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.4 (2026년 8월) 10건
1.
2026.08
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박태열, 최준환, 고한준, 강민정, 권민호
인발성형 유리섬유 강화 폴리머(pGFRP) H-형강은 건설 분야에서 기존 강재를 대체할 혁신적이고 가벼우며 부식에 강한 소재로 부상하고 있다. 그러나 하중저항계수설계법(LRFD) 기준을 확립하려면 재료에 내재한 불확실성을 규명해야 한다. 본 연구는 파괴 모드와 극한 하중을 분석하기 위해 서로 다른 전단경간비(a/d = 7.5, 5.0, 2.5)를 갖는 pGFRP H-형강을 대상으로 4점 휨 시험을 수행하였다. 실험 결과, 지간이 짧아질수록 파괴 메커니즘이 뚜렷하게 전이함을 확인하였다. a/d = 7.5 및 5.0 시험체는 휨 지배적 파괴 양상을 보인 반면, 단경간 시험체(a/d = 2.5)는 전단 및 국부 압괴로 인해 조기 파괴되었다. 이러한 파괴 특성을 반영하 여, 본 연구는 최우추정법(MLE)과 적합도 검정을 통해 재료의 최약 링크(Weakest-link) 파괴 거동을 모사하는 최적의 모형으로 와이 블(Weibull) 분포를 선정하였다. 나아가 제한된 표본 크기에서 발생하는 통계적 불확실성을 제어하고자 ASTM D7290 규격을 적용하 였으며, 이를 통해 80% 하한 신뢰구간을 만족하는 LRFD 기반 설계 공칭 강도를 도출하였다. 본 연구가 제안한 강도 값은 pGFRP의 변동성을 보수적으로 반영하며, 향후 LRFD 구조 설계 기준을 정립하는 데 기초 자료를 제공한다.
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2.
2026.08
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조강흠, 홍기남
본 연구에서는 Externally Bonded Reinforcement on Grooves(EBROG) 공법으로 부착된 CFRP-콘크리트 접합부의 부 착강도를 예측하기 위한 머신러닝 기반 명시적 예측식을 제안하였다. 이를 위해 기존 문헌에서 보고된 CFRP sheet 실험체 137개와 CFRP plate 실험체 44개로 구성된 총 181개의 단일 랩 전단시험 데이터베이스를 구축하였다. 입력변수는 FRP 폭, FRP 축강성, 홈 개수, 홈 폭, 홈 깊이, 콘크리트 압축강도 및 FRP type으로 설정하였다. Random Forest와 XGBoost 모델을 적용한 결과, XGBoost 모델이 검증 데이터에서 상대적으로 안정적인 예측성능을 보여 기준 모델로 선정하였다. 이후 XGBoost 모델에서 도출된 변수별 응답 곡선을 바탕으로 거듭제곱 함수와 포화형 함수를 조합한 명시적 예측식을 도출하였다. 제안식은 CFRP sheet에 대해 RMSE 1.73 kN, MAPE 9.95%, CFRP plate에 대해 RMSE 1.38 kN, MAPE 2.11%의 예측성능을 보였다. 따라서 제안식은 EBROG 공법으로 부착된 CFRP 접합부의 부착강도를 합리적으로 예측할 수 있을 것으로 판단된다.
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3.
2026.08
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김동현, 이성철, 이진영, 홍근태, 양준모
최근 건설산업에서는 철근 부식 문제를 해결하고 탄소배출을 저감하기 위한 대안으로 유리섬유강화폴리머(glass fiber-reinforced polymer, GFRP) 보강근이 주목받고 있다. 그러나 GFRP 보강근은 표면 리브(rib)의 형성 방식과 같은 제조공정에 따라 역학적 성능이 달라질 수 있음에도 불구하고, 이에 대한 체계적인 비교ㆍ평가는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 제조공정이 서로 다른 두 종류의 GFRP 보강근인 함몰리브형과 리브부착형을 대상으로 인장시험, 횡방향 전단시험 및 인발 부착시험을 수행하고, 이들의 역학적 특성과 파괴 거동을 비교ㆍ분석하였다. 인장시험 결과, 함몰리브형 보강근은 응력이 비교적 균일하게 전달되어 브러시형 파괴를 나타냈으며, 리브부착형보다 높은 탄성계수를 발현하여 균열 및 처짐 제어에 유리한 것으로 평가되었다. 횡방향 전단강도는 두 종류의 보강근 모두 섬유의 충전 밀도에 지배적인 영향을 받는 것으로 나타났다. 인발 부착시험에서는 함몰리브형 보강근이 콘크리트 파괴를 동반한 취성 적 거동을 보인 반면, 리브부착형 보강근은 돌출된 리브가 점진적으로 박리되면서 에너지를 소산하는 상대적으로 연성적인 거동을 나타냈다. 이상의 결과로부터 GFRP 보강근의 제조공정과 표면 형상은 강성뿐만 아니라 콘크리트와의 부착성능 및 파괴 메커니즘에 유의한 영향을 미치는 것으로 확인되었으며, 향후 GFRP 보강 콘크리트 부재의 설계 및 성능평가 시 이러한 제조공정별 특성을 고려할 필요가 있다.
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4.
2026.08
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최진석, 신현오, 민경환
교량 상 자갈궤도의 종방향 저항 특성을 규명하기 위해 UIC 60 kg 침목 5본이 체결된 실대형 시험체를 제작하고, 레일 단부에 하중을 가하는 레일변위 시험과 슬래브에 하중을 가하는 슬래브변위 시험을 각각 수직하중 재하⋅비재하 조건에서 수행하였다. 레일변위 시험은 레일 자체의 축방향 탄성신장이 계측 변위에 포함되어 초기강성이 설계기준보다 높게 나타났으며, 침목별 힘 전달 지연으로 완전소성 도달에 큰 변위가 요구되었다. 반면 슬래브변위 시험은 모든 침목에 동일한 슬립을 부여하여 자갈의 국부 저항-슬 립 관계를 직접적으로 반영하였다. 두 시험 방법 모두 설계기준의 이선형(bilinear) 모델과 달리 항복 이후에도 저항력이 완만히 증가 하는 비선형 거동을 나타내었다. 이에 슬래브변위 소변위 데이터에 Ramberg-Osgood 모델을 적용한 결과 결정계수(R²) 0.998 이상 의 높은 정확도로 명확한 항복점을 도출하였다. 본 연구 결과는 궤도-교량 상호작용 해석의 정확도를 높이는 비선형 저항력 모델로 활용될 수 있다.
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5.
2026.08
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유인근, 김우석
최근 탄소중립 및 지속가능한 건축에 대한 관심이 증가함에 따라 전통 한옥의 구조적 성능과 시공성 개선을 위한 기술 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 한옥 벽체의 구조적 일체성과 시공 정밀성을 향상시키기 위하여 프리패브 기반 결구 시스템을 적용한 복합 벽체를 개발하고, 수직 축하중 강도 및 휨 인장시험을 통해 구조 성능을 평가하였다. 주요 구조부재에는 Douglas-fir를 적용하고 OSB 및 미송합판을 결합하여 벽체 시스템을 구성하였다. 수직 축하중 시험 결과 평균 최대하중은 18.72 kN, 평균 축하중 강도는 8.92 MPa로 나타났으며, 휨 인장시험에서는 최대 인장강도 2.51 MPa를 나타냈다. 주요 파괴 형태는 수직 축하중 시험에서 기둥의 국부 좌굴, 휨 인장 시험에서 목재와 판재 사이의 부분적인 계면 분리로 나타났다. 실험 결과 제안된 결구 시스템은 안정적인 하중 전달과 구조적 일체성을 확보하는 것으로 나타났으며, 전통 한옥의 구조적 특성을 유지하면서 현대화된 복합 벽체 시스템으로 적용할 수 있는 가능성을 확인하였다.
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6.
2026.08
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최준환, 최동영, 박태열, 김규태, 권민호
본 연구는 50 GPa 이상의 탄성계수를 갖는 GFRP 보강근을 적용한 콘크리트 보의 장기 거동에 대한 실험적 분석을 수행하 였다. ACI 440.11-22 및 CSA S806-12를 포함한 현행 설계 규정은 철근 콘크리트 부재의 설계 방식을 준용하여, 단기 처짐에 경험적 계수를 곱하는 방식으로 장기 처짐량을 산정한다. 그러나 이러한 계수들은 과거의 저탄성계수 GFRP 보강근 데이터를 기반으로 도출되 었으므로, 최근 사용되는 고탄성계수 보강근에 이를 그대로 적용하는 것은 적합하지 않다. 이러한 한계를 극복하기 위해 본 연구에서는 하중 단계, 보강비, 보강근의 직경을 주요 변수로 설정하여 GFRP 보강 콘크리트 보에 대한 장기 하중 가력 실험을 진행하였다. 이를 통해 부재의 크리프와 휨 강성 변화를 정량화하였으며, 현행 설계 기준의 정확성을 평가하고 보강재의 강성이 장기 거동에 미치는 영향을 분석하였다. 실험 결과, 기존의 장기 처짐 계수는 높은 하중 수준에서 고탄성계수 GFRP 보강 콘크리트 보의 시간 경과에 따른 처짐을 정확하게 예측하지 못하는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구는 고탄성계수 GFRP 보강 부재의 거동 특성을 반영한 새로운 장기 처짐 예측 모델의 필요성에 대한 근거를 제시한다.
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7.
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이재모, 정우영
본 연구에서는 표면 손상의 형상과 면적비가 GFRP 보강근의 휨 피로거동에 미치는 영향을 수치해석적으로 평가하였다. 이를 위해 Abaqus를 이용하여 3차원 4점 휨 해석 모델을 구축하고, 누적 피로손상과 강성 저하를 모사할 수 있는 사용자 정의 재료 서브루 틴을 적용하였다. 또한 계산 효율성을 향상하기 위해 cycle jump 기법을 사용하였다. 표면 손상은 횡방향 노치(Type-T), 종방향 노치 (Type-L) 및 국부 찍힘(Type-P)으로 이상화하였으며, 손상 깊이는 1.0 mm로 고정하고 손상 면적비는 0.5∼2.5%로 변화시켰다. 해 석 결과, 모든 손상 모델은 무손상 기준 모델보다 짧은 피로수명을 나타냈다. 손상 면적비 2.0%에서 Type-L, Type-T 및 Type-P의 예측 피로수명은 각각 50,202회, 59,984회 및 65,988회로 산정되었으며, 본 해석 조건에서는 Type-L이 가장 짧은 피로수명을 나타 냈다. 이러한 결과는 동일한 공칭 손상 면적과 깊이를 갖는 경우에도 손상의 방향과 기하학적 형상이 휨 피로수명에 영향을 미칠 수 있음을 보여준다. 따라서 GFRP 보강근의 표면 손상 평가에서는 손상 면적과 깊이뿐만 아니라 손상의 방향과 형상도 함께 고려할 필요 가 있다. 다만 본 연구에서 예측된 피로수명은 절대적인 설계값보다는 손상 조건 간 상대적인 비교 결과로 해석하는 것이 적절하다.
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8.
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박기준, 장인동, 이남곤, 박정준, 송호재
본 연구에서는 콘크리트 2차 제품 제조공장에서 생산되고 증기양생을 완료한 순환토사 보도블록을 대상으로 CO₂ 양생조건에 따른 탄산화 거동과 제품성능을 평가하였다. 폐콘크리트계 건설폐기물의 파쇄 및 선별과정에서 발생한 순환토사를 사용하였으며, 순환 토사 치환율은 배면층의 석분과 순환토사 총 질량에 대한 순환토사의 질량비로 30% 및 50%로 설정하였다. 제조 후 약 1주일이 경과한 시험체에 기건양생, 상온 CO₂ 양생 및 60℃ 가열 CO₂ 양생을 각각 1일간 적용하였으며, 두 CO₂ 양생조건의 CO₂ 농도는 40%로 설정 하였다. 무게변화율, 탄산화 깊이, 휨강도 및 흡수율을 측정하고, XRD 및 TGㆍDTG 분석을 통해 반응생성물의 변화를 검토하였다. 상온 CO₂ 양생에서 순환토사 치환율 30% 및 50% 시험체의 무게변화율은 각각 1.36%와 1.88%로 가장 크게 나타났다. 가열 CO₂ 양생은 가장 큰 탄산화 깊이를 나타냈으나, 무게변화율과 휨강도 및 흡수율 개선효과는 상온 CO₂ 양생보다 작았다. CO₂ 양생 후 휨강 도는 증가하고 흡수율은 감소하였으며, 순환토사 치환율 50% 시험체도 CO₂ 양생 후 휨강도 기준을 만족하였다. XRD 및 TGㆍDTG 분석에서는 CO₂ 양생 후 portlandite 관련 피크가 감소하고 calcite 및 탄산염 관련 거동이 증가하는 경향이 확인되었다. 이상의 결과 로부터 상온 CO₂ 양생이 순환토사 보도블록의 탄산화 거동과 제품성능을 종합적으로 개선하는 데 효과적인 조건으로 평가되었다.
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9.
2026.08
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이종억, 정우태
본 연구에서는 CFRP 케이블의 현장 적용을 위한 나사부 슬리브 정착구의 인장성능을 평가하였다. 주요 변수는 내부 홀 유무 와 CFRP 케이블과 슬리브의 합성방식을 고려하였다. 내부 홀 유무에 따른 정착구의 평균 최대하중은 각각 216.6 kN과 278.8 kN으로 나타났다. CFRP 케이블, 접착식 합성 정착구 및 압착식 합성 정착구의 평균 최대하중은 각각 252.8, 245.2 및 358.3 kN이었다. 압착식 합성 정착구는 접착식보다 46.2% 높은 최대하중과 안정적인 하중전달 거동을 나타냈다. 두 합성 정착구는 케이블 인발이나 계면 분리 없이 슬리브 파단으로 최종 파괴되었다. 이를 통해 압착식 합성 정착구의 현장 적용 가능성을 확인하였으며, 향후 압착조건 최적화와 피로, 장기하중 및 환경노출에 대한 추가 연구를 통해 CFRP 케이블의 현장 적용성을 확대할 수 있을 것으로 판단된다.
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10.
2026.08
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최석원, 정우영
본 연구는 강재 다웰바의 부식 문제를 개선하기 위한 대안으로 국내에서 제작 중인 공칭직경 25 mm의 코어-외피형 FRP 다웰바(F25)에 대한 기초 재료역학적 성능을 평가하는 것을 목적으로 한다. 횡방향 전단강도는 ASTM D7617/D7617M, 겉보기 전단 강도는 ASTM D4475를 준용하여 평가하였으며, 공칭 휨강도는 ASTM D4476의 시험 개념을 참고한 원형 전단면 수정 3점 휨시험을 통해 산정하였다. 각 시험에는 5개의 시험체를 사용하였으며, 시험결과는 한국도로공사 품질기준과 ASTM D8444에서 제시하는 강도 기준을 바탕으로 비교하였다. F25의 평균 횡방향 전단강도는 161.66 MPa로 ASTM D8444의 평균 기준인 160 MPa을 만족하였으나, 5개 시험체 중 2개는 해당 기준보다 낮은 결과를 나타냈다. 평균 겉보기 전단강도는 28.68 MPa로 한국도로공사 기준인 36 MPa과 ASTM D8444에서 제시하는 50 MPa에 모두 미달하였으며, 모든 시험체가 두 기준을 만족하지 못하였다. 반면 평균 공칭 휨강도는 463.13 MPa로 한국도로공사 기준인 400 MPa을 만족하였고, 모든 시험체가 기준 이상의 결과를 나타냈다. 이러한 결과를 통해 F25 는 횡방향 전단 및 공칭 휨에 대해서는 일정 수준의 재료성능을 확보하였으나, 겉보기 전단성능이 전체적인 품질기준 충족을 제한하는 주요 항목임을 확인하였다. 다만 본 연구는 완성품에 대한 재료시험에 한정되므로, 강재 다웰바 대체 가능성과 실제 줄눈부의 하중전달 성능을 판단하기 위해서는 제조 및 파괴특성 분석과 콘크리트 매입 실대형시험이 추가로 필요하다.
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