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 연구는 콘크리트구조기준(KDS 14-2021)을 적용한 RC보와 ACI 440.1R-15를 적용한 FRP 콘크리트의 비교 연구를 수행하였다. 파라미터 변수로 피복두께, FRP의 탄성계수 및 극한변형률 그리고 보강량 4가지로 설정하여 비교, 분석을 수행하였 다. 파라미터 연구 분석 결과 FRP의 탄성계수와 극한 변형률이 클수록 FRP 콘크리트의 휨성능이 우수하지만, 극한 응력이 동일 할 때 극한 변형률보다 탄성계수를 크게 하는 것이 유리하다. FRP 콘크리트가 인장지배 단면이나 변화구간 일 때 극한 변형률 증가에 휨성능이 비례해서 증가하지만 압축지배 단면일 경우에는 극한 변형률이 증가해도 휨성능은 증가하지 않는다. 또한, FRP 콘크리트는 최소 피복두께가 필요하지 않아 추가적인 휨성능이 17∼33% 증진 효과가 나타났다.

국내 철근콘크리트 구조물은 겨울철 영하의 날씨로 매년 동결융해가 반복된다. 동결융해의 영향으로 철근콘크리트 구조물에 여러 가지 문제가 발생한다. 동결융해에 의해 손상이 된 철근콘크리트 구조물을 보강하기 위하여 다양한 보강공법 중 CFRRP(탄소섬유강화플라스틱)보강공법을 사용하였다. CFRP는 고강도, 고탄성 경량 소재로 시공성이 우수하며 인장강도, 탄성계 수가 뛰어나다. 본 연구에서는 동결융해 환경에 노출된 철근콘크리트 보(FTB), CFRP 플레이트로 보강한 철근콘크리트 보(FPB), CFRP 플레이트로 보강한 후 동결융해 환경에 노출된 철근콘크리트 보(FFP)의 휨 성능 실험을 하였다. 실험결과 FTB는 최대강 도 도달 이후 강도가 급격하게 감소하였다. FPB는 최대강도 도달하기 전에 강도와 강성이 증가하지만 CFRP 플레이트의 조기 파괴 후에는 효과가 없음을 보여준다. 또한 FFP는 FPB보다 최대강도가 낮았다. 이는 동결융해에 의한 콘크리트 표면과 CFRP 플레이트 사이의 계면전단응력의 감소로 판단된다.

In this paper, the flexural capacity equation of FRP-bar reinforced concrete beams was verified by comparing the experimental results and flexural capacity obtained according to the ACI procedure. And, also the economic feasibility of FRP-bar reinforced concrete beams was analyzed by comparing nominal moment capacity of beams. The results of analysis were as follows, 1) GFRP concrete beams have lower flexural performance than reinforced concrete beams, whereas CFRP concrete beams have similar flexural performance to reinforced concrete beams under the same reinforcement ratio 2) Although the design moment increased as the compressive strength of concrete increased, the flexural performance of GFRP reinforced concrete beams was found to be lower than the reinforced concrete beams for all reinforcement ratios.

본 논문에서는 전이보 시스템이 지닌 층고 및 공사물량 증가의 단점을 보완할 수 있는 경계보-벽체 시스템의 압축성능을 평가하였 다. 1/2 축소실험체에 대한 압축실험을 수행하고 그 결과를 3차원 비선형 유한요소해석 결과와 비교 및 분석하였다. 실험체 변수로 상 하부벽체의 수평길이 상대비, 하부벽체의 두께, 하부벽체 전단보강근의 상세를 고려하였다. 실험의 최대하중은 하부벽체의 공칭축강 도와 유사하게 나타났으며, 이로부터 상부벽체로부터의 수직 하중이 하부벽체로 원활하게 전달되며, 편심으로 인한 모멘트 중 상당 량을 경계보가 가져감을 알 수 있다. 상하부벽체 수평길이의 상대비가 40%일 경우 50%일 때보다 단면의 기여도가 증가하였으며, 하 부벽체에 면외방향 편심이 존재할 경우 단면의 기여도가 감소하였다. 하부벽체의 전단보강근 간격을 줄이고 크로스 타이를 배근할 경우 초기강성 및 최대하중이 증가하며 국부적인 응력집중이 감소하였다.

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 연구는 Mori-Tanaka 방법 및 멀티스케일 접근 방법을 적용하여 CNT의 굴곡성을 고려한 CNT-복합재 보강 콘크리트 보에 대한 균열해석을 수행하였다. Ad-hoc Eshelby 텐서에 기반하여 CNT의 굴곡성을 기하학적으로 고려하여 폴리머와 합성 하는 방법을 적용하였다. 멀티스케일 방법이 기반하여 CNT 함유량 및 굴곡성 변화에 따른 복합재의 탄성계수 및 강도변화를 추정하였다. 본 해석모델은 기존 문헌과 비교검증하였다. 본 연구에서 도출한 결과는 CNT 함유량과 CNT 굴곡성의 상호관계를 도시하였다. CNT 보강 복합재 구조물의 해석에 있어서 CNT 굴곡성의 중요성을 입증하였다.

이 연구는 바잘트 섬유시트로 전단보강한 철근콘크리트 보의 전단경간비에 따른 구조물의 구조적 거동을 실험을 통해 확인하였다. 철근콘크리트 보의 전단보강은 무보강, 45도, 90도, U형보강을 변수로 두었으며 전단경간비에 따른 실험결과 U형으로 보강하였을 때 철근콘크리트 보의 전단보강효과가 높음을 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.

The Precast concrete(PC) modular structures are a method of assembling pre-fabricated unit modules in the construction site. The essential aim of modular structures is to introduce a connection method that can ensure splicing performance and effectively resist shear strength. This study proposed PC module using a connecting plate that can replace splice sleeves and shear keys used in the conventional PC modular structures. To evaluate the splicing performance and shear capacity of the proposed method, the shear test was conducted by fabricating one monolithic reinforced concrete(RC) beam and two PC modular beams with a shear span-to-depth ratio as variables. The experimental results showed that the shear capacity of the PC modular beam was about 89% compared to that of the RC beam, and showed a failure of the RC beam according to the shear span-to-depth ratio. Therefore, it was considered that the connecting plate effectively transferred the stress between each PC module through the joint and ensure integrity. In addition, the applicability of shear strength equation of ACI 318-19 and Zsutty's equation to PC modular beams were evaluated. Results demonstrated that the improved shear strength equations are needed to consider reduction of shear strength in PC modules.

본 연구는 콘크리트구조기준(2012)을 적용한 RC보와 ACI 440.1R-15 (2015)를 적용한 FRP 콘크리트를 비교, 분석하였다. 파라미터 변수로 콘크리트의 폭과 높이, FRP의 탄성계수 그리고 보강량 4가지로 설정하여 연구를 수행하였다. 파라미터 연구 결과 보강량비가 상대적으로 적을수록, FRP의 탄성계수가 클수록 RC 대비 FRP 콘크리트의 휨성능이 우수하게 나타났다. 탄성계수가 40GPa이하인 유리섬유는 보강으로 효과가 없으며, 120GPa이상인 탄소섬유는 보강으로 효과가 있는 것으로 분석되었다. 따라서, 보강량이 상대적으로 적을 경우에 탄소 보강재(CFRP) 콘크리트는 RC 대비 경쟁력이 있을 것으로 판단된다.

Precast concrete (PC) modules have been increased its use in modular buildings due to their better seismic performance than steel modules. The main issue of the PC module is to ensure structural performance with appropriate connection methods. This study proposed a PC modular beam system for simple construction and improved structural and splicing performance. This modular system consisted of modules with steel plates inserted, and it is easy to construct by bolted connection. The steel plates play the role of tensile rebar and stirrup, which has the advantage of structural performance. The structural performance of the proposed PC modular beam system was evaluated by flexural test on one reinforced concrete (RC) beam specimen consisting of a monolithic, and two PC specimens with the proposed PC modular beam system. The results demonstrated that the proposed PC modular beam system achieved approximately 86% of the structural performance compared to the RC monolithic specimen, with similar ductility of approximately 1.06 fold greater.

철근콘크리트 구조물은 반영구적인 구조물로 여겨지고 있으나 해상 구조물 및 해상에 인접한 구조물은 부식에 대한 위험에 노출이 되어 있다. 내륙 구조물의 경우에도 제설제 사용으로 인한 콘크리트의 중성화, 콘크리트 균열 등의 다양한 부식 요인이 발생한다. 또한 건설공사 시 철근은 외부환경에 장시간 노출된 상태로 보관이 되어 부식되기 쉽다. 따라서 본 연구에서 는 철근콘크리트 보의 인장 주철근을 3%와 10%의 부식률로 부식을 시켜 휨 실험을 통해 부식률에 따른 철근콘크리트 보의 휨 거동을 나타내었다. 철근콘크리트 보와 콘크리트 공시체를 동시에 제작하여 재료실험을 수행하였으며, 전위차 부식촉진법을 활용하여 철근콘크리트 보의 부식을 촉진시켰다. 실험결과 부식으로 인해 철근콘크리트 보의 초기 강성이 증가하였으며, 10%의 부식률에서는 철근콘크리트 보의 전단파괴의 발생 및 누적에너지소산능력이 취약하게 나타났다.