최근 Carbon Fiber Sheets(CFS)를 이용하여 철근콘크리트(RC) 기둥을 보강하는 방법이 널리 사용 되고 있다. 기존 연구들은 대부분 원형 단면을 가진 RC 기둥에 초점을 맞추고 있는 반면, 사각 단면 을 가진 RC 기둥에 대한 연구는 비교적 제한적이다. 특히 실험 결과를 예측하기 위한 해석적 연구는 실험적 연구에 비해 제한적으로 수행되었다. 따라서 본 연구에서는 CFS로 횡구속된 RC 기둥의 횡구 속 효과를 예측하기 위한 해석적 연구결과를 제시한다. CFS로 횡구속된 RC 기둥의 횡구속 효과를 예 측하기 위해 상용 구조해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 유한요소해석이 수행되었다. 유한요소해 석 시 콘크리트는 Solid 요소로 모델링 되었으며, 철근과 CFS는 각각 Beam 요소 및 Shell 요소로 모 델링 되었다. 또한 콘크리트와 철근은 일체 거동하는 것으로 가정되었으며, CFS와 콘크리트는 완전부 착하는 것으로 가정되었다. 실험결과와 해석결과의 파괴양상을 분석하였을 때, 본 연구에서 제안된 유 한요소해석 모델은 실험체의 부착파괴를 적절히 모사할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 해석을 통해 예측된 극한응력에 대한 실험결과의 오차는 평균 2.97%로 나타났으며, 극한응력 시의 축방향 변형률 및 횡방향 변형률은 실험결과와 비교하여 각각 평균 17.32% 및 9.52%의 오차를 나타내었다. 따라서 제안된 해석모델은 CFS로 횡구속된 RC 기둥의 횡구속 효과를 비교적 잘 예측할 수 있는 것으로 판 단된다.

This study reports an experimental and analytical exploration of concrete columns laterally confined with Fe-based shape-memory alloy (Fe-SMA) spirals. For performing experiments, Fe-SMA rebars with a 4% prestrain and diameter of 10 mm were fabricated and concrete columns with internal Fe-SMA spiral reinforcement were constructed with a diameter of 200 mm and height of 600 mm. An acrylic bar with an attached strain gauge was embedded in the center of the specimen to measure local strains. Experimental variables encompassed the Fe-SMA spiral reinforcement, spacing, and activation temperature. Uniaxial compression tests were conducted after applying active confinement to the concrete columns through electrical-resistance heating. Notably, as the Fe-SMA spiral spacing decreased, the local failure zone length and compressive fracture energy of the prepared specimens increased. Additionally, a model incorporating compressive fracture energy was proposed to predict the stress–strain behavior of the. This model, accounting for active and passive confinement effects, demonstrated accurate predictions for the experimental results of this study as well as for previously reported results.

본 연구는 형상기억합금을 이용한 능동구속기법의 콘크리트 기둥 내진보강효과를 실험적으로 평가하였다. 이를 위해 기존 니켈-티타늄계 형상기억합금보다 저렴한 철계 형상기억합금(Fe SMA)을 선정하여 능동구속기법에 적용하였다. 비내진 상세 를 가진 네 개의 동일한 원형 콘크리트 기둥을 제작한 후 기둥 하단부에 각기 다른 외부구속(무구속, CFRP 구속, Fe SMA 구속) 을 적용하였다. 정적수평반복가력실험 결과, 구속이 적용된 모든 기둥은 콘크리트 기둥의 연성적 휨거동을 이끌어내는데 효과 적인 것으로 밝혀졌다. 특히 Fe SMA 구속은 CFRP 구속에 비해 기둥 하단부 소성힌지에서 콘크리트의 박락 및 손상을 줄이는데 더욱 효과적이었다.

교각의 내구성 증진 및 내진 보강을 위하여 원형철근 콘크리트 교각 외부에 강판을 보강한 경우, 교각 외부에서 발 생하는 화재에 대해 보강된 교각의 내화성능을 정량적으로 평가하였다. 범용유한요소해석프로그램 ABAQUS를 이용하였으며 ISO 834-1의 표준화재곡선을 적용하여 교각의 거동을 해석하였다. 해석 변수로는 강판보강두께와 원형교각 지름의 비, 교각에 수직으로 작용하는 축력비를 적용하였다. 교각의 상부와 하부는 힌지-롤러 경계조건을 고려하여 상부는 수직으로 변위가 발생하 도록 하였으며, 교각 외부 전체에 열하중을 가하였고 편심 없는 순수 축하중을 교각 중앙에 가력하였다. 온도에 따른 콘크리트, 철근 및 강재의 비열, 열전도율, 탄성계수 등을 고려하여 보강에 따른 교각의 내화 성능 향상도를 평가하였다. 강판으로 보강한 원형철근 콘크리트 교각은 콘크리트의 중심부일수록 강판 두께의 영향을 받지 않으며 강판 두께별 축력을 주 었을 때 내화시간은 축력비 0.7에서 최대 약 3분 향상되었다. 또한, 보강두께가 두꺼울수록 내하력이 향상하며 60분 이후에 모 두 내하력비가 1.0 이하로 감소하기 시작하는 것을 알 수 있었다. 강판보강공법은 내화성능을 향상시킬 수 있으며 강판 보강 두 께와 보강 지름의 비가 클수록 화재에 대해 축방향에 대한 변위와 내하력이 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구결과를 토대로 원형철근 콘크리트 교각의 외부 강판 보강을 통하여 교각의 내화 성능을 향상시킬 수 있음을 정량적으로 판단할 수 있었다.

내진설계규정이 정립되기 전에 시공된 콘크리트 교각의 경우 횡철근을 겹침이음하거나 최소한의 배근으로 최적화를 유도하였다. 따라서 지진하중 발생 시 지진에너지를 소산할 수 있는 에너지 감쇠의 효과가 기존 교각들에는 미흡한 실정이다. 본 논문은 반복하중을 받는 원형콘크리트 교각 외부에 강판, GFRP, CFRP 보강을 적용한 경우, 교각의 지진대응 성능 향상도를 정량적으로 평가하였다. 범용유한요소해석프로그램인 ABAQUS의 다양한 3차원 요소를 적용하여 교각 구조물을 모델링하였으며,하중은 교각 상부에 횡방향 동적하중과 교각 전체 자중이 고려되었다. 하중-변위 곡선, 응력-변형률 곡선, 연성도, 에너지 흡수 능력(연성도), 손상도를 고려하여 보강에 따른 교각의 내진성능 향상도를 비교분석하였다. 비보강 콘크리트 교각의 경우 연성도는 78%로 취성파괴 구조물이었으나, 강판보강의 경우 91.0%, GFRP보강의 경우 91.9%, CFRP보강의 경우 92.0%이다. 세 가지 보강의 종류를 비교한 결과 강도, 연성도, 손상도 모두에 있어서 CFRP보강의 경우가 가장 큰 증진 효과를 보이고 있다.

본 논문은 철계형상기억합금(Fe-SMA) 나선철근을 이용한 기둥의 횡구속 효과를 평가한 실험적 연구를 보고한다. 실험을 위해 사전변형 4%의 5mm × 5mm의 Fe-SMA 나선철근으로 구속된 150mm × 150mm ×300mm의 원형 실험체가 제작되었다. 실험변수는 Fe-SMA 나선철근의 피치(0mm, 80mm, 60mm, 40mm), Fe-SMA 나선철근의 활성화 유무(활성화, 비활성화)를 고려하였다. Fe-SMA 나선철근 활성화를 위해 소성로를 사용하여 목표온도 140℃까지 가열하였다. 실험체의 온도가 상온에 도달한 후 만능재료시험기를 이용하여 1축 압축실험을 실시하였다. 실험결과를 통해 Fe-SMA 나선철근을 활성화하여 능동적 횡구속압이 작용된 실험체의 최대응력과 최대응력 발현 시의 변형률은 활성화하지 않은 실험체에 비해 크게 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 나선철근 피치의 감소로 인해 능동적 구속압이 증가함에 따라 최대응력과 연성지수가 크게 증가하는 것으로 나타났다. 특히 보강 간격이 40mm인 활성화된 나선철근으로 구속된 실험체는 최대하중 도달 후 하중이 유지 및 증가하는 변형경화가 발생하는 것으로 나타났다.

Due to a lack of the hoop action of lateral reinforcements the effective confining force in rectangular sections reduces compared to circular ones. Therefore, the stress-strain model obtained from the experimental data with circular sections overestimates the lateral confinement effect in rectangular sections, which evaluates seismic safety margin of overall structural system excessively. In this study experiments with laterally-confined square sections have been performed and the characteristic values composing stress-strain model have been analyzed. With introduction of section coefficients, in addition, the new unified stress-strain model applicable to square sections as well as circular ones has been proposed.

In order to avoid collapse of bridges in earthquakes bridge piers are generally designed to attain sufficient ductility. This full-ductility design method has merits for securing the seismic safety readily against strong earthquakes but, it has weakness of high cost design because of excessive safety margin. Recently, in many countries with high seismic technologies, the seismic design concept tends to shift from the collapse prevention design to the performance-based one which requires different performance (damage) levels according to the structural importance. In order to establish this performance-based design method the displacement ductility of confined concrete members should be evaluated quantitatively. And the stress-strain model of confined concrete is indispensible in evaluating displacement ductility. In this study, 6 test groups with different lateral reinforcement ratios were prepared. 10 same specimens with circular section for each group were tested to obtain more reliable test results. The characteristic values necessary for composing the stress-strain model were obtained from experiments. Based on these characteristic values the new stress-strain model modifying the Hoshikuma's one has been proposed.

In this study, uniaxial compression tests were performed to investigates the stress-strain relations of Double Skinned Composite Tubular Columns reinforced with steel tube. The confined concrete has been known as the strength of concrete increases significantly. Specimens reinforced with outer and inner steel tube were tested by uniaxial compression test. To investigate the influence of concrete strength increase by confining conditions in steel tubes, 8 specimens with different thickness of tube, hollowness ratio and concrete strength were tested and compared with other researcher's concrete material model.

This study investigates the stress-strain relations of internally confined hollow concrete filled tube pier reinforced with GFRP tube by uniaxial compression test. The confined concrete subjected multi-axial stresses have been known as the strength of concrete increases significantly. Many researchers have studied in confining effects of CFT which have only outer GFRP tube. In this study, specimens reinforced with outer and inner GFRP tube were tested by uniaxial compression test. To investigate the influence of concrete strength increase by confining conditions in GFRP tube, 13 specimens with different thickness of tube, hollowness ratio and nominal concrete strength were tested and compared with Steel tube.

본 연구는 외부 온도변화에 따른 GFRP 횡구속 콘크리트 압축부재의 강도특성에 대한 성능을 조사, 평가하였다. 일반적으로 외부 보강재에 의하여 구속된 압축부재의 성능평가는 과거 많은 연구자들에 의하여 수행되어 왔는데 복합재료를 이용한 구속 콘크리트의 경우, 복합재료 자체의 외부환경(자외선, 습도, 온도 등)에 대한 단점으로 인하여 상대적으로 뛰어난 중량 대비 구속에 따른 압축성능 개선효과에도 불구하고 그 신뢰성에 많은 어려움을 겪어왔다. 본 연구는 이들 콘크리트 횡구속 복합재료 보강재에 대하여 고온으로의 외부온도 변화 시 FRP로 횡구속된 콘 크리트 압축부재의 강도변화 거동을 통한 FRP보강재의 구속효과에 대한 변화를 알아보기 위하여 실험적 연구를 수행하였다. 수행된 실험연구에서는 건설용 보강재료로 가장 많이 활용되는 GFRP를 대상으로 상온(20℃), 100℃, 15 0℃, 200℃까지 온도를 상승하여 실험하였으며 가온 시 노출시간의 경우 국외선행연구 및 사전 모의실험을 통하여 약 60분간 시험체를 설정온도에 노출시켜 실험을 진행하였다. 제작된 시험체들은 모두 KSF 2405의 절차에 따라 압축실험을 실시하였으며 그 결과 외부온도가 증가함에 따라 GFRP보강재의 횡 구속력이 점진적으로 감소되어 GFRP 구속효과가 100℃, 150℃, 200℃에서 각각 약 8%, 29%, 27% 감소하는 것으로 나타냈다.

RC교량의 내진성능은 교각에 충분한 연성도를 제공함으로써 확보할 수 있다. 이러한 연성도는 교각의 소성힌지 영역에 적절한 횡방향철근을 배근함으로써 실현할 수 있다. 횡방향철근에 의한 횡구속력은 유효구속력으로 결정되므로 단면형상과 횡방향철근량이 지배적인 요소가 된다. 동일한 횡방향철근량을 제공하더라도 설치간격, 배치형태, 갈고리 상세 등의 차이에 의해 유효구속력에 차이가 있게 된다. 후프띠철근에 의해 횡구속력을 발휘하는 원형단면과는 달리 사각 또는 중공사각단면에서는 유효구속력을 증가시키기 위해 보강띠철근이 함께 사용된다. 이러한 보강띠철근을 어떻게 고려하느냐에 따라 횡구속된 콘크리트의 응력-변형률 관계는 달라지게 된다. 본 연구에서는 실험을 통해 후프띠철근과 함께 보강띠철근을 갖는 정사각단면 콘크리트의 응력-변형률 관계를 파악하였으며 기존의 평가식과 비교를 통해 역학적 특성을 분석하였다.

본 연구에서는 기존 원형 CFT기둥 실험체와 탄소섬유쉬트로 추가구속된 원형 CFT기둥 실험체의 단조압축거동 및 압축내력평가에 관한 실험을 수행하였다. 실험변수는 탄소섬유쉬트 보강겹수와 직경-두께비이며, 실험변수에 따라 총 10개의 실험체를 제작하여 단조압축실험을 수행하였다. 실험을 통하여 기존 CFT 실험체와 탄소섬유쉬트로 구속된 CFT 실험체의 파괴거동, 하중-축변위 곡선, 최대내력, 변형성능을 비교한다. 끝으로 탄소섬유쉬트의 추가구속을 통해 기둥의 국부좌굴을 지연시켰으며 구속효과로 인해 내력은 상승하는 것으로 나타났다.

내진설계의 기본적인 개념은 지진 시 요구되는 연성도 이상의 변형성능을 확보하는 것이다. 기둥의 경우 소성힌지 영역에 적절한 횡철근을 배근함으로써 이를 실현할 수 있다. 가장 경제적인 설계를 위해서는 횡구속 콘크리트의 응력-변형률 특성에 기초하여 횡철근량을 산정하는 것이다. 우리나라(도로교 설계기준)에서는 목표연성도를 단일화하여 동일한 횡철근을 제공하고 있으나 일본에서는 횡구속된 콘크리트의 응력-변형률 곡선식을 제공함으로써 경제적으로 소요 횡철근량을 산정하고 있다. 이러한 재료레벨(응력-변형도)의 특성을 사용하면 설계는 어려워지지만 보다 경제적인 설계가 가능하며 이는 성능에 기반한 내진설계의 경향과도 부합된다. 이 연구에서는 현행 도로교설계기준의 갈고리상세에 부합되는 횡철근을 배치한 부재에 대해 횡철근량을 변수로 하여 응력-변형률 실험을 수행하였다. 응력-변형률 특성을 정량적으로 평가할 수 있는 인자를 도입하여 실험결과와 기존의 콘크리트 모델식을 비교 분석하였다.

탄소섬유관으로 구속된 원형 무근콘크리트 부재는 콘크리트에 효과적인 횡구속을 제공하며, 섬유의 우수한 역학적 성질로 인하여 기존의 철근을 대체할 수 있는 우수한 합성부재이다. 본 논문에서는 탄소섬유관으로 구속된 원형 무근콘크리트 보에 관한 실험 및 해석연구를 실시하였다. 실험연구에서 시험체는 두께 1.5mm(3장), 2.0mm(4장), 2.5mm(5장) 및 3.0mm(6장)를 변수로 하여 실험을 실시하였다. 구속된 콘크리트의 압축강도를 예측하는 식을 이용하여 본 연구에서는 탄소섬유 관으로 구속된 원형 무근 콘크리트 보의 휨성능을 예측하는 실험식을 제안하였다.

탄소섬유튜브는 기존의 콘크리트 기둥에 강도와 연성을 제공하여 길이방향 및 횡방향 철근을 대신할 수 있다. 본 연구에서는 탄소섬유튜브에 의해 구속된 각형 콘크리트의 축하중에 대한 실험 및 해석적 연구를 수행하였다. 탄소섬유튜브는 길이방향에 대하여 90^{\circ}\pm30^{\circ}, 90^{\circ}\pm45^{\circ}로 섬유의 방향을 조합하여 필라멘트 와인딩 방법으로 제작하였다. 10,000kN UTM을 이용하여 단조축하중을 재하하였다. 섬유의 방향, 튜브의 두께에 따른 횡구속된 콘크리트 기둥의 응력-변형률 관계를 고찰하였다. 탄소섬유튜브에 의해 횡구속된 콘크리트의 압축강도와 연성을 예측하기 위하여 제안된 실험식은 실험결과를 적절히 예측하는 것으로 나타났다.

본 논문에서는 압축파괴에너지를 이용하여 고강도 구속콘크리트에 대한 응력-변형률 모델을 제안하였다. 참고문헌[5]에서 저자가 실시한 압축실험에는 변형률 게이지를 부착한 아크릴 막대를 실험체의 중앙부에 매립하여 압축부재의 국부 변형률 측정을 시도하였다. 이 아크릴 막대를 이용한 국부 변형률 측정은 매우 효과적인 것으로 나타났다. 압축파괴영역길이는 아크릴 막대로부터 측정된 국부 변형률 분포에 기초하여 정의되었다. 구체적으로, 구속콘크리트의 국소파괴영역길이는 압축강도 발현시의 변형률 εcc의 2배 이상 변형률이 증가하는 영역으로 정의하였다. 또한, 동일한 횡구속압을 받는 압축부재에 흡수된 에너지양은 부재의 형상이나 크기에 관계없이 일정하다는 가정에서 압축파괴에너지를 도입한 구속콘크리트의 응력-변형률 관계를 제안하였다. 본 연구에서 제안된 모델은 본 연구의 실험결과뿐만 아니라 타 연구자들의 실험결과를 대체적으로 잘 예측하는 것으로 나타났다.

This study presents a technique for measuring the local strain of RC columns using high strength materials. A acrylic rod with strain gauges at intervals of 5 mm were embedded in high-strength RC columns. Under uniaxial compression loading, the local strain of the column was measured with strain gauges attached to the acrylic rod. It was confirmed from experimental results that the technique applied in this study is very effective in measuring the local strain of high-strength RC columns and the compressive failure of the high-strength RC columns is concentrated in some local regions.

본 연구에서는 각기 다른 각도와 시트장수(3T, 5T 및 7T)로 제작된 카본시트 튜브로 구속된 원형 콘크리트 기둥의 압축강도 실험을 수행한 후 압축강도 실험실과 강도감소계수를 제안하였다. 실험체는 300 mm x 600 mm 크기로 제작하였으며, 탄소섬유의 각도는 90 ° ± 0 °, 90° ± 30°, 90° ± 45°, 90° ± 60°, 90° ± 75° 및 90° ± 90°이다. 압축강도 실험은 10,000 kN UTM을 이용하여 0.01 mm/sec 가력속도의 변위 제어법 으로 실험을 수행하였다. 실험결과의 회귀분석을 통하여 각도별 압축강도 및 극한변형률을 예측하는 실험식을 제안하였으며, 국내 콘크리트 부재의 설계법인 극한강도 설계법 적용을 위한 강도감소계수를 제안하였다. 강도감소계수는 Monte Carlo Analysis를 이용하여 해석을 수행하 였으며 그 값은 0.64로 제안하였다. 탄소섬유시트를 이용하여 카본튜브를 제작하는 것은 시공자의 기술력에 따라 구조성능이 좌우될 수 있으 므로 카본튜브 제작 및 시공 시 각별한 현장관리가 요구된다.