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한국구조물진단유지관리공학회 논문집 KCI 등재 Journal of The Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection
- 발행기관 한국구조물진단유지관리공학회
- 자료유형 학술지
- 간기 격월간
- ISSN 2234-6937 (Print)2287-6979 (Online)
- 수록기간 1997 ~ 2020
- 주제분류 공학 > 안전공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 531DDC 624
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Vol.22. No.2 (2018년 3월) 21건
1.
2018.03
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현수교 주 케이블은 케이블 밴드의 볼트 축력에 대한 정기적인 유지 관리가 매우 중요하다. 현수교 케이블 밴드의 볼트 축력은 시간이 경과함에 따라 케이블 소선의 크리프 현상, 볼트의 릴렉세이션, 하중 변동, 케이블 소선의 재배열 등으로 인해 축력 감소 현상이 발생하게 된다. 본 연구에서는 국내 현수 교량(SR대교)의 케이블 밴드가 시간이 경과하면서 발생하는 축력 감소 현상에 대해 그 원인 및 감소량 등에 대한 현장 측정 및 이론적 검토, 안전율 검토, 장기적인 이력 관리 등을 수행하였다. 그 결과, 케이블 밴드 볼트 축력 감소는 주 케이블 소선에 사용된 아연 도금층의 소성 변형에 크게 영향받는 것을 확인하였으며, 이에 대한 이론적 체계 및 장기 이력 관리에 대한 적용성을 확립하였다.
2.
2018.03
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중공슬래브는 휨 성능에 영향을 미치지 않는 부분의 콘크리트 단면을 삭제하고 중공재로 치환함으로써 중공재 부피만큼 콘크리트가 줄어들어 자중 감소효과를 가져오는 장점이 있다. 또한, 콘크리트의 물량절감뿐 아니라 친환경적 측면에서 이산화탄소의 배출도 저감할 수 있어 효과적이다. 하지만, 중공재로 치환한 부분의 지압강도가 명확하지 현장 적용 시에 여러 가지 문제점이 발생한다. 이에 본 연구에서는 중공재가 포함된 중공슬래브를 제작하여 각 타입별(트럭 하중 적용 시, 동바리 하중 적용 시 및 잭 서포트 하중 적용 시)로 국부지압강도 실험을 수행하여 중공슬래브 국부 지압강도의 안전성을 평가하고자 한다. 트럭하중 적용 시, 동바리 하중 적용 시 및 잭 서포트 하중 적용 시의 실험결과 중공재 연결부위 및 중공재 상부의 지압강도는 모든 실험체에서 허용 하중 이상을 보유한 것으로 나타났다. 또한 데크 적용 유무에 따른 실험결과도 모두 허용 하중을 초과하여 안정성을 확보하는 것으로 나타났다.
3.
2018.03
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콘크리트는 장기수명이 요구되는 구조물에 적합한 건설재료로 내구성이 우수하지만 장기간 지하수에 노출되어 발생하는 칼슘용출 현상에 대한 이해 및 이에 따른 RC 부재의 휨 거동 특성을 평가할 필요가 있다. 실험결과에 따르면, 광물질 혼화재는 RC 부재의 장기강도 개선에 효과적이지만, 칼슘용출이 발생하면 RC 부재의 항복하중 및 휨 강성이 감소하고 중립축깊이와 처짐량이 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 칼슘용출에 의한 열화는 RC 부재의 성능 저하를 유발하므로 칼슘용출 환경에 노출되는 지하구조물에 광물질 혼화재가 적용될 경우에는, 광물질 혼화재 종류에 따른 최적 혼입 비율이 마련되어야할 것으로 사료된다.
4.
2018.03
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본 논문은 SIFCON으로 제작된 휨부재의 휨거동에 대한 실험적·해석적 연구결과를 제시한다. 우선, 12개의 SIFCON 보에 대한 휨실험을 실시하고 휨거동을 평가하였다. 실험변수로는 강섬유 종류, 인장철근 유·무, 단면의 높이를 고려하였다. Type-A 강섬유보다 뽐힘저항성이 우수한 Type-B 강섬유를 사용한 시험체는 전단파괴가 발생하지 않고 휨파괴 거동을 보였으며, 강섬유 형상비는 인장철근을 사용하지 않는 SIFCON 보의 거동에 큰 영향을 주었으나 인장철근을 갖는 SIFCON 보의 거동에 대해서는 그 영향이 매우 미미하게 나타났다. 추가적으로 본연구에서는 SIFCON에 대한 휨강도 예측식을 제시하였다. 휨강도 예측값에 대한 실험값의 비의 평균과 표준편차가 각각 1.02와 0.04로 나타나 휨강도 예측식은 SIFCON 보의 설계 및 성능 평가에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 생각된다.
5.
2018.03
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아스팔트 콘크리트 궤도(ACT)의 변형을 최소화하고 구조적 안전성을 확보하기 위해서는, 열차 하중을 분산 및 저감시킬 수 있고 아스팔트 도상의 노출을 줄일 수 있는 광폭 형태의 콘크리트 침목이 필요하다. 본 연구에서는 형상 설계를 통해 아스팔트 콘크리트 궤도용 광폭 PSC침목을 개발하였으며, 유한요소해석을 통해 레일 좌면부 및 침목 중앙부에 대한 구조 안전성을 검토하였다. 또한 아스팔트 콘크리트 궤도용 광폭 PSC침목의 설계 적합성을 검증하기 위하여, EN 13230-2에 의거 침목 주요 위치별로 정적 휨 강도 시험, 동적 휨 강도 시험 및 피로 시험을 수행하였다. 성능 시험 결과, 아스팔트 콘크리트 궤도용 광폭 PSC침목은 균열 하중, 파괴 하중, 및 균열 확대 여부 등 유럽 표준에서 요구되는 성능 기준을 모두 충족하였다.
6.
2018.03
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본 연구에서는 강주형과 바닥판의 합성에 사용되는 전단연결재에 대한 연구를 위해 세계 각국에서 사용되는 설계기준과 연구사례를 분석하고 교량 바닥판에 작용하는 각종 수직하중으로 인해 강주형과 콘크리트 슬래브의 접촉면에 발생하는 수평방향의 전단력을 전달하는 이 연결재를 설치한 밀어내기 시험체에 대하여 전단실험을 수행하였으며, 이 시험을 통하여 철근 대신 FRP 철근이 배치된 Steel strap 바닥판의 전단열재 평가식을 제안하였다. 본 연구에서의 제안식은 도로교설계기준의 전단연결재 허용강도 대비 약 3배의 안전율을 가지고 있으며, 기존의 DIN 기준과 Viest 평가식과 비교하면 5%정도의 오차로 유사한 결과를 보여주었다.
7.
2018.03
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본 연구는 콘크리트 산업에 있어 자원 고갈, 환경 문제 등을 대처할 수 있는 순환골재의 활용을 촉진하며 순환골재콘크리트의 레미콘 실생산을 위한 기초적 연구로서, 순환골재 사용량에 따른 슬럼프 고정 순환골재콘크리트의 물시멘트비 변화 및 물리적 특성을 실험하고 그 결과를 회귀분석하여 순환골재콘크리트의 압축강도 추정을 위한 단위시멘트량, 순환골재의 사용량, 물시멘트비 등 레미콘 생산 조건을 검토하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 순환골재를 사용한 콘크리트는 목표 슬럼프를 유지하기 위해서는 단위수량 증가가 요구되며, 순환굵은골재 보다 순환잔골재의 치환에 더 많은 단위수량의 증가가 필요하였다. 순환잔골재의 치환율은 60%이하는 레미콘 품질기준에 벗어나지 않는 공기량 확보가 가능하였다. 순환골재를 사용한 콘크리트의 압축강도는 순환골재의 치환율이 증가할수록 감소하는 것으로 나타났으며, 특히 순환잔골재를 100% 치환한 경우 압축강도는 25%정도 저하하였다. 순환골재를 사용한 콘크리트의 배합인자에 따른 압축강도의 상관관계를 분석한 결과, 순환잔골재>물시멘트비>공기량 순으로 영향을 미치는 것으로 나타났다.
8.
2018.03
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기존의 LB-DECK는 레티스바와 현장에서 배근되는 철근과의 간섭이 시공성 등을 저하시키는 문제점이 지적되고 있었다. HB-DECK는 레티스바의 형태를 단순화하고, 방향을 주철근 방향에서 배력근 방향으로 전환하였으며 강성을 증가시키기 위해 하면에 리브를 설치하였다. 본 연구에서는 HB-DECK가 프리캐스트 콘크리트 슬래브로써 성능을 발휘할 수 있는지를 검증하고자 하였다. 이를 위해 도로교설계기준(2015)에 의한 구조검증과 HB-DECK와 현장타설 콘크리트와의 합성거동 분석을 위해 정적재하시험을 수행하였다. 범용구조해석 프로그램인 MIDAS FEA를 이용하여 3차원 유한요소해석을 수행하였으며, 해석결과와 실험결과를 비교분석하였다. 그 결과, HB-DECK는 현장타설 콘크리트와 완전한 합성거동을 하는 것으로 나타났으며, 도로교설계기준(2015)에서 요구하는 구조성능을 만족하는 것으로 나타났다.
9.
2018.03
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본 연구에서는 기존의 균열보수 주입공법의 문제점을 해결하기 위하여 일반포트와는 다르게 중앙부에 높은 압력을 견딜 수 있도록 저장관의 재질은 고탄성 라텍스를 사용하였으며, 균열부위에 보수용액을 주입시 콘크리트 균열 내부에 존재하고 있는 공기가 배출될 수 있도록 TPS 공법을 개발 하였다. 또한 보수용액의 역류를 차단하는 밸브를 주입구에 설치한 새로운 주입식 포트를 개발하고 이에 대한 물리적 특성을 분석하였다. 분석 결과, 기존 주사기 공법에 비해 보수용액 주입속도가 향상되고, 시험조건에서 균열부위가 완전히 충전되는 것을 알 수 있었다. 보수 후의 품질은 압축강도 및 인장강도의 경우 주사기 공법 적용시에는 보수 후 약 20% 정도 저하하는 것으로 나타났고, TPS 공법 은 보수 후 강도가 오히려 약 2~7% 증가하는 경향으로 나타났다. 본 연구 결과를 통하여 탄성저장관을 사용한 주입식 포트 공법은 기존의 주사기 공법과 비교하여 주입성능 및 보수 후 품질이 증가하는 것을 알 수 있었고, 이를 활용하여 실구조물 적용 및 상용화를 위한 기반 자료로서 활용하고자 한다.
10.
2018.03
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본 논문에서는 지점부 경계조건을 고려하여 단순보의 유한요소모델을 개선하는 기법을 제안하였다. 기존의 유한요소모델개선 기법은 주로 가속도 응답으로부터 추정된 동특성(고유진동수, 모드형상)을 이용하여 유한요소모델을 개선하였다. 이렇게 개선된 유한요소모델은 실제 구조물의 정적응답을 예측하기 어렵고, 잘못된 구조물의 물성치를 추정하는 문제가 발생한다. 제안된 기법은 먼저, 구조물의 처짐과 지점부 회전변위를 계측하여 지점부 경계조건을 간략화한 유한요소모델의 회전 스프링 강성을 정량적으로 추정한다. 회전 스프링 강성이 개선된 유한요소모델과 구조물의 동특성을 사용하여 구조물의 물성치를 추정함으로써 최종 개선된 유한요소모델을 구축된다. 제안된 유한요소 모델 개선 기법과 기존 유한요소모델개선 기법을 수치해석 시뮬레이션을 통하여 비교 및 검증하였다.
11.
2018.03
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본 연구에서는 유한 요소 해석을 바탕으로 연약 지반의 콘크리트 직사각형 피라미드 기초의 접지 하중과 접지 면적을 고려하여 불충분 한 설계 능력을 보완하고 하중에 의한 침하의 영향을 연구하였다. 이 연구의 결과로, 사각 피라미드 기초가 일반 기초보다 18% 더 효과적이라는 결과가 나왔는데, 이는 압밀침하에 체적의 변화에 따라 밀접한 관계를 가지고 있으며 과잉간극수압이 소산 하는 시간에 비해 비교적 짧은 시간에 일어나는 하중의 변화로 발생한 것으로 해석되었다. 해석 시 지층의 경계조건에 따라 압밀층은 상단과 하단 중간에 이루어져 있고, 압밀이 진행 되는 시간에 비해 짧은 시간에 하중이 가해져 하중이 완전히 작용하기 전에는 압밀이 전혀 발생하지 않는 것으로 해석되었다.
12.
2018.03
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전자폐기물의 발생량이 급증하고 있고, 전자폐기물로 인한 환경오염 혹은 자원낭비등과 같은 문제를 야기하고 있다. 따라서 전자폐기물 안에 포함된 중금속을 재활용할 수 있는 기술 개발이 필요하다. 한편, 채움재(콘크리트 혹은 모르타르)는 방사성폐기물의 차폐를 위해 사용되나, 방사성 차폐 성능을 확보한 재료를 적용하고 있지 않다. 따라서 채움재는 차폐성능에 관한 신뢰가 부족한 상황이다. 그러므로 본 연구에서는, 전자폐기물을 채움재의 잔골재로 적용하기 위하여 콘크리트의 역학적 특성을 평가하였다. 실험결과, 압축강도, 휨강도, 탄성계수 및 1μm 영역의 공극이 상당히 영향을 받는 것으로 나타났으나, 광물질 혼화재를 결합재로 사용하면 성능이 개선되었다. 따라서 전자폐기물은 채움재의 잔골재로써 적용이 가능할 것으로 판단된다.
13.
2018.03
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콘크리트 비파괴강도 추정식은 일반적으로 콘크리트 강도를 결정하는데 사용된다. 그러나 기존의 추정식들은 대부분 제한된 실험변수를 토대로 제안되어 배합조건, 강도특성 등이 다양한 실제 공용중 교량의 콘크리트 압축강도 추정시 많은 오류를 포함한다. 본 연구에서는 297개 공용 교량의 정밀안전진단 결과 중 콘크리트 비파괴시험 및 현장 코어강도 시험결과를 토대로 콘크리트 부재의 코어강도와 비파괴 추정강도 평가결과를 비교분석하였다. 분석결과 분석이 이루어진 기존 추정식들 중 일본건축학회 CNDT소위원회 강도계산식이 다른 추정식에 비하여 실제파괴강도와의 오차가 가장적고 상관분석의 신뢰도도 가장높은 것으로 검토되었다. 그러나 이 추정식은 코어강도가 30 MPa이상일 때 추정강도는 과소평가되는 것으로 나타났다. 이에 본 논문에서는 추정식에 의한 강도와 현장 코어강도사이의 관계를 활용하여 회귀분석을 통한 개선된 비파괴강도 추정식을 제안하였다.
14.
2018.03
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모듈러 시스템은 하중저항 방식에 따라 개방형 모듈러 및 폐쇄형 모듈러 분류가 된다. 그 중 개방형 모듈러는 폐쇄형 단면을 갖고 있어 부재간의 접합 및 모듈간의 접합을 하는데 제약이 있다. 이에 Choi et al.(2017)은 절골형 단면 안에 콘크리트를 채운 합성 모듈러 시스템을 제안하였다. 하지만 모듈간 접합을 강접으로 가정하여 접합부 거동에 의해 구조물 전체에 미치는 영향을 파악하지 못하였다. 본 연구에서는 유한요소해석을 하여 제안된 모듈러의 접합부 강성을 산정하였다. 성능 검증을 위해 FEMA 440의 선형화방법을 사용하여 접합부 강성 유, 무에 따른 구조물의 내진성능을 파악하였다. 해석결과에 따르면 접합부 강성을 고려한 모델의 보유 내력 및 층간변위비가 접합부 강성을 고려하지 않은 모델에 비해 현저하게 감소하는 것으로 나타났다. 이를 토대로 접합부의 강성이 전체 구조물 거동에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
15.
2018.03
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케이블지지교량에서 케이블은 하중을 지지하는 주요 부재로, 케이블 장력은 교량의 건전성과 안전도 평가에 있어서 매우 중요한 변수이다. 케이블의 장력을 추정하는 기법으로, 로드셀 및 유압잭 등을 이용하여 케이블의 응력을 직접 측정하는 직접법과 케이블의 형상조건과 계측된 동특성을 활용하여 장력을 역산하는 진동법이 가장 많이 활용되고 있다. 최근 들어 케이블 내부 강재의 응력변화로 인하여 유발되는 자기장 변화를 탐지하는 EM 센서의 연구 및 활용이 증가하고 있다. 본 연구에서는 리프트오프 테스트, EM 센서 및 진동법(Vision-based System, Accelerometer)을 적용하여 장력을 측정하고 그 결과를 비교 분석하였다.
16.
2018.03
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본 연구는 다성분계 고유동 모르타르의 특성에 관한 연구이다. 보통 포틀랜드 시멘트(OPC), 고로슬래그 미분말(GGBFS), 칼슘설포알루미네이트(CSA) 그리고 초속경시멘트(URSC)를 혼합한 결합재이다. GGBFS는 OPC 질량에 대해 30%(P7 series), 50%(P5 series) 그리고 70%(P3 series)치환하였고, CSA와 URSC는 10%와 20%를 치환하였다. 혼화제는 폴리카르복실계를 사용하였다. 모든 배합의 물-결합재 비(w/b)는 0.35로 일정하다. 실험은 미니슬럼프, V-funnel, 압축강도 그리고 건조수축을 측정하였다. 실험결과 CSA와 URSC의 치환율이 증가하면 혼화제 사용량, V-funnel 시간 그리고 압축강도는 증가하였다. 또한 응결시간과 건조수축은 CSA와 URSC의 치환율이 증가함에 따라 감소하였다. CSA는 건조수축을 감소시키지만 URSC는 효과가 미미하다. CSA와 URSC를 혼합한 결합제는 상호보완 작용에 의해 건조수축 감소효과가 컸다. 이는 URSC의 초기강도 향상효과와 CSA의 팽창과 장기강도 향상효과 때문이다.
17.
2018.03
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본 연구에서는 중공형의 PHC말뚝과 강관말뚝을 합성한 중공형 콘크리트 충전 강관(HCFT)말뚝의 거동분석을 위한 수치해석 모델을 개발하였고 휨강도시험에 적용하여 모델의 타당성을 검증하였다. 개발된 비선형 유한요소해석 모델의 적정성을 파악하기 위해 실물 시험결과와 비교하였고 이를 활용하여 HCFT말뚝에 적합한 접촉조건, PC강봉의 제원에 따른 효과, 콘크리트 두께에 따른 효과 등을 분석하였다. 소성응력분배법을 적용하여 HCFT말뚝의 휨강도 산정식을 제안하였고 시험 및 해석결과와 비교하여 활용성을 검증하였다. 본 연구의 결과는 HCFT말뚝의 최적설계 및 거동분석에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
18.
2018.03
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본 연구에서는 TS 내진보강공법의 내진보강 효과를 검증 할 목적으로 TS 댐퍼(Tension Spring-Damper)를 설치한 철근콘크리트 골조를 대상으로 한 반복 주기하중 재하 실험을 수행 하였다. 실험체는 기준 실험체인 무보강 골조 실험체와 3개의 보강 골조 실험체의 총 4개이며, 실험의 변수는 댐퍼 설치 여부, 댐퍼의 형상 및 시공방법이다. 그 결과 창호 내부 삽입 형식의 시공방법이 강도와 강성의 측면에서 2배가량, 외부 부착형식의 시공 방법이 에너지 소산의 측면에서 2배가량의 성능 향상을 나타내어 TS 내진보강공법이 현장 적용성과 내진보강 효과가 우수한 공법임을 확인 할 수 있었다.
19.
2018.03
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본 연구에서는 TS 내진보강공법의 내진보강 효과 검증을 목적으로 7개의 지진파에 대한 TS 댐퍼(Tension Spring-Damper)로 내진보강된 구조물의 비선형 시간이력해석을 수행하였다. 비선형 시간이력 해석을 통해 얻어진 무보강 구조물의 층간변위비와 에너지소산 양과 비교한 결과 층간변위비가 약 30% 가량 감소하였고, 구조체를 통한 에너지 소산의 양은 반감되었다. 이를 통해 TS 내진보강공법의 제진성능이 우수함을 확인하였다.
20.
2018.03
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시멘트 산업은 탄소배출 감축을 위한 주요 산업분야로 고려되고 있으며, 콘크리트 분야에서 시멘트 사용량 저감을 위한 노력이 진행되고 있다. 이에 대한 노력의 일환으로 시멘트의 일부를 대체하여 사용할 수 있는 산업부산물을 다량으로 활용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 산업부산물을 사용한 콘크리트는 내구성, 친환경성 및 경제성 등의 장점을 가지고 있으나, 응결시간 지연, 초기강도 저하 등의 문제점이 있다. 따라서 이 연구에서는 시멘트의 사용량을 줄이고 산업부산물인 플라이애시를 치환하여 사용하면서도 초기강도가 저하되는 문제점을 해결하는 것을 목표로 하였다. 이에 따라, 먼저 고분말도 시멘트 사용에 의한 수화반응 촉진으로 양생온도에 관계없이 모든 재령에서 강도가 증진되는 것을 확인하였다. 이어서 고분말도 시멘트에 플라이애시를 치환하여 강도발현 특성을 검토한 결과, 초기 재령에서도 보통 포틀랜드 시멘트와 비교하여 동등 이상의 강도 발현이 가능하였다. 또한, 플라이애시를 30%까지 치환하여도 수직․수평부재 거푸집 해체 시기를 단축할 수 있는 것을 확인하였다.
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