• Structural Engineering and Mechanics
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• 제72권3호
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• pp.293-304
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• 2019

In this paper, a general model is developed to predict the distribution of interfacial shear and normal stresses of FG beam reinforced by porous FGM plates under mechanical loading. The beam is assumed to be isotropic with a constant Poisson's ratio and power law elastic modulus through the beam thickness. Stress distributions, depending on an inhomogeneity constant, were calculated and presented in graphicals forms. It is shown that both the normal and shear stresses at the interface are influenced by the material and geometry parameters of the composite beam, and it is shown that the inhomogeneities play an important role in the distribution of interfacial stresses. The results presented in the paper can serve as a benchmark for future analyses of functionally graded beams strengthened by imperfect varying properties plates. Numerical comparisons between the existing solutions and the present new solution enable a clear appreciation of the effects of various parameters. The results of this study indicated that the imperfect functionally graded panel strengthening systems are effective in enhancing flexural behavior of the strengthened FGM beams. This research is helpful in understanding the mechanical behaviour of the interface and design of hybrid structures.

• 콘크리트학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.549-555
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• 2002

탄소섬유쉬트는 철근의 약 10배에 달하는 인장강도를 지니고 있으나, 보강 특성상 접착제를 사용한 일체화가 선행되어져야하기 때문에 부착으로 인한 강도저감요인을 배제할 수가 없다. 결국 탄소섬유쉬트의 인장강도를 최대한 발휘하기 위해서는 부착파괴를 방지할 수 있는 합리적 설계가 이루어져야 한다. 현재까지 부착성능과 관련한 많은 연구가 진행되었지만 부착길이 결정하는 부착강도에 대한 연구는 미흡하였으며, 설계에 반영할 수 있는 기준 역시 미진한 상태이다. 본 연구에서는 일본 규준 안 및 국내 제조사가 제시하고 있는 설계용 부착강도를 기준으로 부착길이를 검토하였으며, 부착성능에 영향을 미칠 젓으로 판단되는 프라이머 도포량 및 에폭시 강도를 변수로 실험을 실시하였다. 본 실험결과에 의하면, 현재 적용 강도는 모두 안전측으로 나타났으며, 설계용 부착강도는 최대 $\tau$a =8 kgf/$\textrm{cm}^2$ 까지 가능할 것으로 판단된다.

• 한국건설관리학회논문집
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• 제5권6호
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• pp.212-217
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• 2004

이 연구는 같은 위치에 힘모멘트와 전단력이 최대가 되는 철근콘크리트 보에 대하여 휨모멘트 보강을 실시하는 경우, 탄소 섬유판의 두께와 하중점 부위 및 탄소섬유판의 끝부분을 감싸는 탄소섬유쉬트의 겹수를 변수로 하여 보의 구조적 거동을 실험하였다. 탄소섬유판의 두께의 증가에 따라 내력이 증가하였으나 선형적으로 비례하지 않았으며, 하중점에 감싼 탄소섬유쉬트의 영향은 뚜렷하게 나타나지 않았다 이 는 보강시험의 주된 파괴가 탄소섬유판의 파단이 아닌 하중점 주위에서의 휭-전단균열에서부터 층분리가 시작되었고 하중점을 탄소섬유쉬트로 감싼 경우 휭-전단균열 탄소섬유쉬트의 바깥 부분으로 이동하기 때문이다. 또한 탄소섬유판 단부에 정착용으로 시공한 탄소섬유쉬트는 하중점에서 발생한 취성파괴로 인하여 큰 효과를 나타내지 못하였다. 그러므로 재하상태에 따른 설계방법을 다르게 할 필요가 있으며, 특히 같은 위치에서 휨모멘트와 전단력이 최대가 되는 경우 탄소섬유판의 유효 두께는 최대 0.6mm로 하고 무보강보의 휨모멘트에 대한 보강된 보의 휨모멘트 비는 1.5-2.0으로 제한하는 것이 바람직하며, 0.6mm이상의 탄소섬유판을 사용하기 위하여 탄소섬유쉬트로 하중점을 보강하는 경우 무보강보 휨모멘트의 1.5 배가 되는 위치이상 탄소섬유쉬트를 연장하는 것이 바람직하다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제18권5호
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• pp.603-610
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• 2006

철근콘크리트 구조물의 외부 비부착 보강방식은 다른 보강기법과 비교하여 설치가 빠르며 간단하다는 장점을 가진다. 고장력 인장봉을 사용한 보강방식은 강판 또는 탄소섬유쉬트 부착공법과는 달리 설치를 위한 콘크리트 표면가공이 필요치 않고 환경적인 조건에 영향을 받지 않는다. 본 연구를 통해 개발된 보강방식은 정착핀 또는 정착판을 통하여 보의 단부에서 고장력 인장봉과 RC보를 연결하는 보강방식이다. 여기에 편심기를 통하여 외부보강 강봉이 RC보의 곡률에 대응하도록 하였다. 본 논문에서는 보강된 RC보에 관한 총 10개의 실험체 제작하여 실험을 실시하였다. 실험의 주요 변수는 보강재료의 직경, 강봉 보강의 깊이와 개수이다. 본 논문에서는 본 연구를 통하여 개발된 보강공법으로 보강된 RC보의 구조적 거동을 기술하였으며, 보강된 RC보의 실험 결과를 무보강 실험체와 비교하였다. 실험결과 제안된 보강방법은 무보강 실험체와 비교하여 매우 우수한 강도 증진효과를 나타내었고 편심장치의 사용은 효율성을 향상시켰다. 또한, 두개의 편심기를 사용한 실험체는 1개의 편심장치를 사용한 실험체에 비해 모멘트 성능이 우수하였고, 외부보강 강봉은 보의 휨강도 뿐만 아니라 전단강도를 향상시키는 결과도 가져왔다.

• International Journal of Concrete Structures and Materials
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• 제11권1호
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• pp.171-183
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• 2017

Strengthening reinforced concrete (RC) beams with openings by using aramid fiber reinforcement polymers (AFRP) on the beams' surfaces offers a useful solution for upgrading concrete structures to carry heavy loads. This paper presents a repairing technique of the AFRP sheets that effectively strengthens RC beams, controls both the failure modes and the stress distribution around the beam chords and enhances the serviceability (deflection produced under working loads be sufficiently small and cracking be controlled) of pre-cracked RC beams with openings. To investigate the possible damage that was caused by the service load and to simulate the structure behavior in the site, a comprehensive experimental study was performed. Two unstrengthened control beams, four beams that were pre-cracked before the application of the AFRP sheets and one beam that was strengthened without pre-cracking were tested. Cracking was first induced, followed by repair using various orientations of AFRP sheets, and then the beams were tested to failure. This load was kept constant during the strengthening process. The results show that both the preexisting damage level and the FRP orientation have a significant effect on strengthening effectiveness and failure mode. All of the strengthened specimens exhibited higher capacities with capacity enhancements ranging from 21.8 to 66.4%, and the crack width reduced by 25.6-82.7% at failure load compared to the control beam. Finally, the authors present a comparison between the experimental results and the predictions using the ACI 440.2R-08 guidelines.

• 콘크리트학회논문집
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• 제16권6호
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• pp.867-873
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• 2004

It has been known that debonding failures between CFS(Carbon Fiber Sheet) and concrete in the strengthened RC beams are initiated by the peeling of the sheets in the region of combined large moment and shear forces, being accompanied by the large shear deformation after flexural cracks. These shear deformation effects are seldom occurred in small-scale model tests, but debondings due to the large shear deformation effects are often observed in a full-scale model tests. The premature debonding failure of CFS, therefore, must be avoided to confirm the design strength of full-scale RC beam in strengthening designs. The reinforcing details, so- called 'U-Shape fiber wrap at mid-span' which wrapped the RC flexural members around the webs and tension face at critical section with CFS additionally, were proposed in this study to prevent the debonding of CFS. Other reinforcing detail, so called 'U-Shape fiber wrap at beam end' were included in this tests and comparisons were made between them.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제38권1호
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• pp.27-37
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• 2011

This paper presents the results of a study on the capability of nonlinear quasi-static finite element modelling in simulating the hysteretic behaviour of CFRP and GFRP-retrofitted RC exterior beam-column joints under cyclic loads. Four specimens including two plain and two CFRP/GFRP-strengthened beam-column joints tested by Mahini and Ronagh (2004) and other researchers are modelled using ANSYS. Concrete in compression is defined by the modified Hognestad model and anisotropic multi-linear model is employed for modelling the stress-strain relations in reinforcing bars while anisotropic plasticity is considered for the FRP composite. Both concrete and FRP are modelled using solid elements whereas space link elements are used for steel bars considering a perfect bond between materials. A step by step load increment procedure to simulate the cyclic loading regime employed in the testing. An automatically reforming stiffness matrix strategy is used in order to simulate the actual seismic performance of the RC concrete after cracking, steel yielding and concrete crushing during the push and pull loading cycles. The results show that the hysteretic simulation for all specimens is satisfactory and therefore suggest that the numerical model can be used as an inexpensive tool to design of FRP-strengthened RC beam-column joints under cyclic loads.

• Computers and Concrete
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• 제8권1호
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• pp.71-96
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• 2011

Existing reinforced concrete (RC) beams can be strengthened with externally bolted steel plates to the sides of beams. The effectiveness of this type of bolted side-plate (BSP) beam can however be affected by partial interaction between the steel plates and RC beams due to the mechanical slip of bolts. To avoid over-estimation of the flexural strength and ensure accurate prediction of the load-deformation response of the beams, the effect of partial interaction has to be properly considered. In this paper, a special non-linear macro-finite-element model that takes into account the effects of partial interaction is proposed. The RC beam and the steel plates are modelled as two different elements, interacting through discrete groups of bolts. A layered method is adopted for the formulation of the RC beam and steel plate elements, while a special non-linear model based on a kinematic hardening assumption for the bolts is used to simulate the bolt group effect. The computer program SiBAN was developed based on the proposed approach. Comparison with the available experimental results shows that SiBAN can accurately predict the partial interaction behaviour of the BSP beams. Further numerical simulations show that the interaction between the RC beam and the steel plates is greatly reduced by the formation of plastic hinges and should be considered in analyses of the strengthened beams.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 추계 학술발표회 제20권2호
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• pp.53-56
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• 2008

대부분의 철근콘크리트 라멘 구조물은 지진하중 작용 시 가장 취약한 부분인 보-기둥 접합부 영역에서 큰 피해를 유발할 수 있다. 이러한 피해를 방지하기 위하여 보수 및 보강에 관한 연구가 이루어지고 있으며, 전 세계적으로 내진규정이 강화되고 구조물의 내진성능이 중요시되면서 지진에 효율적으로 저항할 수 있는 성능을 확보한 재료 개발이 증가되고 있다. 변형경화형 시멘트 복합체(Strain-hardening cementitious composite, SHCC)는 연성능력이 우수하여 보-기둥 접합부 영역에서 상당한 보강효과가 기대된다. 따라서 본 연구에서는 SHCC로 접합부를 보강한 철근콘크리트 보의 보강특성을 평가하고자 총 3개의 실험체를 제작하였다. 실험을 통하여 균열 및 파괴양상에 대하여 휨거동 특성을 평가하고 섬유 혼입률에 따른 SHCC의 보강효과에 대한 강도를 비교하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제10권2호
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• pp.102-110
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• 2006

본 논문에서는 원통형 정착구를 사용하고 외부 긴장재로 보강된 강 I형 보의 극한거동을 실험을 통하여, 초기 긴장력, 편심거리, 강연선의 개수 및 단면적의 변수에 대한 보강 효과를 분석하였다. 실험을 통해 초기 긴장력 보다 강연선의 개수, 단면적, 편심거리를 크게 하는 것이 보강에 더 효과적인 것으로 나타났다. 제안된 원통형 정착 시스템은 이러한 변수를 적용함에 있어 용이하다는 장점을 가지고 있다. 그 결과로 원통형 정착 시스템이 강주형의 보강에 효율적이고 적용성이 있음을 입증하였다.