본 연구는 보강 콘크리트로 철근 대신 복합재료를 사용한 구조물의 설계에 대하여 다양한 파라미터 연구를 수행하여 철근콘크리트 대비 강점을 비교, 분석하였다. FRP 콘크리트는 ACI 440.1R-15를 적 용하였으며, 철근콘크리트 설계는 KDS 14(2021)의 최신 규정을 적용하여 다양한 파라미터 연구를 수 행하였다. 파라미터 변수로 콘크리트 밑단에서 철근의 중심까지의 거리, 보강량, FRP의 탄성계수 및 극한 변형률의 4개로 설정하여 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) FRP의 탄성계수와 극한 변형률이 클 수록 FRP 콘크리트의 휨성능이 우수하지만, 극한 응력이 동일할 때 극한 변형률보다 탄성계수를 크게 하는 것이 유리하며, 보강량이 작을수록 유리한 것으로 분석되었다. (2) FRP 콘크리트가 인장지배 단 면이나 변화구간 일 때 극한 변형률 증가에 휨성능이 비례해서 증가하지만 압축지배 단면일 경우에는 극한 변형률이 증가해도 휨성능은 증가하지 않는다. (3) FRP 콘크리트의 휨성능은 FRP의 탄성계수와 극한 변형률을 적절하게 조절하여 선택함으로서 최적의 성능을 나타낼 수 있다. (4) 또한, FRP 콘크리 트는 최소 피복두께가 필요하지 않아 추가적인 휨성능이 17~33% 증진 효과가 나타났다.

국내 건축물에서는 노후한 철근콘크리트 구조물의 안전성이 중요한 문제로 대두되고 있다. 구조물 부분이나 전체의 무너짐으로 인해 경제적 손실을 초래할 수 있으며, 이는 주로 구성 재료의 내구성 결 함으로 인해 발생한다. 여러 노후화 인자 중 동결융해와 부식은 주요한 열화 요인으로 작용한다. 동결 지역의 구조물은 동결융해가 위험 요소로 작용할 수 있으며, 해양 구조물은 해수에 존재하는 염소이온 에 의해 부식될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 복합 열화 작용과 철근콘크리트 부재의 성 능 저하 관계를 이해하는 것이 필요하다. 본 연구는 동결융해와 부식의 복합적 피해가 RC 보의 거동 에 미치는 영향을 실험적으로 조사하였다. 7개의 RC 보를 제작하여 각각 다른 수준의 열화 조건을 부여한 후 휨 시험을 실시하였다.

우리는 콘크리트 세상 속에 살고 있다고 해도 과언이 아니다. 콘크리트 도로를 달리고 콘크리트 건 물 속에서 살고 있다. 그런데 최근 노후화된 구조물의 붕괴 사례들이 지속적으로 발생하고 있으며 이 에 대한 원인 규명과 재발 방지, 그리고 기술적 사전 예측 등이 필요하다. 특히 우리나라의 경우 4계 절의 영향을 받는 철근콘크리트 구조물은 시간이 흐름에 따라 다양한 열화로 인해 강도가 저하되고, 이로 인해 건축물의 심각한 손상 및 붕괴가 발생하게 된다. 전국적으로 기온이 영하로 내려가는 겨울 철에는 동결융해의 영향으로 인한 강도 저하로 노후화가 진행되며, 콘크리트의 공기율에 따라 동결융 해로 인한 노후화 정도가 달라지게 된다. 이는 콘크리트 공기율에 따라 내구성지수가 변화하여 동결융 해의 영향 정도가 변화하기 때문이다. 그러나 기존의 콘크리트에 관한 동결융해 영향 연구는 재료에 대한 연구가 많지만, 상대적으로 큰 철근콘크리트 부재 단위에 대한 연구는 부족하다. 따라서 본 연구 에서는 철근콘크리트 부재를 대상으로 기중 동결융해 시험 방법을 통해 콘크리트의 공기율이 증가함 에 따른 재료 단위의 영향과 철근콘크리트 부재의 휨 거동 특성에 대한 영향을 분석하고자 한다.본 연 구에서는 동결융해를 입은 콘크리트가 공기율이 증가함에 따라 동탄성계수와 내구성지수를 비교하고, 이에 따른 압축강도 실험을 통해 동결융해의 영향을 평가하였으며 철근콘크리트 부재의 휨 실험을 통 해 동결융해가 콘크리트 공기율에 대하여 거동 특성, 탄성 강성 및 항복까지의 에너지 흡수 능력에 미 치는 영향을 비교하여 분석하였다. 또한 ABAQUS 해석 프로그램을 사용하여 유한요소 모델을 제안하 고 휨 거동 성능을 실험값과 비교하여 분석하였다.

형상기억합금(Shape Memory Alloy, SMA)은 소성변형이 일어나도 냉각 및 가열을 통해 기존 형상 으로 돌아갈 수 있는 형상기억효과(Shape Memory Effect, SME)를 가진 재료이다. 이를 통해 사전에 인장 변형된 SMA를 구속 후 가열하면 SME에 의해 원래 형태로 돌아가려 하지만, 변형이 구속되어 회복 응력이라 하는 압축 응력이 발생한다. 따라서 사전 변형된 SMA를 구조물에 적용하게 되면 셀프 -프리스트레싱을 도입할 수 있다. 그중 철을 기반으로 제작된 Fe-SMA는 다른 SMA에 비해 높은 경 제성을 가져 건설 재료로써 많은 관심을 받고 있다. 이에 Fe-SMA를 철근콘크리트(Reinforced Concrete, RC) 구조물에 적용한 많은 연구가 진행되었으며, 구조성능이 향상되는 것을 확인하였다. 그러나 Fe-SMA가 사용된 RC 구조물의 피로 실험에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 Fe-SMA 바를 인장재로 사용한 RC 보의 피로 성능을 평가하였고 하중 유형(정적, 피로)과 피로 응력 범위를 변수로 고려해 고주기 피로 실험을 수행하였다. 이를 통해 피로 강도, 피로 수명 및 거동을 확 인하였으며, Fe-SMA 바를 인장재로 사용한 RC 보의 피로강도는 최대하중의 40%~60% 사이에 있을 것으로 예측되었다.

Composite laminates are used in a wide range of applications including defense, automotive, aviation and aerospace, marine, wind energy, and recreational sporting goods. These composite beams still exhibit problems such as buckling, local deformations, and interlaminar delamination. To overcome these drawbacks, a novel viscoelastic autoclave bonding with tapered epoxy reinforcement polyurethane films is proposed. In existing laminates, compression face wrinkling and interlaminar delamination is caused in the sandwich beam. The unique viscoelastic autoclave spunbond interlayer bonding is designed to prevent face wrinkling and absorb and distribute stresses induced by external loads, thereby eliminating interlaminar delamination in the sandwich beam. Also, the existing special reinforcement causes stress concentrations, and the core is not effectively connected, which directly affects the stiffness of the beam. To address this, a novel tapered epoxy polyurethane reinforcement adhesive film is proposed, whose reinforcement thickness gradually tapers as it enters the core material. This minimizes stress concentrations at the interface, preventing excessive adhesive squeeze-out during the bonding process, and improves the stiffness of the beam. Results indicate the proposed model avoids the formation of micro cracks, interlaminar delamination, buckling, and local deformations, and effectively improves the stiffness of the beam.

The paper presents the experimental investigation of RC beams retrofitted with Textile Reinforced Mortar (TRM), featuring enhanced bond capacity. Anchoring systems, including an extension of retrofitting length and the use of chemical anchors, are newly employed to improve the structural performance of the RC beam retrofitted with TRM. For the experimental investigation, a total of seven shear-critical RC beams, with and without stirrups, were designed and constructed. The structural behaviors of specimens retrofitted with the proposed TRM methods were compared to those of non-retrofitted specimens or specimens strengthened with conventional TRM methods. Crack pattern, force-displacement relationship, and absorbed energy were evaluated for each specimen. The experimental results indicate a significant improvement in the shear capacity of the RC beam with the proposed retrofitting method. Therefore, it is concluded that the application of an extended retrofitting length and chemical anchors to the TRM retrofitting method can effectively enhance the bond capacity of TRM, thereby improving the shear performance of RC beams.

철근콘크리트 구조물의 동결융해, 염해, 부식 등의 열화 현상으로 인해 구조물의 노후화가 발생되고 있다. 노후화로 인해 성능이 저하된 구조물의 성능 복원을 위해 FRP를 활용한 보수보강이 수행되고 있다. 본 논문에서는 동결융해 작용을 받은 철근콘크리트 보에 카본판재와 카본섬유로 휨 보강하여 동결융해 및 보강에 따른 철근콘크리트 보의 휨 성능을 비교 분석한 실 험적 연구 결과를 제시하였다. 이를 위해 철근콘크리트 보를 제작하여 300회의 동결융해를 수행한 후 카본판재와 카본섬유로 휨보강을 하여 성능 실험을 수행하였다. 실험 결과, 동결융해로 철근콘크리트보의 항복강도는 11% 감소하였으며, 동결융해를 입 지 않은 철근콘크리트보의 항복강도 보강성능은 20%, 동결융해를 입은 후 보강된 철근콘크리트 보의 보강성능은 19%으로 나타 났다. 에너지소산능력을 분석한 결과 본 연구에서 수행한 CFRP 보강이 동결융해로 열화된 철근콘크리트 보의 휨 보강에 유리 한 것으로 나타났다.

본 논문은 CFRP Grid를 철근 대체재로 사용하기 위해 수행된 실험적 및 해석적 연구를 보고한다. CFRP Grid가 철근 대신 적용된 콘크리트 보의 휨거동을 평가하기 위해 총 5개의 콘크리트 실험체가 제작되었다. 실험변수로 CFRP Grid의 보강 겹 수, 피복두께가 고려되었다. 3점 휨실험을 통해 모든 실험체는 휨파괴됨을 확인하였다. 특히, 2겹과 3겹의 CFRP 그리드를 갖는 실험체는 CFRP Grid의 급작스런 파단으로 파괴되었다. 초기 균열하중은 CFRP Grid 보강 겹 수가 증가할수록 증가하였다. 반면 초기균열하중에 대한 피복두께의 영향은 명확하게 나타나지 않았다. 극한하중은 CFRP Grid의 보강 겹수 및 피복두께의 영향이 명확하게 나타났다. CFRP Grid로 보강된 콘크리트 보의 휨거동을 예측하기 위한 유한요소해석 결과는 실험체들의 균열양상 및 파괴모드를 유사하게 예측하였다. 특히, 극한하중, 극한하중에 대응하는 처짐, CFRP Grid의 변형률을 매우 유사하게 예측하는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 제안된 해석모델은 CFRP Grid가 철근 대체제로 사용된 콘크리트 보의 휨거동을 예측하기 위해 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 CFRP sheet의 RC 보에 대한 부착 보강 시 충분한 정착길이를 확보하고 조기파괴를 방지하기 위한 보 강 방법을 제안하였다. 제안된 방법의 보강 성능을 실험적으로 측정하기 위해 총 3개의 RC 보 실험체를 제작하였으며, 실험 변 수로 무보강(ORB), 하단 보강(FRB), 그리고 사선 보강 방법(XRB)이 있다. 실험은 4 점 재하로 설계하였다. 실험 결과는 휨에 의 한 파괴 양상 및 최종 파괴형태, 항복점 및 최대점, 강성, 그리고 처짐 등으로 분석하였다. 분석 결과 FRB는 단부파괴박리가 발 생하였으나, XRB는 정착 효과로 인해 인장파괴형태를 나타내었다. 휨 강도 및 항복강도 모두 XRB가 가장 크게 나타났다. 휨에 의한 강성 증가와 처짐에 대한 구속 효과 또한 XRB이 가장 크게 나타남을 실험을 통해 확인하였다.

국내 건설현장에서 장스팬 구조물이 증가함에 따라 콘크리트와 강재를 조합한 충전형합성보의 적용이 증가하고 있 다. 충전형합성보는 경제적이며 시공성이 향상되고 콘크리트 축열효과에 따라 내화성도 우수하다. 충전형합성보 내부에 휨성능 을 향상시키기 위해 Re-bar로 보강하여 사용한다. 이는 콘크리트 균열에 의해 부식 되어 내력저하를 유발한다. CFRP Re-bar는 경량이며 내부식성이 우수하다. 그러나 임계온도가 250℃로 낮기 때문에 화재에 취약으로 적절한 내화피복재를 적용해야된다. 따라서 열전달해석을 통해 내부 CFRP Re-bar가 보강된 충전형합성보의 온도분포를 확인하였다. 온도 상승에 따른 휨내력을 산 정하여 피복두께를 제안하고자 한다. 해석결과 단면크기에 상관없이 콘크리트 피복두께 40mm와 뿜칠내화피복재 20mm를 적용 하면 표준화재에서 3시간 내화성능을 확보하는 것으로 평가되었다.

본 연구는 ACI 등 규정에 없는 FRP 보강 콘크리트의 복보강에 대한 설계흐름도를 제시하였으며, 단보강과 복보강을 비교, 분석하였다. 다양한 파라미터 연구를 통해서 각각 단보강일 때의 이점과 복보강일 때의 이점을 분석하였다. 콘크리트의 단면이 작을수록 보강량이 클수록 복보강의 휨성능이 유리하며, 반대의 경우는 단보강이 유리한 것으로 나타났다. 콘크리트의 단면을 크게 하는 것이 FRP 보강량을 크게 하는 것보다 효과가 좋으며, 콘크리트 단면 중에서 콘크리트 높이를 크게 하는 것이 효과가 우수하게 나타났다. 콘크리트의 설계기준강도가 클수록, FRP의 탄성계수가 작을수록 단보강이 유리하며, 반대의 경우는 복보강이 유리한 것으로 나타났다.

본 논문은 철계형상기억합금(Fe-SMA) stirrup으로 전단보강된 철근콘크리트 보의 전단거동을 예측하기 위한 해석적 연구이다. 전단거동 예측을 위해 변형률 적합조건 및 하중 평형조건을 만족하는 휨해석이 수행되었으며, 이후 수정압축장이론 (MCFT)에 기반한 전단해석이 수행되었다. 부재의 처짐을 계산하기 위해 휨 및 전단에 의해 발생된 처짐이 모두 고려되었다. 제 안된 해석모델의 검증은 Ji et al.(2022)의 실험결과를 비교하여 수행되었다. 비교결과 제안된 해석모델과 실험결과의 극한하중, 극한하중 시 처짐의 오차는 평균 4.77%, 6.62%로 Fe-SMA Stirrup으로 전단보강된 철근콘크리트 보의 전단 거동을 비교적 정확 하게 예측하는 것으로 나타났다.

본 연구는 콘크리트구조기준(KDS 14-2021)을 적용한 RC보와 ACI 440.1R-15를 적용한 FRP 콘크리트의 비교 연구를 수행하였다. 파라미터 변수로 피복두께, FRP의 탄성계수 및 극한변형률 그리고 보강량 4가지로 설정하여 비교, 분석을 수행하였 다. 파라미터 연구 분석 결과 FRP의 탄성계수와 극한 변형률이 클수록 FRP 콘크리트의 휨성능이 우수하지만, 극한 응력이 동일 할 때 극한 변형률보다 탄성계수를 크게 하는 것이 유리하다. FRP 콘크리트가 인장지배 단면이나 변화구간 일 때 극한 변형률 증가에 휨성능이 비례해서 증가하지만 압축지배 단면일 경우에는 극한 변형률이 증가해도 휨성능은 증가하지 않는다. 또한, FRP 콘크리트는 최소 피복두께가 필요하지 않아 추가적인 휨성능이 17∼33% 증진 효과가 나타났다.

In this study, we focus on the feasibility of structural topology optimization for a steel-timber composite beam design of optimally allocating glue-laminated timbers into a web with openings under the condition of given steel flanges. The motivation of this study is to topologically take maximal stiffness harmonizing both tension and compression performance of the steel-timber composite beam and become the eco-frandly timber design for buidling members. As a result of this study, the key web-openings allocation becomes triangle spaces, i.e., empty or no materials, of optimal topologies of both a pure timber plate and a steel flange-web timber plate without web-openings. Several applicable examples verify the effectiveness of topology optimization for steel-timber beams with web-openings.

국내 철근콘크리트 구조물은 겨울철 영하의 날씨로 매년 동결융해가 반복된다. 동결융해의 영향으로 철근콘크리트 구조물에 여러 가지 문제가 발생한다. 동결융해에 의해 손상이 된 철근콘크리트 구조물을 보강하기 위하여 다양한 보강공법 중 CFRRP(탄소섬유강화플라스틱)보강공법을 사용하였다. CFRP는 고강도, 고탄성 경량 소재로 시공성이 우수하며 인장강도, 탄성계 수가 뛰어나다. 본 연구에서는 동결융해 환경에 노출된 철근콘크리트 보(FTB), CFRP 플레이트로 보강한 철근콘크리트 보(FPB), CFRP 플레이트로 보강한 후 동결융해 환경에 노출된 철근콘크리트 보(FFP)의 휨 성능 실험을 하였다. 실험결과 FTB는 최대강 도 도달 이후 강도가 급격하게 감소하였다. FPB는 최대강도 도달하기 전에 강도와 강성이 증가하지만 CFRP 플레이트의 조기 파괴 후에는 효과가 없음을 보여준다. 또한 FFP는 FPB보다 최대강도가 낮았다. 이는 동결융해에 의한 콘크리트 표면과 CFRP 플레이트 사이의 계면전단응력의 감소로 판단된다.