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한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집

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2019 한국구조물진단유지관리공학회 가을 학술발표회 논문집 (2019년 10월) 241

1분과. 구조성능 포스터발표

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강재 기둥과 강섬유보강 콘크리트(SFRC) 기둥의 주근을 볼트 접합시키는 상세에서 접합면에 작용하는 축응력이 주근에 전달되는 메커니즘을 분석하기 위하여, 국부압축실험을 실시하였다. 국부실험체의 강섬유보강비는 1.0%를 적용하였으며, 실험체 변수는 기둥의 폭:높이비와 단면 가력조건 등이다. 국부압축 실험결과, 높이증가에 따른 평균 최대 축응력이 증가하는 것으로 나타났다.
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이 연구에서는 철근콘크리트 부재에서 일반콘크리트를 대신하여 고인성 섬유보강 콘크리트를 사용하였을 때의 내진성능 향상효과를 평가하고자 하였다. 일정한 크기의 축하중을 받는 상태에서 단자유도 RC기둥 부재의 비선형 Push-Over 해석 방법을 적용하여 내진성능평가를 실시하였다, 일반콘크리트를 사용한 경우와 안장변형률성능에 따라 네 가지 고인성 섬유보강 콘크리트를 적용하여 그 거동을 비교하였다. 해석결과, 고인성 섬유보강 콘크리트를 사용한 철근콘크리트 기둥부재는 인장변형률성능이 거의 없는 일반 콘크리트를 사용한 철근콘크리트 기둥부재와 비교했을 때, 항복하중은 25~37% 크게 나타났으며, 변위연성도도 6.0~8.3% 크게 나타나는 것을 확인하였다.
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지진 발생시 원자력 발전소의 안전성을 평가하기 위해 수행되는 확률론적 지진 안전성평가를 위해서는 원전의 기기별로 지진 수준에 따른 파괴확률로서 표현되는 지진취약도 평가가 필요하다. 지진취약도 평가를 위해서는 대상 기기의 설계정보와 함께 실제 설치 상태에 대한 현장조사 등을 통해 예상되는 파손모드를 결정이 필요하며 주요 변수에 대한 불확실성 및 임의성 등 변동성 요인을 반영하여 결정된다. 본 연구에서는 구조적 파손이 지배하는 경우에 대하여 각 변수별로 변동성 요인을 도출하고 분산도 반영에 따른 지진취약도 영향 요인을 분석하고자 한다.
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이 연구에서는 전단연결재의 종류를 변수로 더블리브유닛 깊은 데크플레이트 슬래브의 휨 실험을 수행하였으며, 실험결과를 기반으로 비선형유한요소해석을 통하여 춤이 깊은 데크플레이트와 콘크리트 사이의 합성도를 평가하였다. 그 결과, 전단 연결재가 설치되어 있는 경우 휨 강성 및 강도가 크게 향상되는 것으로 나타났다.
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이 연구는 압출성형으로 생산되고 있는 프리스트레스트 콘크리트 중공 슬래브(HCS)의 휨 성능을 평가하고자 단면의 높이를 변수로 휨 실험을 수행하였다. HCS는 단면의 높이에 따라 총 2체를 제작하였으며, 1,000kN의 액추에이터를 이용하여 4점 가력을 실시하였다. 실험결과, HCS의 휨강도는 예측결과에 대한 실험결과의 비가 평균 1.01 ∼ 1.04를 나타내어 현행 설 계기준에서 요구되는 구조성능을 만족하는 것으로 나타났다.
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이 연구에서는 반복하중을 받는 ㄷ자형 강재 댐퍼의 거동을 평가 한다. 연구에 사용된 강재 항복형 댐퍼는 에너지소산부와 긴결부로 구성된다. 에너지소산부의 단면 크기는 15×20mm이며 폭은 120mm, 높이는 90mm이다. 제조가 간편한 ㄷ자 형태를 가지는 강재 댐퍼는 지진하중을 모사할 수 있는 실험기기에 장착되어 반복하중을 받도록 하였다. 목표변위까지 총 5회의 반복하중 실험을 수행한 결과, 강재의 항복 이후 에너지소산능력이 뛰어난 연성적인 거동을 보였을 뿐만 아니라 반복하중을 수행하는 동안 강도의 저하를 보이지 않음을 확인할 수 있었다.
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자연에서 볼 수 있는 디자인적 요소들이나 생물체의 특성들을 연구 및 모방을 통해 과제를 해결하는 것을 생체모방공학이라 이른다. 조개껍질의 주요성분은 시멘트계 재료와 유사하게 탄산칼슘으로 이루어져 있으나, 적층구조로 층상화된 구조로 이루어져 높은 인장강도 발현한다. 본 연구에서는 이러한 조개껍질의 형상을 생체모방하여, 고인성 시멘트 복합재료를 활용하여 적층으로 이루어진 휨부재를 제작하였으며, 휨시험을 통해 그 성능을 평가하였다.
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원전격납구조물, LNG 저장탱크와 같은 프리스트레스트 콘크리트 (Prestressed Concrete, PSC) 사회기반시설물의 경우 테러, 폭발, 충돌 사고로 인해 대량의 경제적, 인적 피해가 발생할 수 있으나 폭발, 충돌 등의 극한하중에 따른 방호 및 방재개념의 구조설계가 적용되지 않은 실정이다. 특히, 구조물 내부에서 발생하는 폭발하중은 압력이 외부폭발하중에 비해 월등히 크기 때문에 내부폭발하중에 대한 특성 및 내부폭발하중에 따른 PSC 구조물의 저항성능의 검토는 필수적이다. 따라서, 본 연구에서는 PSC 관형 구조물의 내부폭발저항성능을 검토하기 위해 이방향 PSC 축소모형을 제작하여 실험적으로 검토하였으며 실험 데이터를 기반으로 해석적 모델을 개발 및 검증하였다.
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25층 규모의 중층 철근콘크리트 주거형 건물을 예제모델로 선정해 구조성능 분석을 진행하였다. 예제모델은 5층, 10층 15 층 20층 25층의 시공단계 모델과 설계가 완료된 완공단계 모델로 구분해 구조해석을 수행하였다. 완공단계와 시공단계 모델들에 대하여, 고유치해석, 횡력저항성능, 완공단계와 시공단계의 설계강도비 비교를 통한 단면성능 검토를 수행하였다. 검토 결과, 시공단계와 완공단계 모두 횡변위와 층간변위비에서 건축구조기준 제한을 초과하지 않는 것을 확인하였고, 단면성능 검토에서는 벽체 일부 데이터를 제외한 모든 부재에서 구조적 안전성을 확인하였다. 따라서 중층 철근콘크리트 주거형 건물의 완공단계에서 구조적 안정성이 확보되면 시공단계에서도 구조적 안전성 확보가 이루어진다는 결론을 도출할 수 있었다.
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최근 국내에서 발생한 지진으로 인한 교량, 지하철, 건물 등의 손상위험 증가로 철근콘크리트 기둥의 내진보강 공사 수요가 증가하고 있다. 경량부재인 강봉 간편체결을 통한 철근콘크리트 기둥 내진보강공법은 지진에 따른 노후화 구조물의 갑작스러운 붕괴를 선제적으로 방지하고 인적, 물적 피해를 최소화하여 복구비용과 기간을 줄일 수 있다. 또한 전선, 통신, 관로 등 지장물 대응성이 우수하고 협소한 장소에서도 급속시공이 가능하여 경제적이고 공기단축이 가능한 공법이라 할 수 있다.
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본 연구에서는 분절형 콘크리트 블록과 아웃리거를 적용한 분절형 프리캐스트 패널 아치 교량의 분절형 프리캐스트 콘크리트 패널 연결부의 형상과 상세를 개선하기 위하여 프리캐스트 패널 연결부에 대한 3차원 비선형 구조해석을 실시하였다. 콘크리트 프리캐스트 패널의 경우 아치 교량의 특성에 따라 압축력이 작용하게 되므로 패널 연결부에 대한 지압 거동 특성을 반영할 수 있도록 원형 연결부를 적용하였으며, 본 연구에서는 이러한 패널 연결부의 특성과 상세에 따른 영향을 고려하기 위하여 프리캐스트 패널 연결부 상세와 지압 하중의 방향을 변화시켜 그 영향을 확인하였다.
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강구조물은 부재를 볼트 연결이나 용접을 이용하여 분절 제작된 부재를 연결하여 사용하고 있다. 볼트 연결된 강구조물의 경우 사용기간 증가에 따라 부분적인 볼트 풀림이나 볼트 이음판 및 볼트의 국부적 부식손상이 발생할 수 있다. 본 연구에서는 강거더 복부판에 설치된 볼트의 교체나 복부판의 부분 교체 시 발생할 수 있는 복부판 볼트 제거에 따라 나타날 수 있는 강거더의 거동 변화를 평가하기 위하여 강거더 실험체를 대상으로 복부판의 볼트 풀림에 따른 거동 변화를 평가 하였다. 다양한 풀림과정을 고려하였으며, 볼트 연결부에 작용하중 상태를 고려하여 볼트 풀림을 강거더 시험체 재하 상태에서 실시하고 그 영향을 정량적으로 비교하였다.
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최근 건축물 진단기법 관련하여 관심이 높아지고, 건축물 안전진단 수요가 증가하고 있다. 국토교통부(2018)의 통계에 의하면 30년 이상 된 노후화된 건축물은 전국에 약 267만 동으로, 신속하고 정확한 안전진단을 할 수 있는 시스템 구축이 요구되는 실정이다. 본 연구는 비파괴 검사법인 초음파속도법, 반발경도법 및 충격법을 이용하여 철근콘크리트 구조물의 성능평가를 위하여 정립된 기법을 시스템화하여 구현하는 것 목표이다.
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최근 지진의 발생 빈도가 잦아지면서 고강도 내진 철근에 대한 관심이 급증하였다. 그러나 현재 콘크리트구조 학회기준 (2017)에서는 철근콘크리트 부재의 전단철근의 항복강도를 500MPa로 제한하고 있다. 이 논문에서는 이러한 설계기준항복강도 제한을 확장하기 위해 고강도 내진 철근을 사용한 철근콘크리트 보의 실험을 수행하였다. 실험에는 항복강도가 400MPa, 500MPa, 700MPa인 전단철근이 사용되었으며 전단철근의 배근간격을 변수로 하여 철근비에 따른 철근콘크리트 보의 전단거동을 비교하였다. 실험결과 철근량과 철근의 항복강도가 증가할수록 전단강도비가 감소하는 경향이 나타났다.
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록킹 거동은 구조체가 수평력을 받을 때, 수직 중심을 기준으로 좌우로 회전하는 거동을 의미한다. 본 연구에서는 최신의 연구 동향을 개념으로 하여 강체 좌우에 댐퍼를 설치하여 에너지를 소산시키는 방법을 고안하였다. 강재 댐퍼는 SS275 강종을 사용하였으며, 두께 12mm, 폭 30mm, 높이 140mm인 S형 스트럿을 가지는 형상을 사용하였다. 실험은 변위를 점진적으로 증가시키면서 진행하였다. 향후 댐퍼 스트럿 형상 및 스트럿 높이를 변수로 한 성능실험 결과를 발표할 예정이다.
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본 연구는 폭발과 같은 극한 하중이 가해지는 콘크리트의 역학적 거동에 대해 다루고 있다. 극한 하중을 받는 콘크리트는 정적 하중을 받을 때보다 증가하며, 동적 강도와 정적강도의 비를 동적증가계수(Dynamic Increase Factor)로 나타낸다. 동적 증가계수는 지금까지 하나의 변수를 가지고 다루어져 왔기 때문에 콘크리트의 설계 및 분석에 어려움이 존재하기 때문에 동적 증가계수에 영향을 주는 여러 변수를 찾아 베이지안을 통해 분석하여 폭발사고가 일어날 가능성이 있는 전기, 전자 및 화학 플랜트 혹은 반도체 공정 등에 사용한다면 피해가 줄어들 것이다.
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석탑문화재는 오랜기간 야외에 노출됨으로써 자연재해, 인위적 훼손 등으로 인해 다양한 손상이 발생하고 있다. 이러한 다양한 손상유형에 따른 구조적 안전성을 확보하기 위해서는 체계적인 손상유형의 분류와 손상요인에 대한 분석이 필요하다. 이에 따라 본 연구에서는 석탑문화재에 발생하는 다양한 손상을 구조적 손상과 비구조적 손상으로 분류하고 손상유형에 따른 구조적 영향요인을 분석하고자 한다.
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본 연구에서는 캐스트 인 채널의 반복가력 시험을 수행하고 그 성능을 평가하였다. 반복가력 시험결과, 1,111,111번 동안 콘크리트 파괴 및 캐스트 인 채널 파괴는 발생하지 않았다. 또한, 캐스트 인 채널의 인발강도를 반복가력 시험 전․후로 나누어 평가한 결과 최대하중 차이는 1.5kN로 나타나 매립형 찬넬의 내구성 및 안전성은 확보된 것으로 판단된다.
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경주지진 및 포항지진을 통해 우리나라도 지진의 안전지대가 아니라는 인식이 증가하면서 지진피해를 줄일 수 있는 내진 설계에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 논문에서는 내진설계 기술 중 현재까지 가장 효과적인 방법의 하나로 알려져 있는 면진구조에 대하여 검토하고자 한다. 이를 위해 중층 RC 건축물에 면진시스템을 적용한 후 경계비선형동적해석을 통해 비면진건축물과 면진건축물의 내진성능효과를 비교 분석하였다.
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