간행물
복합신소재구조학회 논문집 KCI 등재 Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
- 발행기관 한국복합신소재구조학회
- 자료유형 학술지
- 간기 격월간
- ISSN 2093-5145 (Print)2288-0232 (Online)
- 수록기간 2010 ~ 2024
- 주제분류 공학 > 토목공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 532DDC 624
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Vol. 11 No. 6 (2020년 12월) 11건
1.
2020.12
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FRP 보강이 RC 기둥의 내진성능에 미치는 효과를 평가하고자 다양한 실험 연구가 수행되어 왔다. 그 중 많은 연구가 휨지배를 받는 원형 단면 RC 기둥의 거동에 초점을 맞추었다. 단면 형태가 FRP 보강에 의한 구속효과에 영향을 주기 때문에, 단면 형태에 따라 보강효과 및 최종손상 양상이 다를 수 있다. 또한, 기존 RC 기둥 중 일부는 현재의 구조기준을 만족하지 못하는 설계로 인하여 취성적인 파괴 모드인 전단 파괴가 발생할 것으로 여겨진다. 이 두 가지 조건을 고려하여, 현무암 섬유를 함유한 FRP 시트와 복합섬유 패널로 보강한 정사각형 단면을 가진 짧은 RC 기둥의 전단 거동을 살펴보기 위하여 반복하중 실험을 수행하였다. 실험 결과에서 전체적인 전단 거동의 개선을 확인하였으며, 이러한 경향은 모서리 부분에서 심각한 손상이 발생할 때까지 유효하였다.
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2.
2020.12
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GRP관은 연성관으로 분류되며, 지중에서 지반과 함께 외부하중에 저항하는 상호거동을 한다. 또한 국내 설계기준에서는 GRP관의 설계에 대한 명확한 규정을 제시하지 못하고 있으나, AWWA M 45 및 ASTM D 2412에서는 지중매설 GRP관의 관변형에 대한 주요설계변수를 관강성, 지반반력계수, 기초각 등으로 규정하고 있다. 이 연구에서는 지중매설된 연성관의 구조적 거동을 파악하기 위하여 기존 연구에서 수행한 연구결과와 AWWA M 45에서 제시하고 있는 설계식을 이용하여, 관강성, 지 반반력계수, 기초각계수를 변수로 지반-관 상호작용 특성을 검토하였다. 검토결과 지중매설 GRP관의 구조적 거동에 가장 큰 영향을 미치는 설계변수는 지반반력계수이고, 기초각은 180°로 시공하여야 하며, 특히 대구경관에서는 지반의 영향이 더욱 중요한 것으로 나타났다. 따라서 GRP의 안전성을 확보하기 위해서는 시공과정에서 되메움토에 대한 다짐도, 상대밀도, 흙의 종류에 대한 세부적인 규정과 관리가 필요하며, 특히, 헌치부에 대한 시공관리가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
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3.
2020.12
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유리섬유강화 모르타르 관을 구성하는 보강섬유는 직교이방성 부재로 간주되며 재료의 성질은 서로 직각을 이루는 두 개의 축을 기준으로 정의된다. 유리섬유 모르타르 관의 구조적 거동 해석을 수행하기 위해서 길이방향과 원주방향의 재료의 역학적 성질, 즉 탄성계수, 전단탄성계수, 포아송비 등이 필요하며 각각의 성질들은 실험을 통해 결정하였다. 이 실험으로부터 구한 각각의 역학적 성질을 적용하여 간소화된 유한요소해석방법을 제안하기 위해 적층판 이론으로부터 유리섬유강화 모르타르 관의 탄성계수를 계산하고, 계산된 탄성계수를 적용하여 유한요소 해석을 수행하였다. 또한, 유한요소해석과 편평시험을 통해 구한 하중-변위 관계를 비교하였으며 ASTM D2412에서 제시하고 하고 있는 관의 강성 값을 유한요소해석과 실험을 통해 예측하여 비교하였다.
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4.
2020.12
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콘크리트는 안전성과 경제성이 우수한 재료로 인식되어 많은 사회기반시설물의 건설재료로 이용되어 왔으나, 최근에는 노후화 현상 등으로 인한 성능저하가 발생하고 있으며 이는 직·간접적으로 경제적·인명적 피해의 원인이 되기 때문에 여러 가지 보강을 실시하고 있다. 본 연구에서는 복합섬유소재를 활용하는 보강공법을 포함한 다양한 보강공법에 대한 성능비교 실험연구를 수행하고 분석하였다.
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5.
2020.12
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복합재료의 구조물 활용에 있어 동적하중에 의한 재료성능에 대한 영향성은 빈번하게 발생할 수 있다. 이들 동적하중들 중 피로하중은 실제적으로 복합재료 구조 또는 부재의 손상이나 파괴를 야기하는 주요 원인이 된다. 본 연구의 일차적인 목표는 이들 복합재료의 휨 피로 성능을 조사할 수 있는 장비 개발이며 두 번째 목표로는 이들 장비를 활용, 바잘트 복합재료에 대한 휨-피로성능에 대한 초기 연구를 수행하는 것이다. 이를 위하여 진공압출공법을 활용, 평균 두께 4.0mm의 바잘트 섬유보강 플레이트를 제작하였다. 총 5개의 휨-피로 시편들이 제작되었으며 각 시편들은 반복응력 비 Smin/Smax = 1의 크기로 각 시편에 작용하였다. 이때 초기 응력레벨은 122.24MPa로 고려되었으며 재료의 파괴 한계상태를 국외자료를 토대로 초기 강 성 대비 20% 강성 감소로 고려하였다. 최종적으로 본 연구를 통하여 총 3단계 구간들에서 강성값의 감소 변화를 확인할 수 있었다. 첫 번째 구간에서는 대체적으로 높은 강성 감소가 시험체에서 발생하였으며 이후 두 번째 구간에서도 지속적인 강성값 감소가 확인되었다. 최종적으로 3단계 구간에서 복합재료 내 섬유 파단과 더불어 복합재료 전체에 대한 한계파괴상태에 도달하였다.
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6.
2020.12
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현대에 사용되는 콘크리트는 혼화재료 적용을 통하여 워커빌리티와 구조적 성능을 향상시킬 수 있고 극한 환경에서 적용 가능한 기능성 콘크리트로 개발되었으나 외부 요인에 의한 부식, 인장력에 취약한 구조적 한계는 콘크리트의 활용 범위를 제한하였다. 이러한 콘크리트의 단점을 해결하는 방안으로 신소재로써 각광받고 있으며 고유의 기능을 부여할 수 있는 Smart material을 활용하고자 하며 Smart material 중 하나인 탄소나노튜브는 콘크리트의 보강재 중 하나인 철근보다 더 뛰어난 역학적 성능을 보이므로 콘크리트 내 적용을 통해 콘크리트의 향상된 구조성능을 기대할 수 있다. 또 다른 Smart material중 하나인 자기치유 혼화재는 콘크리트 균열면의 앙금 반응을 통해 균열을 메움으로써 콘크리트의 균열 부분 및 내부 배근재의 부식을 최소화하고자 한다. 탄소나노튜브는 시멘트 질량의 0.1, 0.3, 0.5%, 자기치유 콘크리트는 시멘트 질량의 6, 8, 10%만큼 혼입된 콘크리트 복합체의 역학적 거동을 검토하기 위해서 압축강도 시험과 휨시험을 수행하였으며 휨시험이 종료된 시편을 수중에 넣어 0,3,7,14,21,28,56,84일간 자기치유 성능을 검토하였다. 휨시험의 경우 OPC시편과 비교하여 동일 변위에 대해 높은 하중 변화를 보였으나 취성도가 증가하였다. 자기치유 실험의 경우 탄소나노튜브의 경우 일반 OPC 시편보다 약간 향상된 자기치유 성능을 보였으나 혼입량 증가에 따른 경향성을 보이지 못하였다. 자기치유 혼화재의 경우 OPC 또는 탄소나노튜브 혼입 콘크리트보다 초기 속도면에서 느린 회복률을 보였으나 최종 회복률에서 더 우수한 결과를 보였으며 이러한 현상은 혼입율의 증가에 따라 해당 경향이 더 뚜렷히 보였다.
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7.
2020.12
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최근에는 대규모 건축 및 토목 구조물로 인해 건설 부재의 고강도 및 경량화에 대한 요구가 높아지고 있다. 기존의 경량 시멘트 복합체의 경우 단위 체적 중량이 낮아질 수 있으나 강도 저하 문제가 발생한다. 일반적으로 경량화를 위해서는 시멘트 복합체를 배합할 때 일반 경량골재와 고무경량골재, 플라스틱 펠릿 등 다양한 인공 경량골재를 이용한 시멘트 복합체를 혼 합하여 경량화를 확보할 수 있다. 이 중 시멘트 복합체의 인공 경량골재로 플라스틱을 사용하면 상대적으로 골재 자체의 강도를 확보할 수 있지만 재료의 표면 특성으로 인해 시멘트 페이스트에 부착하는데 불리하고 골재로서의 사용이 불리하다. 이에 본 연구에서는 골재로 가장 적합한 플라스틱의 유형을 선택하기 위해 다양한 유형의 플라스틱 시멘트 화합물을 변수로 하여 실험을 진행하였고 실험 결과 플라스틱의 비중이나 표면 재질에 의해서 시멘트 복합체의 물리적 성질이 변화하는 것을 확인할 수 있었다.
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8.
2020.12
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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.
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9.
2020.12
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본 논문은 콘크리트 구조물 보강공법 중 하나인 CFRP 표면매립 긴장보강의 거동을 분석하였다. 이를 위해 CFRP 긴장재 및 긴장시스템을 개발하고 손상후 보강거동 및 충전재 유무에 따른 비부착 보강거동을 고찰하였다. 실험결과, 비부착 실험 체의 보강효과는 무보강 실험체보다 38% 증가하지만, 부착 실험체보다 17% 감소하였다. 손상된 콘크리트를 보강한 경우는 건전한 콘크리트의 보강효과와 유사했다. 정착장치와 부착된 CFRP 긴장재는 안정된 보강효과를 보였다.
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10.
2020.12
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과거에는 건축물의 지하구조물은 지반에 둘러싸여있어 지진이 발생했을 때 지반과 함께 움직이기 때문에 지진에 대한 내진설계가 요구되지 않았다. 하지만, 지진에 대한 사례분석과 연구결과를 바탕으로 지하구조물에도 내진설계가 필요하다는 결론에 도달하였다. 또한, 기존 건축구조기준의 건축물에 대한 내진설계에서는 지하구조물에 대한 내진설계조항이 명확히 규정 되어 있지 않았으나, 지하구조물 내진설계 기준이 포함된 KDS가 시행됨에 따라 횡력에 저항할 수 있는 보-기둥 접합부의 수요가 증가할 것으로 예상된다. 강관기둥에 사용되는 보-기둥 접합부는 보에서 기둥으로 하중을 전달하기 위해서 다이어프램을 설치하는 형태의 접합부가 일반적이다. 이때 설치되는 다이어프램은 제작성 및 시공성을 저하시키며, 지하구조물 공법과 적합성이 맞지 않아 시공시 많은 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 이 연구에서는 다이어프램을 설치하지 않고 기둥의 두께를 증가시켜 보에서 기둥으로 하중을 전달하는 접합부 3개와 삼각형 유닛을 조립하여 제작한 접합부 1개를 제작하여 인장력을 전달하는 실험적 연구를 수행하였다. 실험결과는 구조기준에서 제시하고 있는 집중하중이 작용하는 강관의 강도와 비교하여 분석하였다.
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11.
2020.12
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저해상도 하수관거의 균열을 탐지하기 위해서 웨이블릿 기법을 이용하여 연구를 수행하였다. 변수 4개를 설정하여 파라미터 연구를 수행하였으며 기존 CNN 기법의 연구와 비교를 통해 타당성을 검증하였다. 연구 결과 본 연구에 제시된 파라미터 변수들의 기본값만 사용하더라도 97.2%의 높은 정확도를 나타내었으며, 정확도가 들쭉날쭉하지 않고 안정성을 나타내었다. 따라서, 웨이블릿 기법을 활용하여 구조물의 균열 등 결함 인식 등의 문제를 잘 해결할 것으로 판단되며 향후 연구로 딥러닝 기법과의 상호 보완적인 방법을 모색하고자 한다.
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