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 ~ 2026
- 주제분류 공학 > 토목공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 532DDC 624
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Vol.17 No.3 (2026년 6월) 7건
1.
2026.06
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원자력발전소의 전기장비는 구조물과 달리 고주파 및 저주파 성분을 모두 포함하는 지진하중에 민감하게 반응한다. 특히, 전기 캐비닛 내부에 설치된 계전기(relay)는 지진 시 접점 채터(contact chatter)나 출력신호 변동 등의 현상을 일으켜 장비의 기능적 건전성에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 원전용 축전지 충전기(Battery Charger, B/C) 내부의 계전기를 대상으로 3축 진동대 (Triaxial Shaking Table) 실험을 수행하여, 내진보강(seismic retrofit)에 따른 캐비닛 내부 진동응답 및 계전기 채터 특성을 분석하 였다. 시험은 다주파 인공지진파를 입력하여 수행되었으며, 채터 발생 여부와 지속시간을 실시간으로 계측하였다. 그 결과, 입력가속도 크기가 증가함에 따라 채터 지속시간 및 발생확률이 뚜렷하게 증가하였으며, 응답가속도와 채터발생확률 간의 상관관계를 경험적으로 도출하였다. 또한, 외부 앵글 브래킷(external bracket) 및 스트럿(strut) 등 내진보강 방식에 따른 캐비닛의 진동응답 저감 효과를 정량적으로 평가하였다. 본 연구의 결과는 전기장비의 내진보강 설계 시 구성품 수준의 진동응답 저감 효과를 고려할 수 있는 기초자료 로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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2.
2026.06
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본 연구에서는 폴리프로필렌 섬유를 혼입한 투수콘크리트의 역학적 성능 및 투수 특성을 평가하였다. 평가는 최대치수 13 mm 및 20 mm의 굵은골재를 고려하여 수행하였다. 골재 크기와 섬유 종류의 영향을 확인하기 위하여 압축강도, 휨강도, 공극률 및 투수계수를 측정하였다. 실험 결과, 최대치수 20 mm 골재를 사용한 시험체는 높은 공극률과 투수계수를 나타내어 우수한 배수 성능을 확인할 수 있었다. 그러나 압축강도와 휨강도는 낮게 나타났으며, 측정된 휨강도는 포장재 기준인 4.5 MPa를 만족하지 못하였다. 반면 최대치수 13 mm 골재를 사용한 시험체는 공극률과 투수계수가 낮게 나타났으나, 5 MPa를 초과하는 휨강도를 확보하여 포장재로서 의 구조적 적용 가능성을 나타냈다. 또한 폴리프로필렌 섬유는 모든 배합에서 압축강도를 향상시켰다. 미세 폴리프로필렌 섬유는 내부 공극을 감소시키고 골재와 페이스트 사이의 부착을 개선하였기 때문에 효과적으로 작용하였다. 이러한 결과는 투수콘크리트를 포장재 로 적용하기 위해서는 배수 성능과 구조적 안정성의 균형을 고려한 최적 배합설계가 필요함을 보여준다.
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3.
2026.06
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일반적인 도로교와 달리 방조제 배수갑문 교량은 대규모 질량의 수문이 교각에 직접 일체화된 고도의 비정형 복합 구조물로, 집중적인 지진 손상에 매우 취약하다. 충돌과 같은 복잡한 동적 상호작용을 정확하게 평가하기 위해, 본 연구는 ABAQUS를 활용하여 배수갑문 교량에 대한 3차원 비선형 시간이력해석(NLTHA)을 수행하였다. 구조물의 비선형 극한 거동을 구현하기 위해 콘크리트 손상 -소성 모델과 포트 받침의 접촉 비선형성을 모사하는 커넥터 요소가 적용되었다. 해석에는 세 가지 실측 지진파를 바탕으로 최대지반 가속도로 스케일링된 총 36개의 지진 하중 조건이 사용되었다. 해석 결과, 지진 작용 방향에 따라 뚜렷하게 다른 파괴 메커니즘이 규명되었다. 교축 방향 지진 작용 시에는 교대와 갑문 간의 비선형 충돌이 발생하여 교각에 손상이 발생하였다. 반면 교직 방향 지진 시에는 고중량의 갑문이 수동적 감쇠기 역할을 수행하여 지진 에너지를 흡수하고 교각의 전체적인 붕괴를 방지하였다. 그러나 소산되 지 못한 잉여 지진 에너지가 거더 하부로 재분배되면서 응답 스펙트럼 증폭비(AF)의 증가 및 인장 균열 및 주철근 항복과 같은 손상이 유발되는 것을 확인하였다.
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4.
2026.06
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화학적 해중합을 통해 얻은 재활용 탄소섬유(rCF)로 보강된 고유동 콘크리트의 압축 및 휨인장거동을 평가하고 설계 모델을 제안하였다. 실험 변수로는 섬유 길이(12, 24, 36 mm)와 콘크리트 강도 수준(일반 및 고강도)이 포함되며, 섬유 혼입은 부피비 2.0% 로 설정하였다. 실험 결과, rCF를 첨가한 경우 비보강 콘크리트에 비해 압축강도와 극한 변형률 모두 향상된 것으로 나타났다. 일반강 도 배합에서는 피크 변형률과 피크 이후의 연성이 현저히 개선되었으며, 잔류 휨인장강도는 섬유 길이가 길어질수록 증가했다. 그러나 고강도 배합의 경우, 피크 응력 이후 갑작스러운 취성 파괴가 발생하여 연성 개선 효과가 제한적이었다. 이러한 압축 거동을 예측하기 위해, Carreira–Chu 모델에 보강 지수(RI)를 도입하여 피크 변형률과 하강 지점을 보정함으로써 압축 응력-변형률 모델을 개발하였으 며, 일반강도 배합의 경우 RMSE 1.66–3.99 MPa 및 R² = 0.75∼0.98의 결과를 얻었다. 또한, 잔류 휨인장강도와 변형률 수준을 반영하기 위해 BS EN 14651을 기반으로 한 휨인장 모델을 제안하였다. 실험 데이터와의 비교를 통해 제안한 모델들은 rCF 보강 고유동성 콘크리트의 구조적 거동을 정확하게 예측하는 것으로 확인되었다.
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5.
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본 연구는 강재 접합부의 부식 문제를 해결하기 위해 FRP 볼트를 적용한 대체 구조물을 대상으로, 접합부의 국부적인 역학적 거동을 규명하고 최적의 설계 사양을 도출하는 것을 목적으로 한다. 기존의 보(Beam) 요소 기반 전체 구조 해석이 갖는 국부 응력 집중 및 재료의 이방성 고려 미비라는 한계를 보완하기 위해, ABAQUS를 활용한 3차원 상세 유한요소 모델을 구축하고 Hashin 파괴 기준을 적용하여 안정성을 평가하였다. 해석 결과, 기존 M10 규격의 GFRP 볼트는 특정 접합부(Node 2, 6)에서 파손 지수(Damage Index, DI)가 절대적 파손 한계인 1.0을 초과하여 구조적 안전성을 확보하지 못하는 것으로 나타났다. 특히 섬유 방향의 인장 파손 (FT)보다 기지 압축(MC) 및 기지 인장(MT) 파손 지수가 현저히 높게 나타나, 볼트 축 방향 강도보다는 횡방향 및 전단 강도가 파손의 지배적인 원인임을 확인하였다. 안전성 확보를 위한 매개변수 해석 결과, 제작 및 품질 측면에서 재료 강도를 증진하는 방안은 MT 모드의 보수적 안전율(DI < 0.7)을 만족시키기 위해 요구되는 강도 향상 폭이 현실적으로 과도한 것으로 분석되었다. 반면, 시공 측면 에서 볼트 규격을 확대한 결과, M16 규격 적용 시 초기 설계 대비 DI가 73.4%에서 92.7%까지 대폭 감소하며 모든 파손 모드에서 보수적 파손 한계를 충분히 만족하는 것으로 확인되었다. 따라서 재료의 불확실성과 장기 성능 저하를 고려하여 M16 규격 볼트를 최종적인 합리적 설계 방안으로 제안한다.
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6.
2026.06
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본 연구는 EBROG공법을 적용한 CFRP 판 보강 보의 휨거동에 대한 유한요소 해석으로 ABAQUS 프로그램을 사용하였으며 실험결과와 해석결과를 비교함으로써 유한요소 해석 프로그램의 신뢰성을 검증하는 기준을 제시하는데 있다. 총 모델 4개에 대하여 ABAQUS의 Dynamic Explicit 기법을 이용하여 해석을 수행하였다. 중요한 요소인 하중-처짐 곡선, CFRP의 부착 박리 거동, 그리고 균열 모습을 종합적으로 비교하였다. 해석 결과에 따르면 실험결과처럼 콘크리트 인장면에 홈을 형성하여 CFRP 판의 박리 과정을 지연 시킬 경우 최대 56% 까지 극한 강도가 증가하는 것으로 나타난다. 또한 EBROG 공법을 적용할 경우, 기존의 EBR 공법에 비해 CFRP의 부착 박리 과정을 효과적으로 지연시킬 수 있는 것으로 확인되었다. 전체 해석 결과를 종합한 결과, 유한요소해석 결과는 실험 결과 대비 오차율 10% 이내로 나타났다.
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7.
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본 연구에서는 CFRP 튜브 합성 콘크리트 말뚝(CFRP Tube Composite Concrete Pile, CFRP-CP)의 휨 성능을 실험적으 로 평가하였다. 실물 크기의 시험체는 직경 500 mm, 길이 10 m로 제작되었으며, CFRP 튜브의 두께는 6 mm이다. CFRP-CP 시험 체는 CFRP 튜브 내부에 콘크리트를 충전한 후 원심성형을 통해 100 mm 두께의 중공단면으로 제작하였다. 실험 변수는 CFRP 튜브 내 탄소섬유의 혼입률과 전단키 적용 여부를 고려하였으며, CFRP 튜브를 포함하여 총 7개의 시험체에 대해 휨 실험을 수행하였다. 실험 결과, CFRP 튜브 시험체의 최대하중은 72.37~76.32 kN으로 나타났으며, CFRP-CP 시험체의 최대하중은 358.69~548.38 kN 으로 나타났다. CFRP-CP 시험체는 내부 콘크리트의 압축저항 및 단면 형상 유지 효과로 인해 CFRP 튜브 시험체 대비 높은 초기강성 과 하중저항 성능을 나타내었다. 또한 전단키가 적용된 CCS-45-1 시험체는 콘크리트 균열 이후 급격한 하중 저하가 완화되는 경향을 나타냈다. 이는 기계적 부착으로 인해 계면에서의 응력 전달 성능이 개선된 것으로 판단된다. 모든 CFRP-CP 시험체에서 단부 상대 변위는 매우 낮게 나타났으며, 이는 원심성형 공정에 의해 CFRP 튜브와 콘크리트 간 계면 부착성능이 안정적으로 확보되었음을 시사 한다. 본 연구 결과는 FRP 복합재 기반 고내구성 구조부재 개발을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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