• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제70권6호
• /
• pp.703-710
• /
• 2019

While fiber-reinforced plastic (FRP) materials have been largely used in the retrofitting of concrete buildings, its application has been limited because of some problems such as de-bonding of FRP layers from the concrete surface. This paper is the part of a wide experimental and analytical investigation about flexural retrofitting of reinforced concrete (RC) columns using FRP and mechanical fasteners (MF). A new generation of MF is proposed, which is applicable for retrofitting of RC columns. Furthermore, generally, to evaluate a retrofitted structure the nonlinear static and dynamic analyses are the most accurate methods to estimate the performance of a structure. In the nonlinear analysis of a structure, accurate modeling of structural elements is necessary for estimation the reasonable results. So for nonlinear analysis of a structure, modeling parameters for beams, columns, and beam-column joints are essential. According to the concentrated hinge method, which is one of the most popular nonlinear modeling methods, structural members shall be modeled using concentrated or distributed plastic hinge models using modeling parameters. The nonlinear models of members should be capable of representing the inelastic response of the component. On the other hand, in performance based design to make a decision about a structure or design a new one, numerical acceptance should be determined. Modeling parameters and numerical acceptance criteria are different for buildings of different types and for different performance levels. In this paper, a new method was proposed for FRP retrofitted columns to avoid FRP debonding. For this purpose, mechanical fasteners were used to achieve the composite behavior of FRP and concrete columns. The experimental results showed that the use of the new method proposed in this paper increased the flexural strength and lateral load capacity of the columns significantly, and a good composition of FRP and RC column was achieved. Moreover, the modeling parameters and acceptance criteria were presented, which were derived from the experimental study in order to use in nonlinear analysis and performance-based design approach.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제26권2호
• /
• pp.37-42
• /
• 2022

이전 연구에서는 전단철근이 배치되지 프리스트레스트 콘크리트 (Prestressed Concrete, PSC) 부재의 전단강도를 평가하기 위하여 이중잠재강도모델 (Dual potential capacity model, DPCM)이 개발되었다. 그러나 기존의 DPCM은 PSC 부재의 전단강도를 산정하기 위하여 복잡한 반복계산이 요구되며, 이 같은 이유로 DPCM의 실무적용이 어려운 실정이다. 이 연구의 목표는 기존의 DPCM을 현행 건축구조설계실무에서 적용할 수 있도록 단순화하는 것이다. 이를 위해 기존 연구로 부터 총 172개의 PSC 부재의 전단실험 결과를 수집하였다. 수집된 전단실험 결과들은 다양한 단면형태와 프레스트레싱 특성을 갖는 PSC 부재들을 포함한다. 이 연구를 제시하는 단순화된 DPCM은 상당한 정확도로 PSC 부재들의 전단강도를 평가할 수 있는 것으로 나타났다.

• Computers and Concrete
• /
• 제31권5호
• /
• pp.419-432
• /
• 2023

Beam-column joints are a critical component of reinforced concrete frame structures. They are responsible for transferring forces between adjoining beams and columns while limiting story drifts and maintaining structural integrity. During severe loading, beam-column joints deform significantly, affecting, and sometimes governing, the overall response of frame structures. While most failure modes for beam and column elements are commonly considered in plastic-hinge-based global frame analyses, the beam-column joint failure modes, such as concrete shear and reinforcement bond slip, are frequently omitted. One reason for this is the dearth of published guidance on what type of hinges to use, how to derive the joint hinge properties, and where to place these hinges. Many beam-column joint models are available in literature but their adoption by practicing structural engineers has been limited due to their complex nature and lack of practical application tools. The objective of this study is to provide a comparative review of the available beam-column joint models and present a practical joint modeling approach for integration into commonly used global frame analysis software. The presented modeling approach uses rotational spring models and is capable of modeling both interior and exterior joints with or without transverse reinforcement. A spreadsheet tool is also developed to execute the mathematical calculations and derive the shear stress-strain and moment-rotation curves ready for inputting into the global frame analysis. The application of the approach is presented by modeling a beam column joint specimen which was tested experimentally. Important modeling considerations are also presented to assist practitioners in properly modeling beam-column joints in frame analyses.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제19권6호
• /
• pp.763-771
• /
• 2007

철근부식은 철근콘크리트 구조물의 내구수명을 현저히 저하시키며, 유지보수 비용의 증가를 가져온다. 이와 같은 문제의 해결을 위해 피복두께의 증가, 고성능콘크리트의 사용, 에폭시 코팅 철근의 사용 등이 연구되었으나 완전한 해결책은 되지 못하고 있다. 최근 철근부식 문제를 근본적으로 해결하기 위한 새로운 대안으로 대두되고 있는 것이 FRP (fiber reinforced polymer) 복합재료를 이용한 철근대체제의 사용이다. 그러나 취성적 거동과 낮은 탄성계수로 인하여 철근콘크리트와는 다른 거동을 보이며 이에 대한 많은 연구가 필요한 상황이다. 본 연구에서는 FRP 보강근을 사용한 일방향 슬래브의 구조 실험을 통하여 철근콘크리트 슬래브와 거동 특성을 비교하였다. 균열 및 파괴모드, 처짐, 연성 등의 평가를 통하여 철근 대체제로서의 가능성을 평가하였으며, 해외의 제안식들을 사용하여 처짐 및 균열예측에 대한 식의 적정성을 평가하였다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제23권2호
• /
• pp.135-144
• /
• 2011

최근 PS 강연선의 대체재로서 높은 인장강도와 훌륭한 내부식을 가진 FRP(fiber rienforced polymer)를 이용한 조사가 활발히 진행되어지고 있다. 따라서, 이 연구는 FRP 긴장재를 이용한 프리스트레스트 콘크리트 보를 제작하여 반복 하중에 따른 피로거동의 특성을 분석함으로써 프리스트레스트 콘크리트 보의 안전성을 평가하고자 하였다. 또한 기존 PS 강연선을 이용한 프리스트레스트 콘크리트 보를 제작하여 피로 성능을 비교하였다. 반복 하중은 정적 실험을 통해서 얻은 극한 하중의 40%를 최소 하중으로 일정하게 고정하고 최대 하중은 극한 하중의 60%, 70%, 80%로 결정하였다. 반복 하중은 4점 재하방식으로 sine파를 이용한 1~3 Hz의 속도 재하하였다. 피로한계는 100만회로 하였다. 40~60% 범위의 시험체는 100만회까지 피로 파괴가 나타나지 않았지만, 반복 횟수가 증가함에 따라 콘크리트와 긴장재 사이의 부착력이 저하되었고, 수평방향의 균열이 나타났다. FRP 긴장재를 이용한 프리스트레스트 콘크리트 보의 피로 실험 결과 사용 하중 상태에서의 반복 하중에 대해서 안전한 것으로 나타났다. 피로한계 100만회에 대한 피로 강도는 FRP 긴장재를 이용한 프리스트레스트 콘크리트 보의 경우 69.2%, PS 강연선을 이용한 프리스트레스트 콘크리트 보는 59.8%에 해당함을 알 수 있었다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제25권6호
• /
• pp.621-630
• /
• 2013

철근부식을 현장에서 평가하기 위해 다양한 부식측정방법이 있으나, 반전위(HCP: half cell potential)방법이 많이 사용되고 있다. 균열이 발생한 RC 구조물은 균열폭으로 유입되는 염화물, 이산화탄소 등에 의해 부식이 가속화 된다. 이 연구는 염해에 노출된 균열을 가진 RC 보의 HCP을 측정하여 부식정도를 평가하는데 목적이 있다. 이를 위해 세가지 물-시멘트비(w/c 0.35, 0.55, 0.70)와 다양한 피복두께(10~60 mm)를 가진 RC 보를 제조하였으며 하중을 가하여 균열폭을 0.0~1.5 mm로 유도하였다. 35일간 촉진염해분무시험을 통하여 부식을 촉진하였으며 이후 HCP과 부식길이를 평가하였다. 균열이 클수록, w/c가 높을수록, 피복두께가 작을수록 HCP은 증가하였으며, 각각의 영향인자를 정량화하여 균열을 가진 RC 보의 HCP 평가식을 도출하였다. 또한 Life365 프로그램을 이용하여 부식방지 피복두께를 도출하고 HCP평가식을 통한 부식방지 피복두께와 비교하였다. 균열부 콘크리트에서는 차이가 발생하였으나, w/c 0.6이하의 건전부 콘크리트에서는 두가지 방법에서 모두 근접한 부식저항 조건을 도출하였다.

• Advances in concrete construction
• /
• 제5권5호
• /
• pp.513-537
• /
• 2017

In this study, the fracture toughness $K_{IC}$ of high performance concrete (HPC) was investigated by conducting three-point bending tests on a total of 240 notched beams of $500mm{\times}100mm{\times}100mm$ subjected to heating temperatures up to $450^{\circ}C$ with exposure times up to 16 hours and various heating and cooling rates. For a heating rate of $3^{\circ}C/min$, $K_{IC}$ for the hot concrete sustained a monotonic decrease trend with the increasing heating temperature and exposure time, from $1.389MN/m^{1.5}$ at room temperature to $0.942MN/m^{1.5}$ at $450^{\circ}C$ for 4-hour exposure time, $0.906MN/m^{1.5}$ for 8-hour exposure time and $0.866MN/m^{1.5}$ for 16-hour exposure time. For the cold concrete, $K_{IC}$ sustained a two-stage decrease trend, dropping slowly with the heating temperature up to $150^{\circ}C$ and then rapidly down to $0.869MN/m^{1.5}$ at $450^{\circ}C$ for 4-hour exposure time, $0.812MN/m^{1.5}$ for 8-hour exposure time and $0.771MN/m^{1.5}$ for 16-hour exposure time. In general, the $K_{IC}$ values for the hot concrete up to $200^{\circ}C$ were larger than those for the cold concrete, and an inverse trend was observed thereafter. The increase in heating rate slightly decreased $K_{IC}$, and at $450^{\circ}C$ $K_{IC}$ decreased from $0.893MN/m^{1.5}$ for $1^{\circ}C/min$ to $0.839MN/m^{1.5}$ for $10^{\circ}C/min$ for the hot concrete and from $0.792MN/m^{1.5}$ for $1^{\circ}C/min$ to $0.743MN/m^{1.5}$ for $10^{\circ}C/min$ for the cold concrete after an exposure time of 16 hours. The increase in cooling rate also slightly decreased $K_{IC}$, and at $450^{\circ}C$ $K_{IC}$ decreased from $0.771MN/m^{1.5}$ for slow cooling to $0.739MN/m^{1.5}$ for fast cooling after an exposure time of 16 hours. The fracture energy-based fracture toughness $K_{IC}$' was also assessed, and similar decrease trends with the heating temperature and exposure time existed for both hot and cold concretes. The relationships of two fracture toughness parameters with the weight loss and the modulus of rapture were also evaluated.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제28권1호
• /
• pp.12-23
• /
• 2024

본 연구에서는 원심성형 기법을 이용하여 구조용 콘크리트 각형보를 개발하였으며, 단면의 휨강성을 확보하기 위하여 단면의 중공률은 10 %이하로 하며 이를 위하여 기존의 빈배합상태의 콘크리트가 아닌 고슬럼프(150~200)의 물성을 갖으며 설계강도가 100 MPa이상인 콘크리트 배합비를 개발하여 적용하였다. 피암터널이나 라멘소교량의 상부구조로 활용될 원심성형 PSC 각형보의 내구성을 조사하기 위하여 압축⧵강도 100 MPa급 초고강도 원심성형 콘크리트의 열화 및 내화학적 특성에 대한 내구성능을 평가하였다. 2022년과 2023년에 제작한 원심 성형 각형보 시험체에 대하여 염화물침투 저항성, 촉진탄산화 , 황산염침식 저항성, 동결융해 저항성, 스케일링 저항성 등 콘크리트의 내구성 시험을 수행하였다. 본 연구에서 검증한 내용을 고려해 볼 때 추후 제작단계에서 수밀성이 높아지는 원심성형 콘크리트의 내구성은 일반적인 콘크리트에 비해 우수한 것으로 조사되었다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제20권3호
• /
• pp.271-282
• /
• 2008

PCS 구조 시스템은 공장 제작 콘크리트 기둥과 휨, 전단성능에 유리한 철골보를 접합한 복합구조의 일종이다. 접합부는 기둥을 관통하는 볼트를 사용하여 단부평판 접합하게 된다. 따라서 건식공법이 가능하여 작업환경이 양호하고 공기단축이 가능하며 해체가 용이한 장점이 있다. 하지만 실험을 통해 PCS 시스템의 내진성능을 분석한 결과 강도, 강성, 에너지소산 능력은 ACI 기준에 만족하였으나, 초기 강성의 경우 실험체 모두 ACI 기준에 부족하였다. 초기강성이 저하된 요인을 조사하여 접합부 강성을 증가시킬 수 있는 방안을 마련하고자 컴퓨터 시뮬레이션을 하였다. ABAQUS를 사용하여 네오프랜 패드의 유무와 두께, 단부평판과 기둥의 접촉면 형상, 볼트 긴장력의 크기, 단부평판의 강성 등과 같이 접합부 강성에 영향을 주는 변수들로 연구를 수행하였다. 그 결과 기둥과 단부평판 사이의 초기 변형이나 네오프랜과 같은 채움재와 단부평판의 낮은 강성이 초기 강성을 저하시키는 것으로 조사되었다. 접합부 성능을 개선하는 방안으로 볼트간격을 조정하거나 스티프너로 보강하여 단부평판의 강성을 높이는 방법도 효과가 있었으나, 볼트의 긴장력을 증가하는 방법이 가장 효과적이었다. 단부평판의 상하부에 분리형 네오프랜 패드를 끼워 갭의 영향을 최소화하는 방법도 꽤 우수하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제18권2호
• /
• pp.201-211
• /
• 2005

철근콘크리트 부재의 전단거동에 대한 오랜 연구에 의하여 이에 대한 다양한 이론모델들과 제안식들이 존재한다. 그러나 전판거동의 메커니즘이 복잡하고 영향을 미치는 요소들이 많아서 이론모델들은 대부분 매우 복잡한 경향이 있고, 실험에 의한 제안식들은 제한된 범위내의 실험변수에 대해서만 유효한 경우가 많다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 대안의 하나로써 인공신경망이 여러 연구자들에 의하여 제안되어 왔으며, 본 논문에서는 인공신경망을 이용하여 전단보강근이 없는 철근콘크리트 보의 전단강토를 예측하였다 특히, 기존의 전단실험결과를 광범위하게 모아 구축한 데이타베이스를 활용함으로써 넓은 범위의 구조변수들을 포함한 다양한 부재들을 인공신경망의 훈련자료로 이용하였고, 인공신경망에 의한 전단강토 예측 결과를 ACI의 규준식, Zsutty, Okamura의 제안식들과도 비교 분석하였다. ACI의 규준식은 전단보강근이 없는 철근콘크리트 부재에 대해서 매우 부정확한 전단강도를 제공하였으며, Zsutty의 제안식은 ACI의 규준식에 비해 향상된 예측 결과를 보였으나 부재의 크기효과를 반영하지 못하였다. Okamura의 제안식은 주요 변수들의 영향을 비교적 잘 반영하여 상당히 정확하면서도 안정적인 전단강토를 제공하였다 이에 비해 인공신경망은 실험 결과에 가장 근접한 부재의 전단강도를 제공함으로써, 다양한 변수들의 영향을 매우 정확하게 반영할 수 있는 것으로 나타나서 인공신경망이 전단강도와 같이 메커니즘이 복잡하고 영향을 끼치는 변수들이 많은 다른 구조적 거동이나 강도를 예측하는데 매우 적절한 수단을 제공할 수 있음을 보여주었다.