• 제목/요약/키워드: Steel-plate

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NRC 보-기둥 접합부의 구조적 거동 평가 (Structural Behavior Evaluation of NRC Beam-Column Connections)

  • 전지환;이상윤;김승훈
    • 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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    • 제26권1호
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    • pp.73-80
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    • 2022
  • 본 연구에서는 공장에서 L형강을 이용하여 선조립한 NRC 보와 NRC 기둥을 현장에서 볼트 조립하는 NRC 보-기둥접합부 상세를 개발하였다. 개발된 접합부 상세는 NRC-J형과 NRC-JD형이다. NRC-J형은 NRC 기둥 측면의 강재 플레이트와 NRC 보의 엔드플레이트의 측면과 하부면에 TS볼트로 인장접합하는 방식이다. NRC-JD형은 전단에 대해서 NRC 보와 NRC 기둥의 측면을 고력볼트접합하고, 휨에 대해서 접합부를 관통하는 철근연결재와 보의 보강재를 겹침이음하도록하는 강접합 방식이다. 접합부 내진성능평가를 위하여, 두 가지 NRC 보-기둥 접합부 상세를 가지는 NRC-J 실험체, NRC-JD 실험체와 RC 보-기둥 접합부 상세를 가지는 RC-J 실험체 등 3개의 실험체를 제작하였다. 반복횡하중가력 실험결과, 모든 실험체의 최종 파괴형상은 보-기둥 접합면에서 보의 휨파괴로 나타났다. 정가력에 의한 실험체 최대내력은 RC-J 실험체에 비하여 NRC-J 실험체와 NRC-JD 실험체가 각각 10.1%, 29.6% 크게 나타났다. 두가지 NRC 접합부 상세 모두 KDS 기준(KDS 41 3100)의 합성중간모멘트골조 모멘트접합부에서 요구되는 최소 총층간변위각 0.03 rad 이상의 연성능력을 확보는 것으로 평가되었다. 부재각 5.7%에서 NRC-J실험체, NRC-JD 실험체가 RC실험체에 비해 약 34.8%, 61.1% 큰 누적 에너지 소산능력을 보유하고 있었다. NRC 보-기둥 접합부의 실험내력이 KDS 기준식에 의한 이론내력에 비하여 30%~53% 큰 것으로 평가되어, 기준식이 보유성능을 안전측으로 평가하였다.

Combination loon archwire와 활주역학을 이용한 상악전치의 후방 견인시 나타나는 초기 응력 분포에 관한 광탄성학적 연구 (A photoelastic study on the initial stress distribution of the upper anterior teeth retraction using combination loop archwire and sliding mechanics)

  • 임강순;차경석;이진우
    • 대한치과교정학회지
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    • 제34권4호
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    • pp.303-312
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    • 2004
  • 전치의 후방 견인시 교정력은 치아의 저항중심에서 벗어난 브라켓을 통해 적용되기 때문에 바람직하지 못한 경사이동이 발생하게 되고 이를 방지하기 위한 여러 가지 방법 중 호선에 curve나 전치부 호선에 치근 설측 토그를 부여하는 방법이 많이 사용된다. 이에 본 연구는 combination loop archwire와 hook을 이용한 활주역 학을 이용하여 전치를 후방 견인 시, compensating curve를 0도, 15도, 30도 부여하고, 이 때 나타나는 효과를 광탄성법으로 비교 연구하기 위하여 치아와 치조골 모형을 광탄성 모형으로 대체시키고 와이어와 브라켓을 주어진 조건으로 위치시 킨 후 편광판을 이용하여 초기 응력 상태를 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. Combination loop archwire와 활주역학으로 전치를 후방 견인 시 compensating curve가 0도, 15도, 30도로 증가할수록 전치부 치근단 부위의 최대 무의차수가 감소하였다. 2. Combination loop archwire와 활주역 학으로 전치를 후방 견인 시 compensating curve가 0도, 15도, 30도로 증가할수록 견치와 소구치 부위의 최대 무의차수가 증가하였다. 3. Combination loop archwire로 전치를 견인할 때보다 동일한 힘을 사용하여 활주역 학으로 견인할 때 전치부 치근단 부위에서 다소 낮은 무의차수를 나타내었다. 이상의 결과에서 Combination loop archwire와 활주역학을 이용한 상악전치의 후방 견인시 견인방법에 큰 차이 없이 호선에 부여한 compensating curve는 전치의 설측 경사이동 양상을 어느 정도 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 또한 힘의 적용위치가 저항중심에 더욱 가까운 hook을 이용한 활주 역학이 전치의 설측경사 방지에 더 효과적일 것으로 판단된다.가 높게 나타나는 현상을 부분적으로 설명하여 주는 것으로 사료된다.용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 보인다.ing할 경우, arch perimeter의 증가량은 Curve of Spee의 최대 길이의 1/2보다 적게 나타났다.$(_{60}PBS)$는 전단결합강도(SBS)의 $34\%$ 수준이었으며, 인장결합강도(TBS)에 대해서는 $61\%$ 수준이었으며, Non-etched Foil-Mesh base에서 최저 Peel 결합 강도$(_{60}PBS)$는 전단결합강도(SBS)의 $34\%$ 수준이었으며, 인장결합강도(TBS)에 대해서는 $55\%$ 수준이었다. 4. 단위 면적 당 결합강도에 있어서 전단결합강도(SBS)와 인장결합강도(TBS) 및 $75^{\circ}\;와\;90^{\circ}$ peel 결합강도는 Micro-Loc base와 Chessboard base에서 차이 가 없었으며 Non-etched Foil-Mesh base에서 가장 작았고(p<0.05), $0^{\circ},\;15^{\circ},\;30^{\circ},\;60^{\circ}$ peel응력을 적용한 결과 Chessboard base에서 가장 큰 Peel결합강도를, Non-etched Foil-Mesh base에서 가장 작은 결합강도를 보였다(p<0.05).았다. 6. 주사전자현미경으로 본 표면은 모든 제품에서 생산과정 중에 보이는 압흔과 pitting이 관찰되는데, 진성기업의 Stainless Steel은 가늘고 긴 압흔이 있으며 비교적 매끄러운 표면을 보이고, Unitek사의 경우 압흔과 함께 pitting 이 관찰되며, Ormco Stainless Steel의 경우 불규칙한 pitting이 다수 존재했다

농약(農藥)이 토양미생물상(土壤微生物相)에 미치는 영향(影響) - 토양세균(土壤細菌)Flora의 구성변화(構成變化)에 대하여 - (Effects of Pesticides on Soil Microflora -Changes of the Composition of Soil Bacterial Flora-)

  • 양창술
    • 한국토양비료학회지
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    • 제18권2호
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    • pp.221-226
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    • 1985
  • 밭토양(土壤)에서 살충제(殺蟲劑) Hexachlorocyclohexane(HCH) 및 살균제(殺菌劑) Tetrachloroisophthalonitrile(TPN)의 연용(連用)이 토양세균(土壤細菌) flora의 구성(構成)을 어떻게 변화(變化)시키는가를 검토(檢討)하기 위하여 HCH 및 TPN을 년(年)1회(回) 2년간(年間) 연용(連用)한 각실험구(各實驗區) 그리고 대조구(對照區)로서 농약(農藥) 무처리구(無處理區)로부터 단리(單離)한 세균세포(細菌細胞)의 현미경적(顯微鏡的) 관찰(觀察)과 생리적(生理的) 시험(試驗)을 하였다. 그리고 이 형태적(形態的) 및 생리적(生理的) 결과(結果)에 기초(基礎)한 Cowan & Steel의 제(弟)1차(次) 감별기준(鑑別基準)에 따라 이들 단리균주(單離菌株)를 Grouping하여 다음과 같은 결과(結果)를 얻었다. 1. 희석평판법(稀釋平板法)에 의한 알부민 한천배지상(寒天培地上)에 형성(形成)된 micro-colony를 육즙한천배지(肉汁寒天培地)에 이식배양(移植培養)하여 순수분리(純粹分離)하는 과정(過程)에서 많은 세균(細菌)이 사멸(死滅)하였는데 대조구(對照區)에서 30%, HCH구(區)에서 44%, TPN구(區)에서 51%의 사멸률(死滅率)을 각각 보였다. 이는 이들 농약(農藥)의 연용(連用)에 의하여 사멸(死滅)하기 쉬운 즉(卽) 영양요구성(營養要求性)이 복잡(複雜)한 세균군(細菌群)이 토양(土壤)중에 집적(集績)되었음을 시사(示唆)한다. 2. 전단리균주(全單離菌株)에 대한 그람음성세균(陰性細菌)은 대조구(對照區)에서 37%, HCH구(區)에서 37%, TPN구(區)에서 75%를 각각 나타내어 TPN은 그람음성세균군(陰性細菌群)을 토양(土壤)중에 우점(優占)시켰다. 3. 각실험구(各實驗區)로부터 단리(單離)된 균주(菌株)에 대한 현미경적(顯微鏡的) 관찰(觀察)과 생리적(生理的) 시험결과(試驗結果)로부터 HCH와 TPN은 서로 다른 pattern으로 토양세균(土壤細菌) flora의 구성(構成)을 변화(變化)시켰다. 4. 전단리균주(全單離菌株)에 대한 포자형성세균(胞子形成細菌)은 대조구(對照區)에서 77%, HCH구(區)에서 40%, TPN구(區)에서 0%를 각각 나타내어 농약처리구(農藥處理區)에서 포여형성세균군(胞予形成細菌群)이 저하(低下)되었고, 특(特)히 TPN구(區)에서는 포자형성균(胞子形成菌)이 전(全)혀 분리(分離)되지 않았다. 5. HCH 혹은 TPN의 살포(撒布)에 의하여 Group I(Bacillus)에 유별(類別)되는 포자형성세균군(胞子形成細菌群)이 감소(減少)된 반면(反面)에 그람음성(陰性)의 포자비형성세균군(胞子非形成細菌群)이 증가(增加)되어, HCH 및 TPN은 토양세균(土壤細菌) flora의 구성(構成)을 현저(顯著)하게 변화(變化)시켰다.

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콘크리트 채움 U형 메가 합성보의 내진성능 평가 (Seismic Performance Evaluation of Concrete-filled U-shaped Mega Composite Beams)

  • 이철호;안재권;김대경;박지훈;이승환
    • 한국강구조학회 논문집
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    • 제29권2호
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    • pp.111-122
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    • 2017
  • 본 연구에서는 1900mm급의 춤이 깊은 콘크리트 채움 U형 메가 합성보의 합성보통모멘트골조에 대한 적용성을 검토하였다. 대형 합성보의 실물대 내진성능실험에 대한 현실적 제약으로 인하여 작은 규모의 실험체에 대해 수행된 기존 실험결과의 분석과 수치해석연구의 보완을 통해 연구를 수행하였다. 이러한 형태의 합성보는 부모멘트 작용시의 웨브국부좌굴이 가장 중요하므로 선행 실물대 실험결과로부터 웨브의 판폭두께비와 층간변형능력 사이의 관계를 분석하였다. 그 결과, 25mm 두께의 U형 강재단면을 지닌 1900mm급의 대형 합성보라 하더라도 층간변위각 2% 이후 웨브국부좌굴을 경험하고 3% 이후 최대변형에 도달하는 것으로 확인되었다. 이는 합성보통모멘트골조의 요구조건을 상회하는 것으로 AISC 기준에 따른 웨브 판폭두께비 제한이 본 연구의 U형 단면에는 보수적임을 시사하기도 한다. 유한요소해석을 통해서는 합성보의 휨성능 및 웨브국부좌굴에 대한 수평스티프너의 영향을 분석하였다. 대형 합성보는 스티프너 보강과 관련없이 부모멘트 방향으로 공칭소성모멘트 이상의 휨성능을 발휘하였으며, 스티프너를 보강할 경우에는 웨브국부좌굴이 상당히 지연되는 긍정적인 효과가 있었다. 이상의 실험결과 분석 및 해석연구에 의하면 1900mm급의 춤이 깊은 콘크리트 채움 U형 메가 합성보는 합성보통모멘트골조에 보수적으로 적용가능한 것으로 판단된다.

에폭시 수지 모르터의 특성에 관한 실험적 연구 (Experimental Studies on the Properties of Epoxy Resin Mortars)

  • 연규석;강신업
    • 한국농공학회지
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    • 제26권1호
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    • pp.52-72
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    • 1984
  • This study was performed to obtain the basic data which can be applied to the use of epoxy resin mortars. The data was based on the properties of epoxy resin mortars depending upon various mixing ratios to compare those of cement mortar. The resin which was used at this experiment was Epi-Bis type epoxy resin which is extensively being used as concrete structures. In the case of epoxy resin mortar, mixing ratios of resin to fine aggregate were 1: 2, 1: 4, 1: 6, 1: 8, 1:10, 1 :12 and 1:14, but the ratio of cement to fine aggregate in cement mortar was 1 : 2.5. The results obtained are summarized as follows; 1.When the mixing ratio was 1: 6, the highest density was 2.01 g/cm$^3$, being lower than 2.13 g/cm$^3$ of that of cement mortar. 2.According to the water absorption and water permeability test, the watertightness was shown very high at the mixing ratios of 1: 2, 1: 4 and 1: 6. But then the mixing ratio was less than 1 : 6, the watertightness considerably decreased. By this result, it was regarded that optimum mixing ratio of epoxy resin mortar for watertight structures should be richer mixing ratio than 1: 6. 3.The hardening shrinkage was large as the mixing ratio became leaner, but the values were remarkably small as compared with cement mortar. And the influence of dryness and moisture was exerted little at richer mixing ratio than 1: 6, but its effect was obvious at the lean mixing ratio, 1: 8, 1:10,1:12 and 1:14. It was confirmed that the optimum mixing ratio for concrete structures which would be influenced by the repeated dryness and moisture should be rich mixing ratio higher than 1: 6. 4.The compressive, bending and splitting tensile strenghs were observed very high, even the value at the mixing ratio of 1:14 was higher than that of cement mortar. It showed that epoxy resin mortar especially was to have high strength in bending and splitting tensile strength. Also, the initial strength within 24 hours gave rise to high value. Thus it was clear that epoxy resin was rapid hardening material. The multiple regression equations of strength were computed depending on a function of mixing ratios and curing times. 5.The elastic moduli derived from the compressive stress-strain curve were slightly smaller than the value of cement mortar, and the toughness of epoxy resin mortar was larger than that of cement mortar. 6.The impact resistance was strong compared with cement mortar at all mixing ratios. Especially, bending impact strength by the square pillar specimens was higher than the impact resistance of flat specimens or cylinderic specimens. 7.The Brinell hardness was relatively larger than that of cement mortar, but it gradually decreased with the decline of mixing ratio, and Brinell hardness at mixing ratio of 1 :14 was much the same as cement mortar. 8.The abrasion rate of epoxy resin mortar at all mixing ratio, when Losangeles abation testing machine revolved 500 times, was very low. Even mixing ratio of 1 :14 was no more than 31.41%, which was less than critical abrasion rate 40% of coarse aggregate for cement concrete. Consequently, the abrasion rate of epoxy resin mortar was superior to cement mortar, and the relation between abrasion rate and Brinell hardness was highly significant as exponential curve. 9.The highest bond strength of epoxy resin mortar was 12.9 kg/cm$^2$ at the mixing ratio of 1:2. The failure of bonded flat steel specimens occurred on the part of epoxy resin mortar at the mixing ratio of 1: 2 and 1: 4, and that of bonded cement concrete specimens was fond on the part of combained concrete at the mixing ratio of 1 : 2 ,1: 4 and 1: 6. It was confirmed that the optimum mixing ratio for bonding of steel plate, and of cement concrete should be rich mixing ratio above 1 : 4 and 1 : 6 respectively. 10.The variations of color tone by heating began to take place at about 60˚C, and the ultimate change occurred at 120˚C. The compressive, bending and splitting tensile strengths increased with rising temperature up to 80˚ C, but these rapidly decreased when temperature was above 800 C. Accordingly, it was evident that the resistance temperature of epoxy resin mortar was about 80˚C which was generally considered lower than that of the other concrete materials. But it is likely that there is no problem in epoxy resin mortar when used for unnecessary materials of high temperature resistance. The multiple regression equations of strength were computed depending on a function of mixing ratios and heating temperatures. 11.The susceptibility to chemical attack of cement mortar was easily affected by inorganic and organic acid. and that of epoxy resin mortar with mixing ratio of 1: 4 was of great resistance. On the other hand, when mixing ratio was lower than 1 : 8 epoxy resin mortar had very poor resistance, especially being poor resistant to organicacid. Therefore, for the structures requiring chemical resistance optimum mixing of epoxy resin mortar should be rich mixing ratio higher than 1: 4.

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과수재배용 온실의 구조유형과 설계요소 분석 (Analysis of Structural Types and Design Factors for Fruit Tree Greenhouses)

  • 남상운;고기혁
    • 생물환경조절학회지
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    • 제22권1호
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    • pp.27-33
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    • 2013
  • 본 연구는 과수재배 시설의 표준화 및 환경조절기술개발을 위한 기초자료로 제공하는 것을 목적으로 과수재배용 온실의 실태를 조사하여 구조유형과 설계요소를 분석하고, 기상재해에 대한 안전성과 구조 및 환경관리에 대한 개선방안을 검토하였다. 시설재배 면적이 가장 많은 5개 품목 중 주로 제주도에서 재배되고 있는 감귤과 현재 재배온실을 찾을 수 없는 단감을 제외한 포도, 배 및 복숭아재배 온실을 연구대상으로 하였다. 감귤과 포도재배 온실은 꾸준히 증가하고 있으나 저장시설의 발달로 배와 단감재배 온실은 감소하고 있는 추세이다. 앞으로는 비가림 효과가 크고 저장성이 떨어지는 품목을 중심으로 과수재배 온실의 변화가 예상된다. 조사대상 온실 중 배 재배 온실과 복숭아재배 대형 단동온실을 제외하고는 대체로 보급형 온실의 규격을 따르고 있으며, 재배작목별로 특성화된 온실은 없는 것으로 나타났다. 과수재배 온실의 대부분은 농촌진흥청과 농림수산식품부에서 고시한 농가보급형 모델이나 내재해형 모델의 부재규격을 따르고 있었다. 기초는 대부분 콘크리트 기초를 사용하고 있었으며, 배 재배 온실의 경우에는 내재해형 모델보다 두꺼운 단면의 기둥을 사용하고, 강판을 기둥의 하단에 용접하여 매설한 형태의 특수한 기초를 적용하고 있었다. 조사대상 온실의 구조적 안전성을 검토한 결과 대부분 안전하였으나 김천과 천안의 포도재배 온실, 남원과 천안의 복숭아재배 온실에서 적설에 불안전한 것으로 나타났고, 남원의 복숭아재배 온실은 풍속에 대한 안전성도 부족한 것으로 나타났다. 또한 채소재배 온실을 복숭아재배로 전용한 온실의 경우 적설과 풍하중 모두 상당히 불안정한 것으로 나타났다. 과수의 수형, 수고 및 재식간격을 고려하여 과수 재배 온실의 적정규격을 검토한 결과 포도재배 온실은 폭 7.0~8.0m, 측고 2.5~2.8m가 적당하고, 배와 복숭아재배 온실은 폭 6.0~7.0m, 측고 3.0~3.3m 정도가 적당한 것으로 판단된다.

淸州 및 報恩地方의 頭首工洪水災害에 關한 調査硏究(II) -災害原因 및 對策方案을 中心으로- (A Study on the Damages of Head Works by the Storm Flood in the Area of Cheong Ju and Boeun -Emphasis onFactors Influenced on the Disasters and their Countermeasures-)

  • 남성우;김철기
    • 한국농공학회지
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    • 제24권2호
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    • pp.49-55
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    • 1982
  • The purpose of this study is to classify the factors influenced on the damages of head works suffered from the storm flood occurred on July 22 1980 in both Musim and Bochong rivers and to find out an integral counter measures against the causes influenced on the disaster of head works in the engineering aspect of planning, design, construction and maintenance. In this survey, number of samples was taken 25 head Works, and the counter measures against the causes of their disasters summarized was as follows, 1. In the aspect of planning a. As the flood water level after the establishment of head works is more increased than the level before setting of head works owing to having more gentle slope of river bed between the head works than nature slope of river bed. Number of head works should be reduced for the appropriate annexation of them b. In the place where head works is established on the curved point of levee, the destruction of levee becomes severe by the strong deflective current. Therefore the setting of head works on the curved point should be kept off as long as possible and in case of unavoidable circumstances the construction method such as reinforced concrete wall or stone wall filed with concrete and anchored bank revetments should be considered. 2. In the aspect of design a. As scoring phenomena at up stream is serious around the weir Where the concentration of strong current is present in such a place, up stream apron having impermeability should be designed to resist and prevent scoring. b. As the length of apron and protected bed is too short to prevent scoring as down stream bed, the design length should be taken somewhat more than the calculated value, but in the case the calculated length becomes too long to be profitable, a device of water cushion should be considered. c. The structure of protected river bed should be improved to make stone mesh bags fixed to apron and to have vinyl mattress laid on river bed together with the improvement for increasing the stability of stone mesh bags and preventing the sucked sand from the river bed. d. As the shortage of cut-off length, especialy in case of the cutoffs conneting both shore sides of river makes the cause of destruction of embankment and weir body, the culculation of cut-off length should be taken enough length based on seepage length. 3. In the aspect of design and constructions a. The overturing destruction of weir by piping action was based on the jet water through cracks at the construction and expansion joints. therefore the expansion joint should be designed and constructed with the insertion of water proof plate and asphalt filling, and the construction joint, with concaved shape structure and steel reinforcement. b. As the wrong design and construction of the weep holes on apron will cause water piping and weir destruction, the design and construction of filter based on the rule of filter should be kept for weep holes. c. The wrong design and construction of bank revetment caused the severe destruction of levee and weir body resulting from scoring and impulse by strong current and formation of water route behind the revetment. Therefore bank revetment should be designod and constructed with stone wall filled with concrete and anchored, or reinforced concrete wall to prevent the formation of water flow route behind the wall and to resist against the scoring and impulse of strong stream. 4. In the aspect of maintenance When the damaged parts occurred at head works the authorities and farmers concerned should find and mend them as soon as possible with mutual cooperation, and on the other hand public citizen should be guided for good use of public property.

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U형 프리캐스트 콘크리트 벽패널로 채운 기존 철근 콘크리트 보-기둥 구조물의 전단 거동 분석 (Analysis on the Shear Behavior of Existing Reinforced Concrete Beam-Column Structures Infilled with U-Type Precast Wall Panel)

  • 하수경;손국원;유승룡;주호성
    • 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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    • 제19권6호
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    • pp.18-28
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    • 2015
  • 이 연구의 목표는 학교 건물과 같은 저층 보-기둥 철근콘크리트 구조 건물에서 프리캐스트 벽패널을 사용한 새로운 내진보강 방법을 개발하는데 있다. 1개의 무 보강 보-기둥 실험체와 U형 PC 패널로 보강한 2개의 보강 보-기둥 실험체에 대한 정적 이력 하중실험을 진행하였다. 앵커 접합부 실험체는 전단 파괴될 것으로 해석되었고 철판 용접 접합부 실험체는 휨 파괴할 것으로 예측되었다. 실험체의 종국 내력은 상부 접합부의 전단 내력과 PC 패널 절곡 부 휨 위험단면에서 휨 내력 중 약한 것으로 결정되었다. 이 실험체에서, 한쪽 RC기둥이 가 하중(미는 실험 하중)을 받아 PC 패널 부재를 밀게 된다면, 다른 쪽 내부 수직부재는 상부 전단 접합부로부터 부 하중(당기는 실험 하중)을 받게 되어있었다. 가 하중을 받는 2개의 부재는 합성 휨 거동이 지배적이므로 합성단면의 휨 내력이 실험체의 최종 내력을 결정하게 되지만, 이 경우 최종 내력에 대하여 상부 전단 접합부 강도의 직접적인 영향은 없다고 볼 수 있다. 그러나 부 하중(당기는 하중)을 받는 RC 기둥과 PC 패널 부재는 비합성 거동이 지배적이고 실험체의 최종 내력은 상부 전단 접합부 전단내력의 크기에서 직접 영향을 받는 것으로 파악되었다. ACI 318M-11 Appendix-D 앵커 전단설계에 기초한 전단내력 그리고 실험에서 얻은 최대하중을 적용하여 마이다스 젠 탄성설계에 의하여 계산한 전단 외력에 대한 비교 해석결과는 실험결과와 일치하는 해석결과를 보여주었다.

PREPARATION OF AMORPHOUS CARBON NITRIDE FILMS AND DLC FILMS BY SHIELDED ARC ION PLATING AND THEIR TRIBOLOGICAL PROPERTIES

  • Takai, Osamu
    • 한국표면공학회:학술대회논문집
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    • 한국표면공학회 2000년도 추계학술발표회 초록집
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    • pp.3-4
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    • 2000
  • Many researchers are interested in the synthesis and characterization of carbon nitride and diamond-like carbon (DLq because they show excellent mechanical properties such as low friction and high wear resistance and excellent electrical properties such as controllable electical resistivity and good field electron emission. We have deposited amorphous carbon nitride (a-C:N) thin films and DLC thin films by shielded arc ion plating (SAIP) and evaluated the structural and tribological properties. The application of appropriate negative bias on substrates is effective to increase the film hardness and wear resistance. This paper reports on the deposition and tribological OLC films in relation to the substrate bias voltage (Vs). films are compared with those of the OLC films. A high purity sintered graphite target was mounted on a cathode as a carbon source. Nitrogen or argon was introduced into a deposition chamber through each mass flow controller. After the initiation of an arc plasma at 60 A and 1 Pa, the target surface was heated and evaporated by the plasma. Carbon atoms and clusters evaporated from the target were ionized partially and reacted with activated nitrogen species, and a carbon nitride film was deposited onto a Si (100) substrate when we used nitrogen as a reactant gas. The surface of the growing film also reacted with activated nitrogen species. Carbon macropartic1es (0.1 -100 maicro-m) evaporated from the target at the same time were not ionized and did not react fully with nitrogen species. These macroparticles interfered with the formation of the carbon nitride film. Therefore we set a shielding plate made of stainless steel between the target and the substrate to trap the macropartic1es. This shielding method is very effective to prepare smooth a-CN films. We, therefore, call this method "shielded arc ion plating (SAIP)". For the deposition of DLC films we used argon instead of nitrogen. Films of about 150 nm in thickness were deposited onto Si substrates. Their structures, chemical compositions and chemical bonding states were analyzed by using X-ray diffraction, Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and infrared spectroscopy. Hardness of the films was measured with a nanointender interfaced with an atomic force microscope (AFM). A Berkovich-type diamond tip whose radius was less than 100 nm was used for the measurement. A force-displacement curve of each film was measured at a peak load force of 250 maicro-N. Load, hold and unload times for each indentation were 2.5, 0 and 2.5 s, respectively. Hardness of each film was determined from five force-displacement curves. Wear resistance of the films was analyzed as follows. First, each film surface was scanned with the diamond tip at a constant load force of 20 maicro-N. The tip scanning was repeated 30 times in a 1 urn-square region with 512 lines at a scanning rate of 2 um/ s. After this tip-scanning, the film surface was observed in the AFM mode at a constant force of 5 maicro-N with the same Berkovich-type tip. The hardness of a-CN films was less dependent on Vs. The hardness of the film deposited at Vs=O V in a nitrogen plasma was about 10 GPa and almost similar to that of Si. It slightly increased to 12 - 15 GPa when a bias voltage of -100 - -500 V was applied to the substrate with showing its maximum at Vs=-300 V. The film deposited at Vs=O V was least wear resistant which was consistent with its lowest hardness. The biased films became more wear resistant. Particularly the film deposited at Vs=-300 V showed remarkable wear resistance. Its wear depth was too shallow to be measured with AFM. On the other hand, the DLC film, deposited at Vs=-l00 V in an argon plasma, whose hardness was 35 GPa was obviously worn under the same wear test conditions. The a-C:N films show higher wear resistance than DLC films and are useful for wear resistant coatings on various mechanical and electronic parts.nic parts.

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