본 논문은 염해 환경에 노출된 CFRP Grid로 보강된 콘크리트 보의 휨 거동에 대한 실험적 연구를 보고한다. 실험을 위해 길 이 2,200 mm, 폭 250 mm, 높이 125 mm의 실험체가 제작되었다. 실험변수로 염화물 수용액의 종류(NaCl: 염화나트륨, CaCl2: 염화칼 슘), 사전 하중 가력의 유무 및 염화물 용액 침지 기간(40일, 120일)이 고려되었다. 제작된 실험체는 침지 후 3점 휨 실험이 수행되었다. 초기 균열 하중은 침지 40일 후 증가하였으나, 120일 이후 다시 감소하였다. 파괴 모드는 사전 하중 가력을 통해 균열이 발생되지 않은 실험체에서는 대부분 콘크리트 압축부가 파쇄되는 휨파괴 양상을 보였으며, 사전 하중 가력을 통해 균열이 발생된 실험체는 모두 Pull-Out 파괴가 발생되었다. 염화칼슘에 침지된 실험체에서는 120일 이후 약 10%의 극한하중의 감소가 나타났으며, 염화나트륨에 침지 된 실험체의 극한하중은 미미하게 증가하였다. 균열이 발생된 실험체에서는 모두 120일 이후 극한하중 및 처짐이 급격하게 감소되었다.

셀프-프리스트레싱을 적용할 수 있는 철계-형상기억합금을 콘크리트 기둥에 적용하기 위한 연구가 일부 연구자들에 의해 수행되었으며, 이러한 철계-형상기억합금의 사용으로 셀프-프리스트레싱을 통 한 구속 효과가 입증되었다. 그러나 셀프-프리스트레싱을 통한 구속 효과를 정량적으로 규명하기 위 한 연구는 비교적 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 철계-형상기억합금으로 프리스트레싱된 콘 크리트의 일축압축 거동을 규명하기 위한 해석적 연구를 수행하였다. 철계-형상기억합금 나선철근으로 구속된 콘크리트의 일축압축 거동을 예측하기 위해 파괴에너지에 기반한 응력-변형률 모델이 제안되 었다. 파괴에너지는 콘크리트 내부 변형률 게이지가 부착된 아크릴 바를 통해 측정되었다. 실험 변수 로 철계-형상기억합금 나선철근의 간격, 활성화 온도, 콘크리트 압축강도가 고려되었다. 파괴에너지는 나선철근의 간격이 감소됨에 따라 증가하였으며, 활성화 온도가 증가됨에 따라 감소되는 것으로 확이 되었다. 또한, 파괴에너지에 기반한 응력-변형률 모델은 철계-형상기억합금 나선철근으로 구속된 콘크 리트의 일축압축 거동을 비교적 유사하게 예측할 수 있는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 용접 여부에 따른 세 가지 유형의 철계-형상기억합금(Fe-Shape Memory Alloys, Fe-SMA)의 고주기 피로 거동에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 본 연구를 위해 사용된 Fe-SMA은 스위스 EMPA에서 개발된 Fe-SMA으로, Fe-17Mn-5Si-10Cr-4Ni-1(V,C)의 화학적 조성을 가진다. 용접 여부 및 열처리 여부를 변수로 한 비용접, 용접, 열처리된 용접 시편이 ASTM E606/E606M 표 준에 따라 제작되었다. Fe-SMA의 재료적 특성을 평가하기 위해 직접 인장 실험 및 회복 실험이 수 행되었으며, 용접된 Fe-SMA의 피로 거동 평가를 위해 응력 진폭에 따른 피로 시험이 수행되었다. 피 로 시험은 최대 응력 수준을 Fe-SMA 극한 인장강도의 약 70%인 700MPa에서부터 100MPa씩 감소 시키며, 200MPa의 응력 범위까지 수행되었으며, 응력비(R)는 0으로 설정되었다. 피로 한계는 ASTM E1823-13에 따라 하중 반복 횟수 200만 회를 기준으로 하여 각 시편의 피로 한계를 확인하였다.

형상기억합금(Shape Memory Alloy, SMA)은 소성변형이 일어나도 냉각 및 가열을 통해 기존 형상 으로 돌아갈 수 있는 형상기억효과(Shape Memory Effect, SME)를 가진 재료이다. 이를 통해 사전에 인장 변형된 SMA를 구속 후 가열하면 SME에 의해 원래 형태로 돌아가려 하지만, 변형이 구속되어 회복 응력이라 하는 압축 응력이 발생한다. 따라서 사전 변형된 SMA를 구조물에 적용하게 되면 셀프 -프리스트레싱을 도입할 수 있다. 그중 철을 기반으로 제작된 Fe-SMA는 다른 SMA에 비해 높은 경 제성을 가져 건설 재료로써 많은 관심을 받고 있다. 이에 Fe-SMA를 철근콘크리트(Reinforced Concrete, RC) 구조물에 적용한 많은 연구가 진행되었으며, 구조성능이 향상되는 것을 확인하였다. 그러나 Fe-SMA가 사용된 RC 구조물의 피로 실험에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 Fe-SMA 바를 인장재로 사용한 RC 보의 피로 성능을 평가하였고 하중 유형(정적, 피로)과 피로 응력 범위를 변수로 고려해 고주기 피로 실험을 수행하였다. 이를 통해 피로 강도, 피로 수명 및 거동을 확 인하였으며, Fe-SMA 바를 인장재로 사용한 RC 보의 피로강도는 최대하중의 40%~60% 사이에 있을 것으로 예측되었다.

본 논문은 CFRP 그리드의 정착길이에 따른 콘크리트 보의 휨거동을 평가한 실험적 연구를 보고한다. 실험을 위해 폭 250 mm, 높이 125 mm, 길이 2000 mm의 실험체가 제작되었다. 실험변수로 CFRP 그리드의 정착길이(1000 mm, 800 mm, 700 mm, 600 mm, 500 mm, 400 mm, 300 mm, 200 mm)가 고려되었다. 실험체 제작 후 3점 휨실험이 수행되었다. 실험결과 모든 실 험체의 강성은 정착길이에 영향을 받지 않고 유사한 것으로 나타났다. 초기 균열하중은 모든 실험체에서 유사하게 나타났으나, 정착길이가 감소됨에 따라 최대하중, 최대하중 시의 처짐 및 변형률은 감소하는 경향을 나타냈다. 특히 부재 길이에 80% 이상 이 정착된 경우 부재 길이와 동일한 정착길이를 가진 콘크리트 보의 약 90% 이상의 구조성능을 확보할 수 있는 것으로 확인되 었다. 제안된 수치해석 모델은 CFRP 그리드의 정착길이가 감소됨에 따른 극한하중의 저하를 유사하게 예측하였으며, 극한하중 의 오차는 평균 13.1%로 CFRP 그리드의 정착길이에 따른 콘크리트 보의 휨성능을 비교적 정확하게 예측하는 것으로 나타났다.

This study reports an analytical investigation on the development of SB4-grade separated concrete median barriers. The proposed barrier sections comprise three designs, with heights of 810, 1000, and 1270 mm and upper widths of 90, 120, and 120 mm, respectively. Before conducting collision analyses on the proposed sections, the considered collision analysis model was validated using real collision test results; the model was found to accurately predict the real collision test results. The proposed cross-sections were modeled to perform collision analysis according to SB4-grade collision conditions. Results indicated that increasing the cross-section height increased the damaged area and decreased the strength, while the occupant protection performance remained mostly unaffected. Furthermore, the proposed cross-sections met the strength and occupant protection performance criteria specified in domestic guidelines, suggesting their suitability as a separated concrete median barrier for bridges.

This study reports an experimental and analytical exploration of concrete columns laterally confined with Fe-based shape-memory alloy (Fe-SMA) spirals. For performing experiments, Fe-SMA rebars with a 4% prestrain and diameter of 10 mm were fabricated and concrete columns with internal Fe-SMA spiral reinforcement were constructed with a diameter of 200 mm and height of 600 mm. An acrylic bar with an attached strain gauge was embedded in the center of the specimen to measure local strains. Experimental variables encompassed the Fe-SMA spiral reinforcement, spacing, and activation temperature. Uniaxial compression tests were conducted after applying active confinement to the concrete columns through electrical-resistance heating. Notably, as the Fe-SMA spiral spacing decreased, the local failure zone length and compressive fracture energy of the prepared specimens increased. Additionally, a model incorporating compressive fracture energy was proposed to predict the stress–strain behavior of the. This model, accounting for active and passive confinement effects, demonstrated accurate predictions for the experimental results of this study as well as for previously reported results.

본 논문은 CFRP Grid를 철근 대체재로 사용하기 위해 수행된 실험적 및 해석적 연구를 보고한다. CFRP Grid가 철근 대신 적용된 콘크리트 보의 휨거동을 평가하기 위해 총 5개의 콘크리트 실험체가 제작되었다. 실험변수로 CFRP Grid의 보강 겹 수, 피복두께가 고려되었다. 3점 휨실험을 통해 모든 실험체는 휨파괴됨을 확인하였다. 특히, 2겹과 3겹의 CFRP 그리드를 갖는 실험체는 CFRP Grid의 급작스런 파단으로 파괴되었다. 초기 균열하중은 CFRP Grid 보강 겹 수가 증가할수록 증가하였다. 반면 초기균열하중에 대한 피복두께의 영향은 명확하게 나타나지 않았다. 극한하중은 CFRP Grid의 보강 겹수 및 피복두께의 영향이 명확하게 나타났다. CFRP Grid로 보강된 콘크리트 보의 휨거동을 예측하기 위한 유한요소해석 결과는 실험체들의 균열양상 및 파괴모드를 유사하게 예측하였다. 특히, 극한하중, 극한하중에 대응하는 처짐, CFRP Grid의 변형률을 매우 유사하게 예측하는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 제안된 해석모델은 CFRP Grid가 철근 대체제로 사용된 콘크리트 보의 휨거동을 예측하기 위해 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

본 논문은 철계형상기억합금(Fe-SMA) stirrup으로 전단보강된 철근콘크리트 보의 전단거동을 예측하기 위한 해석적 연구이다. 전단거동 예측을 위해 변형률 적합조건 및 하중 평형조건을 만족하는 휨해석이 수행되었으며, 이후 수정압축장이론 (MCFT)에 기반한 전단해석이 수행되었다. 부재의 처짐을 계산하기 위해 휨 및 전단에 의해 발생된 처짐이 모두 고려되었다. 제 안된 해석모델의 검증은 Ji et al.(2022)의 실험결과를 비교하여 수행되었다. 비교결과 제안된 해석모델과 실험결과의 극한하중, 극한하중 시 처짐의 오차는 평균 4.77%, 6.62%로 Fe-SMA Stirrup으로 전단보강된 철근콘크리트 보의 전단 거동을 비교적 정확 하게 예측하는 것으로 나타났다.

본 논문은 FRP 그리드로 보강된 콘크리트 보의 휨 성능을 예측하기 위한 해석적 연구결과를 제시한다. FRP 그리드 로 보강된 콘크리트 보의 휨 성능 예측을 위해 상용구조해석 프로그램인 LS-DYNA를 이용하여 유한요소해석이 수행되었다. 유 한요소해석 시 콘크리트와 FRP 그리드 간의 본드-슬립을 고려하였으며, 콘크리트와 FRP 그리드의 구속조건은 BEAM_IN_SOLID 모델이 적용되었다. 이후, 국내 여러 연구자들에 의해 수행된 실험 결과의 재현해석을 통해 제안된 유한요소해석 모델의 정확성 이 검증되었다. 최대하중, 최대하중 시의 변위 실험값에 대한 해석값의 비는 각각 0.990, 0.924, 표준편차 각각 0.056, 0.087로 제 안된 해석모델은 FRP 그리드로 보강된 콘크리트 보의 휨 성능을 잘 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 제안된 유한해석모델을 이용하여 콘크리트 보의 인장재로 철근이 아닌 CFRP그리드를 적용하기 위한 매개변수해석이 수행되었으며, 콘크리트 압축강도, FRP그리드의 겹 수, FRP그리드의 유효깊이는 CFRP그리드로 보강된 콘크리트 부재의 휨성능에 중요한 인자임을 확인하였다.

본 논문은 FRCM 공법으로 보강된 철근콘크리트 보의 휨 성능을 예측하기 위한 해석적 연구결과를 제시한다. FRCM 공법으로 보강된 철근콘크리트 보의 휨 성능 예측을 위해 상용구조해석 프로그램인 LS-DYNA를 이용하여 유한요소해석이 수행되었다. 유한요소해석시 콘크리트와 모르타르는 Solid 요소로 모델링 되었으며, 철근과 FRP 그리드는 각각 Beam 요소 및 Shell 요소로 모델링되었다. 또한, 콘크리트와 철근은 완전부착하는 것으로 가정되었으며, 콘크리트와 모르타르 경계면의 부착파괴를 모사하기 위하여 Contact_Tiebreak_Surface_to_Surface 요소가 사용되었다. 이후, 국내⋅외 여러 연구자들에 의해 수행된 실험의 재현해석을 통해 제안된 유한요소해석 모델의 신뢰성이 검증되었다. 실험결과와 해석결과의 파괴양상을 분석하였을 때, 본 연구에서 제안된 유한요소해석 모델은 실험체의 부착파괴를 적절히 모사할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 해석을 통해 예측된 극한 강도에 대한 실험결과의 비는 평균 1.04, 표준편차 0.064로 제안된 해석모델은 FRCM 공법으로 보강된 철근콘크리트 보의 휨 성능을 비교적 잘 예측할 수 있는 것으로 나타났다.

선박 기관실 통풍 설계조건 및 계산 기준에 관한 국제 표준(ISO 8861)을 만족해야 하는 선박 기관구역의 환기시스템은 일반적 으로 내연기관에 필요한 연소공기의 공급과 기관구역에서 발생한 열원을 제거하기 위해 설치되며 화재감지기가 포함된 환기시스템의 응 답지연은 구역 내부에 형성된 기류와 화재감지기의 설치 위치에 영향을 받는다. 어선에서 발생하는 화재는 상선과 비교하여 인명피해 가능성이 높으므로 화재 조기 감지가 무엇보다 중요하다. 따라서 본 논문에서는 어선에 설치되는 화재 감지기의 초기 화재감지 응답속도 향상과 설치된 감지기의 감도 유지를 위해 기관구역 내부에서 발생한 정량적 연기량에 따른 공기 유동장, 내연기관 연소 공기량 및 기관 구역 내부 압력을 변수로 연기 거동 시뮬레이션이 가능한 해석모델을 구성하여 선박 기관구역 내부의 연기 거동을 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 기관실 내부 압력을 감소시키고 연기커튼 설치를 통해 공기 유동장에서의 유속을 감소시키고 와류를 증가시키면 연기 성분의 천장 상승이 가속화되어 연기감지기 응답속도 및 환기시스템이 개선될 수 있을 것으로 해석되었다.

This study is an experimental study to evaluate the vehicle-protection performance of the reinforced F section of a concrete median barrier. To reinforce the strength performance and durability of the F section, the design strength of concrete was increased and a wire mesh was added. The reinforced F section was tested in an actual collision to verify the protection performance of the SB4 class(Impact Severity: 160kJ) concrete barrier. In the truck-crash test for strengthperformance evaluation, no damage or no sufficient scattering occurred to cause damage to a third party. In addition, the truck smoothly moved through an escape box after the collision. THIV and PHD, which are criteria for evaluating the occupant-protection performance, were measured at 75% and 64% of the limit, respectively, and were confirmed to provide good occupant-protection performance. The vehicle rotations after the collision were 12%–19% of the allowed limits.

본 논문은 철계-형상기억합금(Fe-SMA)의 부식특성을 평가하기 위한 실험적 연구이다. 연구를 수행하기 위해 동전위 분극실험을 통해 Fe-SMA의 부식성능을 평가하였다. 시편을 3전극 플렛셀에 설치 후 전위차계를 이용하여 –200mV∼1000mV 구간의 전위를 2mV/s으 속도로 측정하였다. 기준전극 및 상대전극으로 각각 SCE 기준전극과 백금 와이어를 이용하였다. 동전위 분극곡선 및 타펠 피팅을 이용하여 부식전위 및 부식전류밀도를 측정하였다. Fe-SMA의 부식특성을 직관적으로 확인하기 위해 SD400 철근을 비교군으로 설정하였다. 염화물 환경에서 Fe-SMA의 부식성능을 확인하기 위해 3.5wt% 농도의 NaCl 용액에서 실험을 실시하였으며, 콘크리트 환경에서 Fe-SMA의 부식성능을 확인하기 위해 CaO를 이용하여 수용액의 pH를 13으로 조절하였다. 실험결과 Fe-SMA는 SD400 대비 모든 조건에서 우수한 내부식성이 나타났다. Fe-SMA의 콘크리트 환경에서 내부식성은 우수한 것으로 나타났다. 하지만 Fe-SMA가 염화물에 노출되면 부식저항이 급격히 감소되는 것으로 나타났다. 따라서 염화물에 직접적으로 노출되는 환경에서 Fe-SMA를 사용할 경우 부식을 방지하기 위한 적절한 조치가 필요할 것으로 사료된다.

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.

본 논문은 하수관 보강 방법 중 보강튜브경화공법(CIPP)의 종점부 미경화 문제를 해결하기 위해 설계된 증기이송튜브 시스템에 대한 유동해석 결과를 보고한다. 설계된 증기이송튜브의 유동해석을 위해 SolidWorks Flow Simulation을 이용하여 해석을 수행하였다. 100mm, 150mm, 200mm의 직경을 갖는 증기이송튜브에 대한 유동 흐름 및 온도 분포가 유동을 해석을 통해 검토되었다. 해석 결과를 통해 증기이송튜브의 직경이 증가함에 따라 경화온도를 만족하는 CIPP 내부 길이가 증가하는 것이 확인되었다. 또한, 직경 200mm를 제외한 모든 직경의 증기이송튜브의 입구에서 증기 역류 현상이 나타남을 확인하였다. 이에 증기이송튜브의 최적 직경은 200mm로 결정되었으며, 이에 대한 유동해석을 통해 증기주입을 시작하고 350초 경과 이후에 CIPP 내 모든 길이에서 경화온도를 만족하는 것을 확인하였다.