greatly reduced. The energy dissipaters and the chords are connected with hinge and it is convenient to take down the damaged energy dissipater. The influence of ratio of the length of coupling beam to the length of fuse on the seismic performance of the structure is also studied. The seismic performance of the coupled wall system with the proposed coupling beam is compared with the system with reinforced concrete coupling beams. Results indicated that the weight and post-earthquake repair cost of the proposed fuse can be reduced compared with the typical I-shaped fuse. With the increase of the ratio of the beam length to the fuse length, the interstory drift of the structure is reduced while the residual fuse chord rotation is increased.