• Steel and Composite Structures
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• 제38권5호
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• pp.563-582
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• 2021

The present study experimentally and analytically investigated the push-out behaviour of H-shaped steel section embedded in ultrahigh-performance fibre-reinforced concrete (UHPFRC). The effect of significant parameters such as the concrete types, fibre content, embedded steel length, transverse reinforcement ratio and concrete cover on the bond stress, development of bond stress along the embedded length and failure mechanism has been reported. The test results show that the bond slip behaviour of steel-UHPFRC is different from the bond slip behaviour of steel-normal concrete and steel-high strength concrete. The bond-slip curves of steel-normal concrete and steel-high strength concrete exhibit brittle behaviour, and the bond strength decreases rapidly after reaching the peak load, with a residual bond strength of approximately one-half of the peak bond strength. The bond-slip curves of steel-UHPFRC show an obvious ductility, which exhibits a unique displacement pseudoplastic effect. The residual bond strength can still reach from 80% to 90% of the peak bond strength. Compared to steel-normal concrete, the transverse confinement of stirrups has a limited effect on the bond strength in the steel-UHPFRC substrate, but a higher stirrup ratio can improve cracking resistance. The experimental campaign quantifies the local bond stress development and finds that the strain distribution in steel follows an exponential rule along the steel embedded length. Based on the theory of mean bond and local bond stress, the present study proposes empirical approaches to predict the ultimate and residual bond resistance with satisfactory precision. The research findings serve to explain the interface bond mechanism between UHPFRC and steel, which is significant for the design of steel-UHPFRC composite structures and verify the feasibility of eliminating longitudinal rebars and stirrups by using UHPFRC in composite columns.

• Computers and Concrete
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• 제31권6호
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• pp.513-525
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• 2023

This research presents the experimental and theoretical evaluations on circular steel-fiber-reinforced-concrete (SFRC) columns reinforced by glass-fiber-reinforced-polymer (GFRP) rebar under the axial compressive loading. Test programs were designed to investigate and compare the effect of different parameters on the structural behavior of columns by performing tests. Theses variables included conventional concrete (CC), fiber concrete (FC), steel/GFRP longitudinal rebars, and transversal rebars configurations. A total of 16 specimens were constructed and categorized into four groups in terms of different rebar-concrete configurations, including GFRP-rebar-reinforced-CC columns (GRCC), GFRP-rebar-reinforced-FC columns (GRFC), steel-rebar-reinforced-CC columns (SRCC) and steel-rebar- reinforced-FC columns (SRFC). Experimental observations displayed that failure modes and cracking patterns of four groups of columns were similar, especially in pre-peak branches of load-deflection curves. Although the average ultimate axial load of columns with longitudinal GFRP rebars was obtained by 17.9% less than the average ultimate axial load of columns with longitudinal steel rebars, the average axial ductility index (DI) of them was gained by 10.2% higher than their counterpart columns. Adding steel fibers (SFs) into concrete led to the increases of 7.7% and 6.7% of the axial peak load and the DI of columns than their counterpart columns with CC. The volumetric ratio had greater efficiency on peak loads and DIs of columns than the type of transversal reinforcement. A simple analytical equation was proposed to predict the axial compressive capacity of columns by considering the axial involvement of longitudinal GFRP rebars, volumetric ratio, and steel spiral/hoop rebar. There was a good correlation between test results and predictions of the proposed equation.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제12권2호
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• pp.171-180
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• 2008

본 논문의 목적은 채널형 단부정착장치를 사용하여 CFRP판으로 보강한 철근콘크리트 보의 구조적 거동을 평가하는 것이다. 총 12개의 시험체를 제작하였으며, 이 중에는 보강판의 효율성을 높이기 위해 채널형 단부정착장치를 사용한 시험체와 사용하지 않은 시험체가 있다. 모든 시험체의 단면 크기는 동일하며, 주철근량과 콘크리트의 강도를 변화시켰다. 하중재하는 모든 시험체에서 4점 휨시험으로 진행되었으며, 각 재료의 변형률, 균열, 하중, 및 파괴모드가 시험 중에 측정되었다. 모든 시험체의 시험결과는 변형, 강도, 그리고 파괴모드 측면으로 분석되었다. 실험결과에 대한 분석를 통해서 채널형 단부정착장치를 사용한 RC보는 그 파괴모드가 급작스런 부착파괴에서 변형이나 강도적 측면에서 구조적 성능이 매우 향상된 연성적 파괴모드로 전환되는 것을 확인할 수 있었다.

• 수산해양기술연구
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• 제25권2호
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• pp.87-104
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• 1989

Recently, with the tendency of more lightening, high-strength and high-speed in the marine industries such as marine structures, ships and chemical plants, the use of the aluminium Alloy is rapidly enlarge and there occurs much interest in the study of corrosion fatigue crack characteristics. In this paper, the initiation of surface crack and the propagation characteristics on the base metal and weld zone of 5086-H116 Aluminium Alloy Plate which is one of the Al-Mg serious alloy(A5000serious) used most when building the special vessels, were investigated by the plane bending corrosion fatigue under the environments of marine, air and applying cathodic protection. The effects of various specific resistances on the initiation, propagation behavior of corrosion fatigue crack and corrosion fatigue life in the base metal and heat affected zone were examined and its corrosion sensitivity was quantitatively obtained. The effects of corrosion on the crack depth in relation to the uniform surface crack length were also investigated. Also, the structural, mechanical and electro-chemical characteristics of the metal at the weld zone were inspected to verify the reasons of crack propagation behavior in the corrosion fatigue fracture. In addition, the effect of cathodic protection in the fracture surface of weld zone was examined fractographically by Scanning Electron Microscope(S.E.M.). The main results obtained are as follows; (1) The initial corrosion fatigue crack sensitibity under specific resistance of 25Ω.cm% show 2.22 in the base metal and 19.6 in the HEZ, and the sensitivity decreases as specific resistance increases (2) By removing reinforcement of weldment, the initiation and propagation of corrosion crack in the HAZ are delayed, and corrosion fatigue life increases. (3) As specific resistance decreases, the sensitivity difference of corrosion fatigue life in the base metal and HAZ is more susceptible than that of intial corrosion fatigue crack. (4) Experimental constant, m(Paris' rule) in the marine environment is in the range of about 3.69 to 4.26, and as specific resistance increases, thje magnitude of experimental constant, also increases and the effect by corrosion decreases. (5) Comparing surface crack length with crack depth, the crack depth toward the thickness of specimen in air is more deeply propagated than that in corrosion environment. (6) The propagation particulars of corrosion fatigue crack for HAZ under initial stress intensity factor range of $\Delta$k sub(li) =27.2kgf.mm super(-3/2) and stress ratio of R=0 shows the retardative phenomenon of crack propagation by the plastic deformation at crack tip. (7) Number of stress cycles to corrosion fatigue crack initiation of the base metal and the welding heat affected zone are delayed by the cathodic protection under the natural sea water. The cathodic protection effect for corrosion fatigue crack initiation is eminent when the protection potential is -1100 mV(SCE). (8) When the protection potential E=-1100 mV(SCE), the corrosion fatigue crack propagation of welding heat affected zone is more rapid than that of the case without protection, because of the microfissure caused by welding heat cycle.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권6호
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• pp.763-771
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• 2009

최근 장경간에 대한 요구가 증가됨에 따라 수평부재는 극한강도 뿐만 아니라 과도한 처짐이 중요한 문제로 인식되고 있다. 따라서 건축물의 경우에 처짐을 해결할 수 있는 좋은 대안으로서 비부착긴장재를 사용한 포스트텐션 구조의 적용이 늘어가고 있다. 그러나 대부분의 기존 연구들은 비부착긴장재를 사용한 프리스트레스트 휨부재의 극한강도에 국한되고 있기 때문에 처짐과 같은 사용성 검토에는 적용이 불가능 하거나 매우 어려운 실정이다. 따라서 이 연구는 비부착긴장재를 사용한 포스트텐션 부재의 균열 전 초기 거동, 균열 후 및 사용하중 상태에서의 거동 및 극한강도까지 적용이 가능한 긴장재의 응력거동 예측모델을 제안하고, 기존 실험결과와의 비교를 통하여 제안 모델의 적용성 및 정확도를 검증하고자 하였다. 다양한 부재 특성을 가진 실험 결과와의 비교를 통하여 제안된 응력거동 예측모델은 보강지수 및 하중형상에 관계없이 하중단계별 긴장재의 응력 및 강도를 매우 정확하게 예측함을 확인할 수 있었다. 특히, 제안된 모델은 다양한 재하형태의 영향을 잘 반영하였으며, 휨 부재를 보강할 때 쉽게 발생할 수 있는 과보강 부재에 대해서도 무리없이 적용 할 수 있을 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.177-185
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• 2016

이 논문에서는 강섬유 보강 초고성능 콘크리트(UHPC)의 부재의 휨거동을 특성을 파악하고자 하였다. 하이브리드 강섬유보강 초고성능 콘크리트의 압축강도는 150 MPa이다. 부피비 1.5%의 하이브리드 강섬유 보강 초고성능 콘크리트의 휨거동 특성 실험을 수행하였다. 강섬유보강 콘크리트의 압축 및 인장거동 재료 특성은 구조거동 예측을 위해 매우 중요하다. 강섬유 보강 초고성능 콘크리트의 하중-균열개구변위 측정결과를 이용하여 인장거동 특성을 파악하였다. 실험결과는 하이브리드 강섬유 보강 UHPC는 균열제어에 유리한 것을 나타낸다. 또한, 강섬유 보강 UHPC 보의 연성지수는 1.6~3.0을 나타내어 연성거동에 효과적임을 나타낸다. 모멘트-곡률 관계 측정결과와 해석결과를 비교하였다. 휨철근을 배근하지 않은 UHPC 보에 대한 휨강도 예측결과는 측정 휨강도를 다소 과다평가하고 있다. 전반적으로 본 연구에서 제시한 강섬유 보강 초고성능 콘크리트 재료 및 휨 거동 모델링 제안기법에 의해 압축강도 150 MPa 급의 강섬유 보강 콘크리트 보의 합리적인 휨성능 예측이 가능하다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제16권2호
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• pp.249-260
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• 2004

철근콘크리트 교각의 소성힌지 구간에서의 축방향철근의 겹침이음은 내진성능면에서 바람직하지 않으나, 축방향철근의 겹침이음을 피하는 철근상세가 현실적으로 어려운 실정이며 현행 도로교설계기준에는 축방향철근 겹침이음 금지에 관한 특별한 설계기준이 없는 상태이다. 본 연구는 반복하중을 받는 철근콘크리트 원형교각의 축방향철근 연결상세에 따른 내진성능을 평가하기 위해 축방향철근 연결상세에 따른 7개 그룹 총 21개의 원형나선철근 기둥 시험체에 대한 준정적실험을 수행하였다. 실험결과 축방향철근이 겹침이음 되어있는 시험체의 경우, 단일 축방향철근으로 구성된 시험체보다 낮은 내진성능을 나타내었으며 특히, 모든 축방향철근이 겹침이음 되어있는 경우 내진성능이 상당히 저하되었다. 그러나, 축방향철근을 기계적 연결장치로 연결한 시험체의 경우 단일축방향철근 상세를 가지는 시험체와 유사한 내진성능을 나타내었다. 본 연구의 최종목적은 철근콘크리트 교각의 시공성 향상을 위한 축방향철근 연결상세의 제시 및 한정연성 내진설계를 위한 실험적 기초자료의 제공과 함께 성능단계별 축방향철근 연결상세에 따른 성능 및 손상평가를 위한 정량적 수치와 경향을 제공하기 위한 것이며, 극한변위, 극한드리프트비율, 변위연성도, 응답수정계수, 등가점성감쇠비, 잔류변형지수, 유효강성 등의 주요 내진성능평가 변수들에 대한 분석결과를 나타내었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제20권3호
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• pp.93-102
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• 2016

이 논문의 목적은 압축강도 130 MPa급의 고강도 강섬유 보강 콘크리트 보의 휨거동 특성을 파악하는데 있다. 부피비 1.0%의 강섬유와 철근비 0.02 이하의 철근으로 보강된 고강도 강섬유 보강 콘크리트의 휨거동 특성 실험결과를 제시하였다. 일반강도철근과 고강도철근을 실험 부재에 사용하였다. 강섬유 보강 콘크리트의 압축 및 인장거동 재료 실험과 모델링을 수행하였다. 강섬유 보강 콘크리트의 하중-균열개구변위 실험결과를 반영하여 가상균열모델에 근거한 역해석을 통해 인장거동모델링을 제시하였다. 실험결과는 강섬유 보강 콘크리트와 고강도철근의 사용은 균열제어 및 연성 거동에 유리한 것을 나타낸다. 일반강도철근을 사용한 보의 휨강도 실험값에 대한 수치해석에 의한 예측값의 비는 0.81~1.42를 나타내고, 고강도철근을 사용한 보의 휨강도 실험값에 대한 수치해석에 의한 예측값의 비는 0.92~1.07을 나타낸다. 수치해석에 의한 휨강도는 실험결과를 합리적으로 예측하고 있는 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제17권6호
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• pp.955-962
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• 2005

철근콘크리트 깊은 보(deep beam)는 균열 후의 구조 및 재료적 비선형성으로 인하여 아직까지 명확한 이론적인 해석 방법과 설계 방법이 정립되어 있지 않은 상태이다. 현재 내하력 평가는 주로 교량 상부 구조물에 대하여 수행되어 왔고, 그 평가 방법에 대한 적용성과 결과에 많은 불합리성을 포함하고 있다. 이 연구에서는 철근콘크리트 릴은 보의 복잡한 전단거동 특성 및 전단강도를 해석적으로 평가하고, 이를 신뢰성 이론을 바탕으로 적절하고 합리적인 내하력 평가를 수행할 수 있는 방안을 제공하는데 그 목적이 있다. 정확하고 올바른 평가를 하기 위하여 비선형유한요소해석 프로그램 RCAHEST를 사용하였다. 재료적 비선형성에 대해서는 균열콘크리트에 대한 인장, 압축, 전단모델과 콘크리트 속에 있는 철근모델을 조합하여 고려하였다. 이에 대한 콘크리트의 균열 모델로서는 분산균열모델을 사용하였다. 이 연구에서 제안한 해석 기법과 재료적 비선형성을 고려한 해석모델을 신뢰성 있는 연구자의 실험 결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다. 이러한 결과를 바탕으로, Euro Code기준으로부터 철근콘크리트 깊은 보의 파괴에 대한 목표신뢰도지수를 설정하였다. 신뢰성 해석을 통하여 파괴에 대한 목표신뢰도 지수를 만족하도록 하는 감소계수를 산정하였다. 이 연구에서 제안된 철근콘크리트 깊은 보의 내하력 평가 방안을 콘크리트 구조설계기준에 의한 평가 결과와의 비교 및 분석을 통하여 타당성을 검증하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제17권6호
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• pp.993-1000
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• 2005

최근 다양한 FRP를 사용한 철근콘크리트 보의 성능향상은 많이 수행되고 있으며, 특히 CFRP plate 형태로 철근콘크리트 보를 성능향상할 경우 보강재의 성능을 충분히 발휘하지 못하고 조기파괴(rip-on)가 발생되는 경우가 발생하게 된다. 이러한 파괴메커니즘을 규명하기 위하여 많은 실험적$\cdot$이론적 연구자 진행되고 있으나 명확하게 규명되어 있지는 않다. 문헌이나 실험적으로 rip-off 파괴는 주철근위치에서의 수직응력과 전단응력에 기인하여 발생하게 된다. 본 연구에서는 주철근위치에서의 응력모델을 제안하였으며, 제안된 해석모델은 비교적 간단하고, 주철근 위치에서의 수직응력과 전단응력을 기초로 하고 있다. 제안된 모델을 실험결과와 비교한 결과, 제안된 해석모델을 통한 CFRP로 성능향상된 철근콘크리트 파괴하중은 실험 결과와 거의 유사하였다. 따라서 이러한 결과는 CFRP로 보강된 철근콘크리트보의 rip-off 파괴를 제어할 수 있는 보강기법의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단한다.