Corrosion of the steel reinforcement in a cold and saline environment leads to the overall deterioration of reinforced concrete structures. To avoid such deterioration, Glass Fiber Reinforcement Polymer(GFRP) rebars are used in place of steel reinforcement. In the present paper, in order to examine the effect of reinforcement ratio of concrete beam reinforced with lap-spliced GFRP bar, nonlinear finite element analyses are performed.

항복강도 690MPa 이상의 초고강도 고성능강재 HSB800 후판이 최근 국내에서 개발되었으나, 플레이트 거더 등 주요 구조물에 최적 활용되기 위한 설계기술 기반은 아직 마련되지 못하고 있는 실정이다. 고강도 강재는 일반적인 강재에 비해 비교적 낮은 연신율과 큰 항복비를 갖고 있어 구조연성 성능에 대해 다소 불리한 것으로 예상되며, 현행 AASHTO LRFD 설계기준의 비탄성 설계과정에서도 공칭항복응력 485MPa를 초과하는 단면 설계에 대한 적용이 엄격히 제한되어 있다. 본 연구에서는 HSB800시편에서 표준시험을 통해 획득한 비탄성 응력-변형율 특성을 고려한 3차원 비선형 유한요소 해석 방안을 정립해 보고자 한다. 관련 규준의 표준화 연구를 위해 재료특성의 표준모형 정립이 선행되어야 한다. 기존 일반강에 적용하던 완전탄소성 거동 및 다중 선형 재료특성 곡선과 실제 재료특성을 적용한 비탄성 연성거동 해석결과에 대해 상호 비교연구를 수행하였다. 향후 실 구조물 규모의 실험적 검증을 통해 본 해석적 모형이 검증된다면, HSB800을 적용한 플레이트 거더의 비탄성 설계에 관한 광범위한 연구를 효과적으로 수행할 수 있을 것으로 판단된다.

구조용 형강을 사용하는 격자형 합성바닥판은 비교적 신속한 시공과 보수시 교통통제를 최소화할 수 있는 장점으로 인해 1930년대 이후 현재까지 다양한 단면상세가 연구개발 되고 있다. 강형의 상부 일부만 콘크리트와 합성된 형태를 취하는 격자형 합성바닥판은 강형이 완전히 매입되는 형태에 비해 자중이 작고 공장에서 프리캐스트 제작이 가능하여 원거리의 현장이나 산악지역과 같이 건설조건이 열악한 경우에도 적용이 가능한 구조이다. 본 연구에서는 형강이 노출된 격자형 강합성 바닥판을 각종 기반시설물의 수평지지구조에 적용하고자 형강과 콘크리트의 합성을 위한 전단연결부의 형식과 격자형 구조에서 형강을 서로 연결하는 가로막대의 간격, 상부 콘크리트 슬래브의 두께 등을 변수로 휨실험을 하였고, 휨성능 및 합성거동을 비교 평가하였다. 이를 통해 설계변수 변화에 따른 구조거동의 변화를 비교 검토할 수 있었고, 적절한 전단연결방식 및 단면제원에 대한 기본자료를 얻을 수 있었다.

기존의 지하구조물 비개착축조공법은 구조물의 강성을 확보하기 위하여 가설구조인 강관에 철근을 설치하는데 시공시 좁은 공간으로 작업이 불편하고 배근작업으로 인한 자재비용이 과다하는 등 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하는 차원에서 스틸 세그먼트를 이음부로서 연결하여 지하구조물 축조시 가설구조물을 형성하고 철근대신 강선이나 강봉을 설치하여 긴장력을 도입하는 새로운 공법인 P.S.T공법(Prestressed Segment Tunnel Method)이 모색되었다. 본 연구에서는 P.S.T공법 구조물의 휨성능을 평가하고자 그에 대한 실험적인 연구를 수행하였다. 세그먼트 형상비, 우각부 원형강관의 크기, 긴장량의 크기 및 이음부의 용접 유무를 실험변수로 설정하여 구조물의 휨거동 특성을 규명하고 부동한 변수에 따른 구조물의 처짐에 대한 효과를 분석하였다.

이 연구에서는 콘크리트 구조물의 섬유보강재인 하이브리드 섬유시트(HFC)와 하이브리드 섬유바(HFB)의 성능을 평가하였다. 실험결과에 의하면, 하이브리드 섬유보강재(시트, 바)로 보강된 보는 무보강보에 비해 약 60%~2배 이상의 높은 보강효과를 보였고 보강된 보는 항복점 이후 연성적인 거동을 보이며 파괴되는 이상적인 파괴모습을 보여주었다. 특히, 하이브리드 섬유바 보강의 경우 하이브리드 섬유바를 에폭시 주입과 접착제로 부착한 보강보는 비슷한 파괴거동을 보여줌으로써 부착방식에 따른 차이가 거의 없는 것으로 나타났다.

본 논문은 SC합성보에 정착구의 높이, 새들의 형태, 가력시점을 변수로 하여 비부착 포스트텐션 보강을 하고 휨실험을 통해 보강방법을 평가하여 적절한 보강방법을 제시하고자 하엿다. 실험결과 보강 전 SC합성보의 최대내력은 실험값/이론값이 0.97로 나타났으나 보강 후는 1.00~1.21로 나타나 보강효과를 확인할 수 있었다. 변위 및 변형률 분석결과 정착구의 높이 및 가력시점에 상관없이 보강 후 중립축에 정착구를 설치한 D120계열 실험체가 최대하중이후 급격한 하중저하 없이 변위가 지속적으로 증가하며 각 부분의 변형률도 비교적 적게 나타나는 안정적인 거동을 했다. 보강효과면에서 선 가력 후 보강한 SCR-UD120실험체가 보강 전 SC합성보에 비해 최대내력이 1.72배 증가하여 가장 우수한 것으로 나타났다.

최근 친환경 재료와 구조물에 대한 관심이 증대되면서 친환경 재료인 황토에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 황토는 건설 및 마감 재료로 사용된 전통적인 친환경 건설 재료 중의 하나이다. 황토는 높은 축열성, 습도 조절 능력, 자정력, 탈취 및 항균성능, 인체에 유익한 다량의 원적외선이 방사되는 점 등 건설 재료로서 많은 장점을 갖고 있다. 그러나, 황토는 낮은 강도특성과 건조수축 균열 특성 때문에 현대 건설에 사용되지 않고 있는 실정이다. 최근 연구자들의 연구결과에 따르면, 황토는 플라이 애쉬나 포졸란 같은 천연 포졸란 재료로 사용될 수 있다. 본 논문에서는 황토와 슬래그, 재생 PET 섬유가 혼입된 콘크리트의 역학적 성질과 구조적인 휨 거동 실험을 수행하였다. 실험 결과 황토콘크리트의 압축강도와 탄성계수는 기준 시멘트 콘크리트 시편보다 상대적으로 낮게 평가되었으며, 철근 콘크리트 보의 휨 거동은 거의 유사하게 나타났다.

본 연구는 지하주차장 건물의 바닥구조를 구성하기 위한 방안으로서 프리스트레스를 도입한 일방향 장선구조인 MRS공법을 제안하고, MRS공법의 연속단 접합부에 대한 구조실험을 수행함으로써 휨거동 특성과 접합상세의 적정성을 평가하였다. 연속단 접합부는 4개의 실험체를 제작하였으며, 연속단 접합부에 부모멘트가 작용하도록 실험을 수행하였다. 실물크기로 제작한 MRS 연속단 접합부는 접합부의 구조상세와 상관없이 충분한 휨강성의 발현과 함께 연성적인 휨파괴 거동을 보여주었다. 특히 지붕층에 위치한 MRS 연속단 접합부는 큰 값의 부모멘트를 저항하기 위한 인장철근의 양을 최대철근비 이하로 설계할 수 있으며, 최종파괴 모드는 휨에 의해 지배되는 거동특성을 보여주었다. 따라서 제안된 MRS공법은 우수한 지압성능과 연속단 구축이 용이한 접합부 상세를 갖는 것으로 평가되었다.

일반적으로 철근콘크리트 건축물은 외부의 기후에 노출되어 있어 겨울에서 이른 봄까지 동결과 융해의 반복적인 작용에 영향을 받는다. 이러한 동결융해 작용은 콘크리트의 균열을 발생시키거나 콘크리트 표면의 박리를 일으켜 내구성 저하의 원인이 된다. 본 연구에서는 철근콘크리트 보의 동결융해 노출에 따른 휨 거동특성의 평가를 위해 주근비와 동결융해 사이클을 변수로 하였다. -18~4℃의 온도범위에서 150 및 300 사이클의 동결융해에 노출시킨 실험체를 비롯하여 14개의 축소모형 실험체를 제작, 단조 및 반복하중 하에서 실험을 실시하였다. 실험결과를 통해 동결융해에 노출되어있는 철근콘크리트 보의 휨 거동특성을 평가하는데 기초적인 자료를 제시하고자 하였다

FRP는 재료가 가지고 있는 특성 때문에 최근 들어 미국, 일본 등에서 보강 재료로 널리 쓰이고 있으며 우리나라에서도 활발한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 EBR, NSMR 보강공법을 사용하는 동시에 AFRP의 종류와 보강면적을 다르게 보강하여 각 실험체의 거동과 연성을 평가하였다. 보강면적을 증가시킨 경우가장 큰 하중증가를 보였으나 취성적인 파괴 양상을 띠었으며 미성숙파괴가 일어났다. 공법면에서는 NSMR공법으로 보강하는 것이 더 효율적인 것으로 나타났으며 보강재료 표면의 요철이 연성파괴를 유도하는 것으로 나타났다.

본 연구는 저자가 수행하고 있는 FRP로 보강된 콘크리트 보의 거동연구에 관한 일련의 연구 중 일부로서 본 연구에서는 인장보강근이 겹이음된 콘크리트보의 휨거동에 대한 실험적 연구결과를 제시하였다. 실험변수로는 보강근의 직경과 보강근의 겹이음길이를 적용되었으며, 총 14개의 겹이음된 실험체와 4개의 겹이음되지 않은 기준실험체에 대한 휨실험을 실시하여 각 실험변수인 보강근의 직경(10, 13, 16, 19mm)과 겹이음길이(0.72부터 1.58ld)에 대한 실험결과를 정리하였다. 각 보강근의 겹이음길이는 ACI 440에서 제시하고 있는 FRP 보강근에 대한 기준을 적용하였으며, 실험결과에서 사용된 FRP 보강근의 경우, 기준에서 제시하고 있는 부착길이에 대한 1.3과 1.6의 계수가 충분한 것으로 나타났다.

해양콘크리트 구조물의 내구성은 염분의 침투와 확산에 의해 심하게 저하한다. 이로 인해 많은 연구자들이 해양구조물에 대한 내구성을 향상시키기 위한 연구를 수행하여 왔다. 이 연구에서는 광물질 혼화재, 코팅철근, 부식억제제를 사용한 휨 부재에 대하여 4점 휨 시험을 수행함으로써 휨 거동을 비교 평가하고 해양구조물로의 적용성을 검토하였다. 결과에 따르면, 광물질 혼화재와 부식억제제는 초기균열 안전성과 휨 저항에 효율적인 것으로 나타났다. 내구성 재료를 사용하여도 동일 휨 모멘트 구간에서의 인장철근 응력 변화는 적고 부재도 안정된 거동을 보인다. 또한, 내구성 재료를 사용한 부재의 균열간격도 크지 않게 나타났다.

본 연구에서는 탄소섬유판이 표면 매입된 철근 콘크리트 보의 휨 거동 효과를 고찰하였다. 이를 위하여, 탄소섬유판이 표면 매입된 T 형 철근 콘크리트 보를 제작하여 실험을 수행하였다. 본 연구 결과, 표면매입(NSM) 탄소섬유판으로 보강된 철근콘크리트 부재의 휨 강성 및 극한강도는 섬유판으로 보강되지 않은 보에 비하여 크게 증진되며, 그 최대 증가율은 보강되지 않은 부재의 경우보다 약 247%로 나타났다. 위 철근콘크리트 부재의 파괴는 부재 길이 방향으로 섬유 소선이 풀리는 표면매입 탄소 섬유판의 파괴로 시작되며, 탄소섬유판의 파단이 이어지는 2차 파괴가 발생하였다. 표면매입 탄소섬유판은 콘크리트와의 완정한 합성거동을 유도하여 따라서 탄소섬유판을 표면에 매입하는 방식은 노후 구조물 보강방식으로 매우 효과적인 것으로 판단된다.

FRP bar는 높은 인장강도와 경량의 재료로 철근부식문제를 해결할 수 있는 대안으로 대두되고 있다. 그러나 FRP와 콘크리트 모두 취성적인 재료로 철근콘크리트보다 낮은 연성을 갖게 되며, 갑작스러운 파괴를 유발할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 FRP 보강근을 사용한 휨부재의 압축측을 나선형 보강근으로 구속하여 거동을 개선하고자 하였으며, 구조실험을 통하여 파괴모드의 개선 및 연성증가를 확인할 수 있었다.

혹독한 자연환경하에서의 구조물의 내구성이 주요한 관심사도 대두되면서 건설분야에서 섬유강화폴리머의 사용이 점차 증가하고 있는 추세이다. 본 연구에서는 FRP bar를 휨부재의 휨보강근으로서의 적용가능성을 평가하기 위하여 휨실험을 수행하였다. 탄소섬유, 유리섬유 및 탄소와 유리섬유를 혼합한 hybrid 섬유 보강근을 사용하여 보강량을 변화시킨 12개의 실험체를 제작하여 실험을 수행하였으며, 그결과는 파괴형태, 모멘트-변위, 휨강도, 연성지수 및 단면에서의 변형율분포 등에 대하여 분석하였다. 실험결과는 ACI 기준에 제시된 모델과 비교하였으며, 전체적으로 보의 휨강도는 강도설계이론에 의한 결과와 거의 유사한 것으로 나타났다. 그러나 처짐의 경우에는 유리섬유의 경우는 이론이 과대평가 되었으며, 탄소섬유는 과소평가되는 것으로 나타났다.

본 논문의 목적은 채널형 단부정착장치를 사용하여 CFRP판으로 보강한 철근콘크리트 보의 구조적 거동을 평가하는 것이다. 총 12개의 시험체를 제작하였으며, 이 중에는 보강판의 효율성을 높이기 위해 채널형단부정착장치를 사용한 시험체와 사용하지 않은 시험체가 있다. 모든 시험체의 단면 크기는 동일하며, 주철근량과 콘크리트의 강도를 변화시켰다. 하중재하는 모든 시험체에서 4점 휨시험으로 진행되었으며, 각 재료의 변형률, 균열, 하중, 및 파괴모드가 시험 중에 측정되었다. 모든 시험체의 시험결과는 변형, 강도, 그리고 파괴모드 측면으로 분석되었다. 실험결과에 대한 분석를 통해서 채널형 단부정착장치를 사용한 RC보는 그 파괴모드가 급작스런 부착파괴에서 변형이나 강도적 측면에서 구조적 성능이 매우 향상된 연성적 파괴모드로 전환되는 것을 확인할 수 있었다.

연구에서는 전․후면판 공용방식의 접합부를 갖는 강-PSC 혼합구조의 휨모멘트와 처짐의 관계 및 하중과 변위의 관계 특성을 파악하기 위해 기존 접합부(R형) 방식과 개선된 접합부 방식에 대하여 실험을 수행하였으며, 프리스트레싱력이 강-PSC 혼합구조의 하중과 변위에 미치는 영향을 파악하기 위해 접합부 형상에 따라 프리스트레싱력을 도입한 경우와 도입하지 않은 경우에 대하여도 실험을 수행하였다. 개선된 L형 전후면판 공용 접합부 방식의 하중-처짐 및 파괴모드를 비교․분석한 결과, 프리스트레싱을 가한 개선된 접합부 방식이 기존 접합부 방식에 비해 보다 우수한 하중저항성능을 나타냈으며, 강도 및 강성 측면에서도 우수한 것으로 나타났다. 따라서 개선된 접합부 방식을 강-PSC 혼합구조에 적용이 가능할 것으로 판단된다.

본 논문은 장기 지속하중을 경험한 순환골재 콘크리트 보의 휨 거동특성 평가를 위하여 수행된 실험결과를 다룬 내용으로 이를 위하여 천연골재를 사용한 시험체, 순환굵은골재로 100% 대체된 시험체와 순환잔골재로 50% 대체된 시험체 등 총 3개의 보가 계획 및 제작되었다. 1년간 재하된 지속하중을 경험한 이후 파괴시까지 다시 재하된 철근콘크리트 보의 단기 휨거동에서 초기 강성 및 최대내력은 골재의 종류에 관계없이 유사하게 나타났으나 최대내력시의 강성이 순환골재를 사용한 경우 천연골재에 비해 28 및 23% 작게 나타났고 인장철근 및 압축측 콘크리트의 변형률도 순환골재를 사용한 시험체가 천연골재를 사용한 시험체보다 다소 크게 나타났다. 그러나 순환골재를 사용한 철근콘크리트 보에 대한 실험값을 ACI규준 의한 계산값과 비교한 결과 크게 나타났으며 전반적으로 천연골재를 사용한 철근콘크리트 보와 대등한 휨 성능을 보였다.

기존의 Double T-Beam은 단면 형상이 갖는 단순함과 세련된 도시적 미관을 갖추고 있기 때문에 미국이나 유럽 등지에서 적극 시공되고 있으나 역학적 저항능력이 상대적으로 취약할 뿐만 아니라 제한된 특수 시공 방법을 사용해야 한다는 문제점이 있다. 이에 본 연구에서는 기존의 Double T-Beam의 문제점을 해결하기 위해 콘크리트와 강재의 장점만을 취합한 강합성 보를 사용하였고, 긴장력을 도입하여 구조적으로 보다 안정성을 갖춘 프리스트레스트 강합성 Double T-Beam의 개발 가능성을 제시하고자 하였다