In this study, refined finite element (FE) analyses intended to evaluate the capacity of the existing water purification plant structures against seismic force are conducted with an aim to predict possibility generating tension crack and compression crushing. The FE models for three types of main plant structures were constructed to take ground condition, boundary condition, and water interaction into consideration for advanced simulation. The nonlinear dynamic analyses were performed by using ground motion data which have been used for seismic design. Both compression crushing and tention crack, which are distributed over concrete plant structures during peak ground acceleration (PGA), are investigated by analyzing failure possibility controlled with the strain limits. After observing FE analysis results, it is possible to predict tenstion cracking which can be found at some parts of the main structure.

Fiber-reinforced polymer (FRP) bars have advantages as a construction material, including corrosion resistance, lightweight and high tensile strength. However, FRP rebars have shortcomings, such as low elastic modulus comparing to the steel rebar. With these reasons, FRP bars have not been widely used to reinforced-concrete (RC) structures. To overcome these shortcomings, the steel-hybrid GFRP rebars were developed by the authors at Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT). Mechanical properties of the developed steel-hybrid GFRP rebars were experimentally evaluated through this study. Both tensile and bonding tests were conducted and the mechanical performance was investigated as well as corrosion resistance. As a result of all tests, elastic modulus, tensile strength and boding strength of the steel-hybrid GFRP rebars were all improved in comparison with fully GFRP rebars.

본 연구에서는 철근콘크리트 건물에 대한 유전자 알고리즘 기반의 최적구조설계기법을 제시하고자 한다. 목적함수는 구조 물의 비용과 이산화탄소 배출량을 동시에 각각 최소화하는 것이다. 비용 및 인산화탄소 배출량은 구조설계안에서 얻을 수 있는 단면치수, 부재길이, 재료강도, 철근량 등과 같은 설계정보를 통해 계산한다. 즉, 구조물의 물량을 기초로 하여 비용과 이산화탄소 배출량을 평가한다. 재료의 운반, 시공 및 건물 운영 단계에서 발생하는 비용 및 이산화탄소 배출량은 본 연구에 서 제외한다. 제약조건은 철근콘크리트 건물을 구성하는 기둥과 보 부재의 강도조건과 층간변위조건이 고려된다. 제약조건 을 평가하기 위해 OpenSees를 활용한 선형정적해석이 수행된다. 제약조건을 만족시키면서 목적함수에 대해 최소의 값을 제 시하는 설계안을 찾기 위해 유전자 알고리즘이 사용된다. 제시한 알고리즘의 적용성을 검증하기 위해 4층 철근콘크리트 모 멘트 골조 예제에 제시하는 기법을 적용하여 검증한다.

1970년대 이후 한국의 빠른 경제성장 동안에 수로나 철도 등 많은 지중구조물들이 건설되었다. 1988년에 내진설계가 의무 화되었으나, 1988년 이전의 지중 구조물들은 내진설계가 반영되지 않았다. 따라서, 이러한 지중 구조물들은 지진이 일어났을 때 안전성을 확보하기 위해 효과적인 내진 보강방법이 필요하다. 그러한 이유로, 본 연구에서는 새롭게 개발된 보강재를 이 용한 RC 박스 지중 구조물 우각부 보강공법의 내진성능에 대하여 분석하였다. 이 공법은 박스구조물 우각부에 Pre-flexed member를 설치하여 외력에 저항력을 증대시키는 원리이다. 타당성을 검증하기 위해서 새로이 개발된 보강재와 기존의 보강 재를 실험과 유한요소해석으로 비교하였다. 유한요소모델에서 강재의 비선형 모델은 J2 Plasticity Model을 기초로 하고 콘 크리트는 CEB-FIP MODEL CODE 1990로 모델링되었다. 또한, 설계반영을 위한 박스 구조물과 보강재와의 합성률을 산정 하였다. 보강재와 박스구조물은 Tie에 의해 완전 부착된 상태의 연결조건 하에서 해석이 수행되었으며, 하중-변위곡선에서 실험과 유한요소해석의 결과가 서로 일치하였다.

최근 신재생 에너지 중 하나인 풍력발전에 대한 관심이 증가하고 있다. 풍력발전은 토지구입비, 소음문제에 자유로운 해상풍력으로 추세가 옮겨가고 있으며 이를 위한 연구개발이 전 세계적으로 활발히 이루어지고 있다. 그러나 해상에 위치한 풍력발전을 위한 설계기준은 국내, 국외 모두 없는 실정이다. 이 점을 고려하여 국내, 국외의 구조설계기준인 도로교 설계기준, 항만 및 어항 설계기준, DNV OS를 참고하여 다중 파일기초 콘크리트 지지구조물(MCF)의 내진해석을 수행하여 결과를 비교하였다. 또한 시간에 의한 효과를 확인하기 위하여 시간이력 해석 또한 수행되었다. 부가질량법(Added-mass method)을 사용하여 물과 구조의 상호작용을 고려하였고 물의 유무에 따라 구조물의 반응을 비교하였다.

As a preparation of a design standard regarding road facilities, such as cantilever columns for traffic lights, optimum design and risk assessment for foundation of street lights on highways are proposed. The preliminary evaluation of optimization with reliability assessment resultantly makes it possible to reduce not only the duration of construction but the cost of construction as well. Ultimate limit states and constraints functions are selected for the sliding, overturning and settlement of the foundation under external loads from super and sub-structures itself. An example foundation under the super structure of height 12m, is optimized as 30% decreased embedded depth of foundation, in which as increasing the depth of embedded connection parts, the necessary depth of foundation is deceased. However, the optimum depths and the reliability indices are sensitively dependent with earth properties and dimensions of foundation.

미국 및 프랑스의 경우, 초대형 항공기 출현, 항공기 기어 형상의 변화 및 항공교통의 지속적인 수요로 인하여 과거 노모그래프를 사용하는 설계법으로 포장을 설계하는데에 많은 한계가 있었다. 이러한 연유로 미국 FAA 및 프랑스 LCPC등은 포장 구조 시스템을 해석하고 이를 근거로 포장의 공용성을 예측하는 역 학적 경험적 설계법을 개발하였고, 현재도 개선 중에 있다. 줄눈 콘크리트 포장인 공항 콘크리트 포장의 경우 아스팔트 포장과는 달리 조인트를 가지는 이유로 다층탄성해석 프로그램을 통한 설계법에서 최근에 는 3차원 유한요소방법을 이용한 설계법으로 변화하고 있다. 본 연구는 국내의 역학적-경험적 공항포장 설계법을 개발하기 위해 FAA에서 개발한 공항포장용 3차원 유한요소프로그램인 FEAFAA를 참고하여 범용 해석 프로그램인 ABAQUS로 이를 개선한 모형을 구축하 였고, 기존 개발된 줄눈 콘크리트 포장용 3차원 유한요소해석 프로그램인 FEAFAA, EverFE 등과 비교하 여 구축 모형을 검증하였다. 그리고 항공기의 이동하중에 대한 포장의 거동을 해석할 수 있는 동적 해석 모형으로 확장하였고, 향후 인천공항공사의 현장 시험을 통해 모형에 대한 검증을 수행할 예정에 있다.

PURPOSES: The behavior of a concrete pavement in a tunnel was investigated, based on temperature data obtained from the field and FEM analysis. METHODS: The concrete pavement in a tunnel was evaluated via two methods. First, temperature data was collected in air and inside the concrete pavement both outside and inside the tunnel. Second, FEM analysis was used to evaluate the stress condition associated with the slab thickness, joint spacing, dowel, and rock foundation, based on temperature data from the field. RESULTS : Temperature monitoring revealed that the temperature change in the tunnel was lower and more stable than that outside the tunnel. Furthermore, the temperature difference between the top and bottom of the slab was lower inside the tunnel than outside. FEM analysis showed that, in many cases, the stress in the concrete pavement in the tunnel was lower than that outside the tunnel. CONCLUSIONS : Temperature monitoring and the behavior of the concrete pavement in the tunnel revealed that, from an environmental point of view, the condition in the tunnel is advantageous to that outside the tunnel. The behavior in the tunnel was significantly less extreme, and therefore the concrete pavement in the tunnel could be designed more economically, than that outside the tunnel.

본 논문에서는 원심식 대형 압축기 구동용 모터 베이스 프레임의 구조해석 및 콘크리트 타설에 따른 구조안전성 평가를 수행하였다. 먼저 모터 베이스 프레임에 적용되는 네 가지 하중조건에 따른 구조해석을 진행하고 최대 비틀림 에너지 이론 및 Mohr-Coulomb 이론을 통하여 구조안전성을 평가하였다. 구조해석 결과에서 취약한 구조안전성을 나타낸 연결부 등의 불연속적인 부분에서 발생하는 국부응력에 대하여 ASME VIII Div. 2에 따른 구조안전성 평가를 적용함으로써 좀 더 합리적으로 구조안전성 평가를 수행할 수 있었다. 또한, 모터 베이스 프레임 내부에 콘크리트 타설 및 미타설에 따른 구조해석 및 ASME 구조안전성 평가를 통하여 모터 베이스 프레임의 구조안전성을 정량적으로 비교하여 콘크리트 타설로 인한 구조 안전성의 향상을 확인하였다.

기존 구조물의 손상평가에 관한 연구는 지진 등과 같은 과도한 하중에 의한 손상을 고려하였다. 그러나 구조물은 과도한 하중없이도 장기간의 시간에 따라 염화물, 탄성화 등과 같은 이유로 노후화가 진행되어 구조성능이 저하될 수 있다. 그래서 구조물의 건전도를 효과적으로 관리하기 위해서는 노후화에 의한 구조성능 저하도 검토되어야 한다. 본 연구에서는 염화물에 의한 철근의 부식을 노후화 요인으로 고려한다. 철근부식에 의한 재료의 구조성능 저하를 고려하기 위해 부식정도에 따른 철근의 단면적, 항복강도, 파단변형률, 피복 콘크리트 강도 등을 예측한다. 이를 구조모델링에 적용하여 구조부재 및 구조물의 구조성능 저하를 분석한다. 구조부재의 구조성능을 분석하기 위해 모멘트-곡률 해석을 수행한다. 구조물 레벨의 구조성능을 고려하기 위해, 고유치해석을 통한 고유주기와 모드형상을 분석한다. 또한 비선형 정적해석을 통해 구조물의 강도와 변형성능을 분석한다.

PURPOSES : The purpose of this paper is to investigate the application of thermoelectric technology to concrete structures for harvesting solar energy that would otherwise be wasted. In various fields of research, thermoelectric technology using a thermoelectric module is being investigated for utilizing solar energy. METHODS: In our experiment, a halogen lamp was used to produce heat energy instead of the solar heat. A data logger was used to record the generated voltage over time from the thermoelectric module mounted on a concrete specimen. In order to increase the efficiency of energy harvesting, various factors such as color, architecture, and the ability to prevent heat absorption by the concrete surface were investigated for the placement of the thermoelectric module. RESULTS : The thermoelectric module produced a voltage using the temperature difference between the lower and upper sides of the module. When the concrete specimen was coated with an aluminum foil, a high electric power was measured. In addition, for the power generated at low temperatures, it was confirmed that the voltage was generated steadily. CONCLUSIONS: Thermoelectric technology for energy harvesting can be applied to concrete structures for generating electric power. The generated electricity can be used to power sensors used in structure monitoring in the future.

우리나라는 겨울철 제설제 살포 및 기후변화에 따른 동결융해작용으로 인한 콘크리트 포장의 내구성능 저하, 특히, 스케일링(scaling) 현상이 많이 보고되고 있으며, 이는 교통시설 이용자의 편의성 감소 및 유 지관리 비용의 증대를 초래하게 된다. 콘크리트 포장의 스케일링은 동해 및 염해의 복합작용으로 발생하 는 표면박리, 잔골재의 탈락 등으로 나타나는 콘크리트의 대표적인 성능저하 현상이다. 이러한 콘크리트 의 스케일링 현상은 콘크리트의 강도, 염용액의 종류 및 농도, 연행공기량, 블리딩량 등의 영향을 받는 것 으로 알려져 있다. 뿐만 아니라, 사용되는 결합재의 종류에 따른 콘크리트의 스케일링 현상도 각각 상이 하여 최근, 이에 대한 연구도 국내외적으로 많이 진행되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 콘크리트 포장의 내구성 평가를 위한 일환으로 ASTM C 672에 준하여 스케일링 실험을 실시하였으며, 그 결과를 콘크리트 공극구조와도 비교, 고찰하였다. 결론적으로, 콘크리트의 스케일링 저 항성은 콘크리트의 미세 연행공기량(air entrained micropores)과 비교적 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다.

폐유리는 화학성분 중 70% 이상이 실리카(SiO2) 성분으로 시멘트와의 반응시 포졸란 작용 및 기타 충전 재의 역할이 기대되기 때문에 폐유리를 콘크리트 품질개선을 위한 환경 친화적 혼화재로서 활용할 수 있는 방안에 대한 연구가 학계에서 일부 발표다. 따라서 본 연구에서는 자동차 폐부품인 폐유리의 재활용 방안을 모색하기 위하여 폐유리 미분말을 콘크리트 결합재의 20%까지 치환하여 대체율에 따른 모르타르와 콘크리 트의 기초물성 실험을 통해 도로 소구조물 및 콘크리트포장 활용성에 대한 기초자료를 제시하고자 한다. 본 연구에서는 폐유리 미분말 대체율에 따른 콘크리트의 기초 물성 실험으로 슬럼프, 공기량, 압축강도 를 수행하였고 역학적 특성 평가를 위해 탄성계수와 길이변화 시험을 수행하였다. 또한 내구성 평가를 위 해 탄산화, 염소이온침투저항성, 동결융해 저항성 시험을 수행하였다. 폐유리 미분말 활용을 위한 물성 시험결과, 대체율 10%까지는 슬럼프와 공기량은 증가하는 것으로 나타 났으며 폐유리 미분말 대체율에 따라 압축강도와 탄성계수가 저하하는 경향을 나타냈으나 탄성계수는 저하 폭이 상대적으로 작은 것으로 분석되었다. 또한 수축 특성은 폐유리미분말 대체율 변화에 따른 차이가 크지 않은 것으로 분석되었다. 압축강도 값은 대체율이 증가할수록 저하하는 경향을 나타내었다. 탄산화와 염소 이온침투저항 특성은 대체율이 증가함에 따라 감소 경향을 나타내었다. 동결융해저항성은 대체율 20%의 경 우에도 상대동탄성계수가 90%를 상회하므로 동결융해저항성에 미치는 영향은 크지 않을 것으로 판단된다. 폐유리 미분말 대체율에 따른 시험 결과를 종합할 때 폐유리미분말 5~10%를 치환할 경우 일반 시멘트를 사 용하는 경우와 유사한 성능을 나타내어 도로구조물 활용시 적용이 가능할 것으로 판단된다.

The purpose of this study is to develop a new seismic resistant method by using precast concrete wall panels for existing low-rise, reinforced concrete beam-column buildings such as school buildings. Three quasi-static hysteresis loading tests were experimentally performed on one unreinforced beam-column specimen and two reinforced specimens with L-type precast wall panels. The results were analyzed to find that the specimen with anchored connection experienced shear failure, while the other specimen with steel plate connection principally manifested flexural failure. The ultimate strength of the specimens was determined to be the weaker of the shear strength of top connection and flexural strength at the critical section of precast panel. In this setup of L-type panel specimens, if a push loading is applied to the reinforced concrete column on one side and push the precast concrete panel, a pull loading from upper shear connection is to be applied to the other side of the top shear connection of precast panel. Since the composite flexural behavior of the two members govern the total behavior during the push loading process, the ultimate horizontal resistance of this specimen was not directly influenced by shear strength at the top connection of precast panel. However, the RC column and PC wall panel member mainly exhibited non-composite behavior during the pull loading process. The ultimate horizontal resistance was directly influenced by the shear strength of top connection because the pull loading from the beam applied directly to the upper shear connection. The analytical result for the internal shear resistance at the connection pursuant to the anchor shear design of ACI 318M-11 Appendix-D except for the equation to predict the concrete breakout failure strength at the concrete side, principally agreed with the experimental result based on the elastic analysis of Midas-Zen by using the largest loading from experiment.

This study aims at developing a new seismic resistant method by using precast concrete wall panels for existing low-rise, reinforced concrete beam-column buildings such as school buildings. Three quasi-static hysteresis loading tests were performed on one unreinforced beam-column specimen and two reinforced specimens with U-type precast wall panels. Top shear connection of the PC panel was required to show the composite strength of RC column and PC wall panel. However, the strength of the connection did not influence directly on the ultimate loading capacities of the specimens in the positive loading because the loaded RC column push the side of PC wall panel and it moved horizontally before the shear connector receive the concentrated shear force in the positive loading process. Under the positive loading sequence(push loading), the reinforced concrete column and PC panel showed flexural strength which is larger than 97% of the composite section because of the rigid binding at the top of precast panel. Similar load-deformation relationship and ultimated horizontal load capacities were shown in the test of PR1-LA and PR1-LP specimens because they have same section dimension and detail at the flexural critical section. An average of 4.7 times increase in the positive maximum loading(average 967kN) and 2.7 times increase in the negative maximum loading(average 592.5kN) had resulted from the test of seismic resistant specimens with anchored and welded steel plate connections than that of unreinforced beam-column specimen. The maximum drift ratios were also shown between 1.0% and 1.4%.

This paper deals with the strengthening effect of reinforced concrete beams strengthened with carbon fiber sheets (CFSs). Fifteen strengthened reinforced concrete (RC) beams were experimentally evaluated to determine improvements in structural performance. Test parameters in this experimental study are strengthening ratios and strengthening methods of CFSs (I-S, I-W, U-S, U-W type). RC beams strengthened with CFSs were tested under sustaining load. Considering strengthening ratios and strengthening methods of carbon fiber sheets, structural performance and failure mode of test specimens were evaluated. The results show that maximum capacity of beams strengthened with CFSs is about 28.8% in I-S type, 20.5% in I-W type, 26.0% in U-S type, 28.7% in U-W type higher than that of control beam.

In this study, we classified the structures into minor-damage column (URM), moderate-damage column (URO), and severe-damage column (URS), depending on the RC column of damage degree, and reinforced columns with the UHMWPE fiber in order to perform modeling of the structures. Then, we executed a comparative analysis with the results obtained from previous studies of NRF (non-reinforced column) and URF (column with UHMWPE fiber reinforcement). The maximum strength was increased with 14.91% of URF, 14.05% of URM, 14% of URO, and 6.5% of URS on the basis of NRF and the columns with minor and moderate damages exhibited the similar stiffness as that of the URF.

최근, 우리나라는 겨울철 콘크리트 포장에 제설을 목적으로 한 제설제의 사용량이 점차적으로 증가하 고 있는 추세이다. 예를 들어 서울시의 경우, 현재 연간 약 4만톤 이상의 제설제가 도로포장에 살포되고 있으며, 이는 5년 전과 비교하여 약 2.5배 이상 제설제의 사용량이 증가한 것으로 보고되고 있다. 뿐만 아니라, 제설제 살포에 따른 콘크리트 포장의 표면박리(scaling) 등과 같은 내구성 저하 현상이 빈번하게 발생함에 따라 콘크리트 포장의 성능에 대한 제설제 종류 및 농도의 영향에 대한 관심도 점차 증가되고 있는 실정이다. 특히, 우리나라는 도로포장의 제설을 위하여 염화칼슘수용액 및 고체 염화나트륨을 이용 한 습염살포방식이 널리 사용되고 있다. 주지하다시피, 염화물계 제설제의 사용은 철근부식에 의한 콘크 리트의 손상을 초래할 수 있으며, 겨울철 동결융해 반복작용에 의한 콘크리트의 표면박리작용의 주요 원 인이 된다. 본 연구에서는 강도가 상이한 콘크리트(24 및 35 MPa)를 제조하여 ASTM C 672에 준하여 스케일링 실험을 실시하였으며, 동결융해 작용 50싸이클 후 콘크리트의 열화원인을 분석하기 위한 SEM 및 EDS 분석을 실시하였다. 실험결과에 의하면, 콘크리트의 스케일링 저항성은 강도등급에 따라 상이하였으며, 동결융해 반복작용에 따른 thaumasite의 생성이 스케일링의 주요 원인 중 하나라고 판단된다.