• Advances in concrete construction
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• 제14권3호
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• pp.195-204
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• 2022

As a brittle failure mode, punching-shear failure can be widely found in traditional RC slab-column connections, which may lead to the entire collapse of a flat plate structure. In this paper, a novel RC slab-column connection with inner steel truss was proposed to enhance the punching strength. In the proposed connection, steel trusses, each of which was composed of four steel angles and a series of steel strips, were pre-assembled at the periphery of the column capital and behaved as transverse reinforcements. With the aim of exploring the punching behavior of this novel RC slab-column connection, a static punching test was conducted on two full-scaled RC slab specimens, and the crack patterns, failure modes, load-deflection and load-strain responses were thoroughly analyzed to explore the contribution of the applied inner steel trusses to the overall punching behavior. The test results indicated that all the test specimens suffered the typical punching-shear failure, and the higher punching strength and initial stiffness could be found in the specimen with inner steel trusses. The numerical models of tested specimens were analyzed in ABAQUS. These models were verified by comparing the results of the tests with the results of the analyzes, and subsequently the sensitivity of the punching capacity to different parameters was studied. Based on the test results, a modified critical shear crack theory, which could take the contribution of the steel trusses into account, was put forward to predict the punching strength of this novel RC slab-column connection, and the calculated results agreed well with the test results.

• Computers and Concrete
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• 제25권4호
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• pp.355-367
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• 2020

This paper proposed a numerical investigation based on finite elements analysis (FEA) in order to study the punching shear behavior of reinforced concrete (RC) flat slabs using ABAQUS and SAP2000 programs. Firstly, the concrete and the steel reinforcements were modeled by hexahedral 3D solid and linear elements respectively, and the nonlinearity of the used materials was considered. In order to validate this model, experimental results considered in literature were compared with the proposed FE model. After validation, a parametric study was performed. The parameters include the slab thickness, the flexure reinforcement ratios and the axial membrane loads. Then, to reduce the time of FEA, a simplified modelling using 3D layered shell element and shear hinge concept was also induced. The effect of the footings settlement was studied using the proposed simplified nonlinear model as a case study. Results of numerical models showed that increase of the slab thickness by 185.7% enhanced the ultimate load by 439.1%, accompanied with a brittle punching failure. The punching failure occurred in one of the tested specimens when the tensile reinforcement ratio increased more than 0.65% and the punching capacity improved with increasing the horizontal flexural reinforcement; it decreased by 30% with the settlement of the outer footings.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제7권3호
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• pp.205-213
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• 2003

RC구조물의 기둥과 같은 수직부재에는 고강도 콘크리트를 그리고 슬래브와 같은 수평부재에는 보통강도 콘크리트를 사용할 경우 경제적인 효율성은 물론 구조적인 많은 이점을 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 이 경우 슬래브와 기둥의 강도 및 강성차이로 인한 뚫림전단의 위험이 있어, 본 연구에서는 기둥에는 $fck=460kgf/cm^2$의 고강도 콘크리트를, 슬래브에는 $fck=285kgf/cm^2$의 보통강도 콘크리트를 타설한 실물크기의 플랫 플레이트 슬래브 실험체 6개를 제작하여 뚫림전단성능을 평가하였다. 주요 실험변수는 콘크리트 압축강도, 기둥면으로부터 내민길이, 휨철근 추가에 의한 전단 보강근량이다. 실험결과 고강도 콘크리트 내민길이와 슬래브 휨철근 추가에 의한 전단보강은 최대내력의 증가와 뚫림전단저항성능을 향상시킬 수 있으나, 최대하중 이후 실험체의 거동에는 큰 영향이 없는 것으로 나타났다.

• Computers and Concrete
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• 제17권6호
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• pp.739-760
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• 2016

This paper reports on punching shear behavior of reinforced concrete panels, investigated experimentally and through finite element simulation. The aim of the study was to examine the punching shear of high strength concrete panels incorporating different types of aggregate and silica fume, in order to assess the validity of the existing code models with respect to the role of compressive and tensile strength of high strength concrete. The variables in concrete mix design include three types of coarse aggregates and three water-cementitious ratios, and ten-percent replacement of silica fume. The experimental results were compared with the results produced by empirical prediction equations of a number of widely used codes of practice. The prediction of the punching shear capacity of high strength concrete using the equations listed in this study, pointed to a potential unsafe design in some of them. This may be a reflection of the overestimation of the contribution of compressive strength and the negligence of the role of flexural reinforcement. The overall findings clearly indicated that the extrapolation of the relationships that were developed for normal strength concrete are not valid for high strength concrete within the scope of this study and that finite element simulation can provide a better alternative to empirical code Equations.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제23권4호
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• pp.409-415
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• 2010

본 논문에서는 플랫 플레이트 구조의 뚫림전단 거동을 평가할 수 있는 유한요소해석 모델을 제시하고 변수 해석을 통해 플랫 플레이트 구조의 뚫림전단 거동에 영향을 미치는 인자들을 파악함으로써 향후 현행 설계식 보정에 있어 기초자료를 제공함에 그 목적을 두었다. 전단변형을 고려하기 위해 Reissner-Mindlin 가정이 도입된 퇴화 쉘 요소를 선택하였으며, 철근콘크리트의 재료적 비선형 거동을 고려하기 위해 적층쉘 개념을 적용한 유한요소해석 모델을 제시하였다. 유한요소해석 모델의 신뢰성을 검증하기 위해 기존 실험결과와 비교하였으며, 그 결과 유한요소해석 모델이 실험결과를 비교적 잘 예측하는 것으로 나타났다. 제시한 유한요소해석 모델을 사용한 변수해석을 통해 휨 철근비와 슬래브의 두께가 증가할수록 플랫 플레이트의 전단강도 또한 증가하는 것을 알 수 있었다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 1998년도 봄 학술발표회논문집(II)
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• pp.553-558
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• 1998

Two-way slab-column specimens were tested under monotonic loading increased up to punching shear failure to investigate the beneficial effects of fiber-reinforced concrete. The parameters for experiments are the placement of fibers within the immediate column region, the placement on the entire surface of the slab, and no placement of fibers. The effects of these parameters on the punching shear capacity, negative moment cracking. and stiffness of the two-way slab specimens were studied. According to the results the addition of steel fibers in the slab around the column results in a significant improvement in the performance including the increase of punching shear resistance, greater post-cracking stiffness and smaller crack width at service load levels.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권3호
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• pp.361-367
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• 2014

이 연구에서는 실험연구를 통하여 경량골재콘크리트 바닥판의 펀칭전단강도를 평가하였다. 일반콘크리트와 서로 다른 4 종류의 경량골재를 사용하여 총 5 개의 바닥판 실험체를 제작하였다. 이 연구에서 사용된 4 가지의 경량골재는 서로 원재료(점토, 셰일, 혹은 점판암) 및 형상 (원형 혹은 분쇄형)이 다르며, 이러한 서로 다른 경량 골재들이 바닥판의 펀칭전단강도에 미치는 영향을 실험 결과를 바탕으로 분석하였다. 실험 결과, 원형 경량골재로 만든 바닥판실험체의 펀칭전단파괴면은 일반콘크리트 실험체 및 파쇄된 경량골재 바닥판실험체보다 기울기가 낮았으며, 이로 인해 전단파괴면이 더 넓게 분포하였다. 이로 인해 펀칭 전단강도가 증가될 수 있었다. 반면에 파쇄된 경량골재의 경우 파괴면이 일반 콘크리트와 유사한 것으로 나타났다. 마지막으로 실험 결과를 현재 펀칭전단강도를 예측하는데 널리 쓰이는 국내기준과 ACI318-11 및 CEB-FIP 코드와 비교 분석하여 경량골재콘크리트 바닥판의 펀칭전단강도 예측의 유효성을 검증하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권4호
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• pp.221-231
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• 2011

강섬유보강 초고성능 콘크리트(UHPC)는 압축강도가 200MPa에 이르고, 강성 및 인성이 크기 때문에 이를 이용하면 구조 부재를 얇고 가볍게 설계하는 것이 가능하다. 본 논문은 UHPC를 교량의 바닥판 슬래브에 적용하기 위해서 뚫림전단(punching shear)에 대한 저항능력을 평가한 것이다. 6개의 정사각형 슬래브를 제작하여 4변 완전고정 상태에서 뚫림전단 실험을 수행하였다. 슬래브의 두께는 40mm와 70mm였고, 재하판의 형상비는 1.0~2.5 범위였다. 40mm 실험체는 최대하중 이후에 연성적인 변형률 연화구간이 길고, 70mm 실험체는 상대적으로 더 취성적인 뚫림파괴를 보였다. 기존의 여러 뚫림전단강도 평가식을 이용하여 실험결과를 분석하였는데, 두께가 작은 40mm 실험체에서는 Ductal$^{(R)}$ 및 JSCE의 식이, 그리고 70mm 실험체에서는 Harajli et al. 및 ACI-Ductal$^{(R)}$의 제안식이 상대적으로 실험에 근접한 값을 예측하였다. 그러나 전반적으로 실험결과를 잘 예측하지 못하였으므로 실제 파괴메커니즘에 근거한 새로운 식을 제안하였다. 새로 제안한 식은 실험결과를 비교적 잘 예측하는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권5호
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• pp.599-609
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• 2009

2층 규모의 철근콘트리트조 및 포스트텐션조 무량판구조를 1/3 스케일로 축소하여 제작한 실험체의 진동대 실험 결과를 바탕으로 무량판구조의 모델링 기법을 향상하고자 하는 연구를 수행하였다. 이 연구에서 적용한 모델링 방법은 슬래브의 휨모멘트에 의한 휨파괴, 불균형모멘트의 전달에 의한 휨파괴 및 펀칭전단파괴에 의한 슬래브-기둥 접합부의 모멘트 전달능력 상실등의 영향을 반영하는 매우 포괄적인 구조해석 방식이다. 펀칭전단파괴에 대해서는 중력비와 층간변위각에 기초한 한계상태 모델이 적용되었다. 이 논문에서 제안된 비선형 모델은 무량판구조의 진동대 실험 결과와 잘 부합하는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.585-593
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• 2010

선행연구에서 제안된 변형률기반 전단강도모델에 근거하여, 슬래브-기둥 내부 및 외부접합부의 직접뚫림전단강도와 불균형휨모멘트강도를 정확하게 평가할 수 있는 강도모델을 개발하였다. 슬래브-기둥 접합부는 뚫림전단파괴에 앞서서 휨균열에 의해서 손상을 받으므로, 이 연구에서는 위험단면의 압축대에서 대부분의 전단저항이 발휘된다고 가정하였다. 슬래브 휨모멘트에 의해서 유발되는 압축수직응력이 콘크리트 압축대의 전단강도에 미치는 영향을 고려하기 위하여, 다축응력 상태에 대한 콘크리트 재료파괴기준을 이용하였다. 그 결과 위험단면의 전단성능이 휨손상의 정도에 따라서 정의되었다. 외부접합부는 비대칭적인 위험단면을 가지고 있으므로 하중재하방향을 고려하여 휨모멘트강도를 정의하였다. 실험 결과와 비교 결과, 제안된 강도모델은 현행 설계기준 보다 실험체의 강도를 더 정확하게 추정하는 것으로 밝혀졌다.