External steel frame retrofitting effectively enhances the lateral resistance performance of existing reinforced concrete school buildings. However, when column shear failure occurs, ductility capacity is reduced, posing a risk of sudden collapse in high-seismic hazard areas. The purpose of this study is to propose a linear-elastic analysis-based retrofit process to reduce the likelihood of column shear failure and maximize retrofit effectiveness when applying external steel frame retrofitting. To achieve these objectives, a multiple-step process was presented and a case application was performed using quasi-static cyclic loading test results of a school building specimen retrofitted with an external steel frame system. Experimental results showed that strength, stiffness, and energy dissipation were improved by the retrofit system. However, the damage mechanism shifted from beam-column joints to column bases, resulting in reduced ductility capacity due to column shear failure. By applying the proposed process, the lateral stiffness ratio of the external steel frame columns was increased from 0.23 to 0.74, eliminating shear failure in existing reinforced concrete columns and confirming that it can contribute to improving ductility capacity.

In this study, a non-welded beam-to-column connection applicable to the extension and renovation of pipe-rack structures was proposed. The structural performance of the proposed connection was verified at the component level through preliminary finite element analyses. In order to verify structural performance of beam-to-column connection implementing panel zone reinforcing elements, full-scale quasi static test was conducted. As a result, the specimen incorporating box-type panel zone reinfocing element exhivited maximum strength approaximatly 1.3 times higher than that of the specimen with existing connection detail of which structural behavior was governed by weak panel zone deformation. However, the specimen with suggested detail shows stable ductile behavior due to reduction of stress concentrated on the beam-to-column connection since the applied forces were distributed through the yielding of the beam end plate and the reinforcing element inserted into the panel zone.

본 논문은 철계-형상기억합금 bar가 인장보강재로 사용된 콘크리트 보의 휨 거동을 예측하기 위한 해석적 연구결과를 제시 한다. 연구를 위해 범용 구조해석 프로그램인 OpenSees가 사용되었으며, 콘크리트, 철근, Fe-SMA bar의 재료모델이 제안되었다. 본 연구에서 제안된 유한요소 해석 모델의 검증을 위해 기존 연구에 대한 재현해석이 수행되었다. 그 결과 제안된 유한요소해석 모델은 초기 균열과 극한하중을 실험결과와 각각 7.95%, 6.76%의 오차 범위로 예측하는 것으로 나타났다. 또한 제안된 유한요소 해석 모델을 이용하여 철계-형상기억합금의 회복응력이 콘크리트 보에 미치는 영향을 평가한 결과 회복응력이 50 MPa 증가할 때 초기균열 하중은 약 7.14 kN 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 철계-형상기억합금의 회복응력이 콘크리트 부재 극한하중에 미치는 영향은 미미한 것으로 나타났다.

본 연구는 3차원 비선형 유한요소해석을 이용하여 고속도로 2주형 교각 코핑부에서 철근을 유리섬유보강폴리머(GFRP) 보강 근으로 대체하는 경우를 평가하였다. 콘크리트의 균열, 손상 및 보강근 응답을 모사하기 위해 콘크리트 손상소성(CDP) 모델을 적용하 였다. 단조하중 조건에서 철근 기준 Case와 다수의 GFRP Case를 비교하였다. 주요 변수로는 GFRP의 강성, 콘크리트와의 부착계수 영향, 그리고 수직 전단보강근 상세 배근을 포함하였다. 수치해석 모델은 실험 경향과의 비교를 통해 검증되었으며 전반적인 거동이 일관되게 나타났다. GFRP로의 대체는 철근 대비 강성과 하중 전달 메커니즘을 변화시켰다. 또한 콘크리트 손상이 전체 응답과 파괴 진행을 지배하는 주요 요인으로 나타났다. GFRP 강성이 높고 부착성능이 우수할수록 구조 효율과 상세설계의 실현성이 향상되었다. 적절한 설계가 전제될 경우 전단보강근의 양은 전체 거동에 미치는 영향이 제한적인 범위에서 최적화가 가능하였다. 이상의 결과는 GFRP 적용의 실무적 가능성을 뒷받침하는 동시에, GFRP의 선형탄성ㆍ취성 거동과 국부 응력집중 가능성을 고려할 필요가 있음을 시사한다.

본 연구는 고속도로 다주식 교각 두부보를 대상으로 철근 보강과 철근 대체 GFRP 보강의 균열 손상 거동을 3차원 유한요소 해석으로 비교ㆍ평가하였다. 콘크리트는 ABAQUS의 CDP 모델을 적용하고, 균열 분포는 인장 손상 변수를 핵심 지표로 사용하였다. 선형해석 결과, 두부보 중앙 상단부의 압축 응력 지배 구간과 중앙 하단부 및 접합부 주변의 인장ㆍ전단 영향 구간이 명확히 구분되었 으며, 향후 실험 계측 위치 선정에 활용 가능한 정보를 제공하였다. 비선형 해석 결과, 전반적으로 각 Case의 최초 균열하중 및 최대하 중, 균열 발생 시 변위 및 최대 변위는 큰 차이 없이 유사 범위에 분포하였으며, 균열 면적과 분포 형상 역시 대체로 유사하여 GFRP 보강 두부보의 구조적 안정성이 확인되었다. 특히 일부 Case는 초기 강성과 파괴 저항 측면에서 철근 보강 대비 경쟁력 있는 결과를 보여, 실무적 대체 가능성을 뒷받침하였다.

철근 콘크리트의 부식으로 인해 비부식성 대체재의 채택이 촉진되었으며, GFRP 철근은 가장 널리 채택된 경제적이고 균형 잡힌 성능 옵션 중 하나이다. GFRP 철근의 탄성 계수는 강철보다 낮아 완전한 대체가 어렵다. 하지만 최근 GFRP의 탄성 계수는 국제 기준 30∼40 GPa에서 약 60 GPa(국외 생산 기준), 50 GPa(국내 생산 기준)로 증가했습니다. 그러나 대부분의 설계 방정식은 기존의 저탄성계수 GFRP를 기준으로 보정되었다. 본 연구에서는 고탄성계수 GFRP 보강근으로 보강된 두 개의 콘크리트 보의 휨 거동을 분석하며, 실험 하중-변위 응답을 Adam, ACI 440.1R-06, CSA S806-12 및 최신 ACI 440.11-22의 예측값과 비교한다. 이 모델들은 모두 비균열 영역의 초기 경사와 일치하지만, 저탄성계수 GFRP를 사용한 보정으로 인해 실제 강성을 과소평가하고 처짐 을 과대 예측하는 경향이 있습니다. 균열 발생 후 편차가 증가하며, 이때, Adam 방정식이 가장 큰 편차를 보인다. 이는 기존 모델의 한계를 보여주며, 변위 제어가 매우 중요한 경우 기존 모델의 사용에 신중해야 함을 보여준다.

경량화와 연비 개선을 위해 크루즈선 선루 구조에는 박판 보강판 구조가 널리 사용된다. 그러나 이러한 세장한 형상은 압축, 횡 방향 및 전단 하중이 복합적으로 작용할 경우 좌굴에 매우 취약하다. 따라서 좌굴 강도의 정확한 평가는 구조 설계의 핵심 요소이나, 기존 의 유한요소해석 기반 접근법은 시간이 많이 소요되어 초기 설계 단계에서 광범위한 파라미터 연구를 수행하기에는 비실용적이다. 본 연구 에서는 DNV Panel Ultimate Limit State(PULS) 방법을 이용하여 크루즈선 선루 구조를 대표하는 박판 보강판의 체계적인 좌굴 강도 평가를 수 행하였다. 다양한 판 두께와 2차 보강재 유무를 포함한 보강재 구성을 갖는 패널 모델들을 복합 면내 하중 조건에서 분석하였으며, 초기 기 하학적 결함은 선급 요구사항에 따라 명시적으로 고려하여 실제적인 좌굴 거동을 확보하였다. 결과에 따르면, 2차 보강재 설치는 판의 좌굴 길이를 효과적으로 감소시켜 좌굴 강성을 크게 향상시키지만, 그 효과는 판 두께와 보강재 강성 간의 상호작용에 크게 의존한다. 변수 분석 결과, 판 두께 증가가 항상 더 높은 좌굴 강도로 이어지는 것은 아니며, 일정 두께 임계값을 넘어서면 보강재의 국부 좌굴이 극한 강도를 지배할 수 있음이 확인되었다. 또한 다양한 구성에서 일관된 좌굴 강도 경향이 관찰되어, 개별적인 설계 조정보다는 판과 보강재 변수의 통 합 최적화가 중요함을 강조한다. 본 연구의 결과는 크루즈선 선루 구조의 박판 보강판 최적화를 위한 실용적인 설계 통찰을 제공하며, DNV-PULS 방법이 예비 및 비교 설계 단계에서 좌굴 강도를 신속하고 신뢰성 있게 평가하는 도구로서의 유효성을 확인하였다.

Reinforced concrete structures require effective strengthening methods to improve shear capacity and ductility. Conventional external systems such as steel plates or CFRP sheets are limited by premature debonding and member damage. This study experimentally evaluated the shear performance of concrete beams strengthened with iron-based shape memory alloy (Fe-SMA) strips. Static loading tests compared the effects of prestressing activation, retrofit type and retrofit ratio. The activation of Fe-SMA effectively delayed the formation of shear cracks and reduced width. Also, the Fe-SMA suppressed the shear deformation of stirrups and concrete, resulting in enhanced shear performance and ductility of the strengthened beams. Overall, the Fe-SMA strengthening method was found to be effective in improving the serviceability and maintenance performance of reinforced concrete beams.

본 연구는 철근 부식 문제의 대안으로 주목받는 섬유보강폴리머(FRP) 보강 콘크리트 구조물의 성능을 통합적으로 평가하고 최적 설계 기준을 제시하기 위해 메타분석을 수행하였다. 부착, 휨, 압축 성능을 다룬 선행 연구 6편에서 도출된 355개의 정량적 데이 터 셋을 종합하여, 개별 연구에서는 파악하기 어려운 설계 변수 간의 상호작용과 성능의 임계 조건을 규명하였다. 분석 결과, 특정 조건에서 FRP 보강 부재의 성능이 오히려 철근콘크리트(RC)보다 저하되는 ‘성능 전이 현상’을 최초로 정량화하였다. 휨 부재에서는 보강비(ρ)에 따라 요구되는 최소 탄성계수(      )를, 압축 부재에서는 RC 대비 성능 우위를 확보하기 위한 임계 보강비 (  )와 최소 콘크리트 강도(  40MPa)를 제시했다. 또한, 기둥의 취성파괴 위험을 설계 초기 단계에서 정량적으로 평가할 수 있는 ‘취성파괴 위험지수(BFRI)’를 개발하여 안전성 검증을 위한 새로운 척도를 제안했다. 본 연구의 성과는 기존의 정성적 지침을 넘어, 실무 설계자가 FRP의 성능을 극대화하고 취성파괴 위험을 체계적으로 관리할 수 있는 정량적 설계 프레임워크를 제공한다는 점에서 중요한 의의를 가진다.

국내 GFRP 보강 콘크리트에 대한 설계기준이 제정되었으나, 국내 적용은 여전히 제한사항이 많은 상황이다. 특히, 국외 기준을 참고하면서 연구데이터가 부족하여 보수적으로 설계된 사항이 동일하게 적용되었지만, 국외보다 상대적으로 품질이 떨어지는 국내 GFRP 시장에서는 현장 적용이 쉽지 않은 실정이다. 이러한 이유로 국내외에서는 보수적인 설계기준을 개정하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있다. 보 부재는 설계기준의 값이 얼마나 보수적인지 검증하는 연구가 주를 이루고 있으며, 기둥의 경우 GFRP 보강근 의 압축력에 대한 연구가 다수 진행되었다. 그 외에는 현재 설계기준에 활용하기 위해 다양한 콘크리트 부재에 대한 연구가 진행되어 설계식을 제안하고 있다. 본 연구에서는 국내외에 GFRP 보강근에 관한 최신 연구동향을 조사 및 분석하여 현재 보수적으로 적용된 설계 내용에 대한 개정방향과 향후 추가적인 연구를 통해 관련 설계기준 및 시방서를 현실에 맞게 제⋅개정하는데 기초자료로 활용하 고자 한다.

본 연구는 부식에 취약한 강재의 대체 보강재로써 주목받는 CFRP 보강재의 피로 예측에 머신러닝을 적용하는 것이 타당한지 검토하였다. 이를 위해 선행 연구의 피로 시험 결과를 바탕으로 섬유-체적 비율 40, 50, 60, 80%의 데이터를 수집하였으며, 이 중 40, 50, 60% 섬유 함침율을 학습 데이터, 80% 섬유 함침율을 검증 데이터로 활용되었다. 머신러닝 학습에는 랜덤 포레스트 알고리즘 이 활용되었으며, K-폴드 교차 검증을 통해 알고리즘 내부의 하이퍼파라미터를 추정하였다. 그 결과, 최종 하이퍼파라미터는 결정 나무 200, 최대 깊이 20등으로 결정되었다. 해당 하이퍼파라미터를 적용한 피로 성능 예측 결과, 전반적으로 0.92∼0.97의 높은 결정 계수를 보여 충분한 예측 성능을 기대할 수 있을 것으로 나타났지만, 예측값과 실험값을 비교하는 산점도 분석 결과에서 3 mm 변위 수준의 예측값이 약 117만 사이클의 MAE를 보였다. 이는 적은 표본 수로 인해 학습 데이터에 과적합 되었음을 의미하는 명백한 증거 이며, 향후 지속적인 연구를 통해 개선할 필요가 있다.

본 연구는 기계학습 및 설명 가능한 인공지능(xAI) 기법을 활용하여 폭발 하중을 받는 철근콘크리트 기둥의 보강 단계(Retrofit Level, RL)를 신속하게 평가하는 종합적 프레임워크를 제시한다. 파괴 유형와 보강 요구사항을 예측하기 위한 다단계 기계학습 접근 법을 개발하였으며, 이후 부분 의존성 그래프(Partial Dependence Plot, PDP) 분석을 통해 데이터 기반 보강 전략을 수립하였다. 제안 된 프레임워크는 두 가지 주요 프로세스로 구성된다: (1) 파괴유형 분류 및 RL 예측을 위한 다단계 기계학습 모델을 활용한 폭발 성능 평가, (2) 입력 변수 효과의 체계적 분석을 통한 PDP 기반 보강 전략 개발. RL 예측 모델은 광범위한 폭발 손상 평가 데이터를 바탕으 로 학습되었으며, 휨 및 전단 파괴유형에 대해 세 가지 손상 조건(심각, 보통, 경미)에서 검증되었다. PDP 분석 결과, 파괴유형과 손상 조건에 따라 서로 다른 보강 특성이 나타남을 확인하였다. PDP 기반 분석을 통해 주철근비 및 전단철근비에 대한 보강 가능 구간과 불가능 구간을 성공적으로 식별하였다.

테트라포드는 일반적으로 무근콘크리트로 제작되어 취성적 거동을 보인다. 이러한 파괴 양상을 개선하고 균열 저항성을 증진시키 기 위한 방안으로 섬유보강 콘크리트를 사용하는 것이 대안 중 하나가 될 수 있다. 본 연구에서는 유한요소해석을 통해 섬유보강 콘크 리트를 적용한 테트라포드의 구조성능을 평가하는데 중점을 두었다. 이를 위해 기존 연구자들의 실험 결과와 비교하여 유한요소모 델을 검증하였으며 이후 변수해석을 진행하였다. 변수해석의 주요 변수는 섬유보강 콘크리트의 파괴에너지로 설정하였다. 문헌조사 를 통해 다양한 섬유보강 콘크리트의 파괴에너지 범위를 도출하고 이를 변수해석에 적용하였다. 해석 결과, 테트라포드의 파괴는 균 열에 의한 인장 파괴가 지배하는 것으로 나타났으며, 섬유보강 콘크리트의 사용은 테트라포드의 연성을 향상시킬 수 있는 것으로 확 인되었다.

본 논문은 고온 환경에 노출된 TRM 보강 RC 보의 잔존강도를 예측하기 위한 해석적 연구결과를 제시한다. 연구를 위해 상용 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS가 사용되었으며, 콘크리트, 철근, CFRP grid, 모르타르에 대한 재료모델이 제안되었다. 본 연구에서 제안된 유한요소해석 모델의 검증을 위해 선행 연구결과에 대한 재현 해석이 수행되었다. 제안된 유한요소해석 모델의 예측 된 결과는 실험결과와 비교하여 잔존 극한하중과 극한하중 시점에서 각각 약 97.6%, 90.58%의 정확도를 보이는 것으로 나타났다. 또한, 유한요소해석을 통한 균열양상은 실험결과와 비교적 정확하게 예측되었다. 따라서 본 연구에서 제안된 해석모델은 고온 환경에 노출된 TRM 보강 RC 보의 잔존강도를 예측하기 위해 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

This study investigates the seismic performance of beam-column connections using Thin-Walled Steel Composite (TSC) beams and Prestressed Reinforced Concrete (PSRC) columns. TSC beams are constructed from U-shaped thin steel plates that are filled with concrete, allowing for composite action with slabs through the use of shear connectors. They are widely applied in industrial buildings due to excellent strength, stiffness, and constructability. However, slender web plates are prone to local buckling, which may compromise their performance during seismic events. To mitigate this issue, internal supports have been introduced to enhance web stability and concrete confinement. Cyclic loading tests on three specimens—with and without internal supports—demonstrated that the supports increased moment capacity, improved energy dissipation, and effectively reduced buckling. Even slender sections demonstrated performance comparable to that of compact sections. All specimens reached peak strength at a 2.44% rotation angle, with damage localized near the supports. A practical connection detail was also proposed, taking into account constructability and structural reliability. The results provide valuable guidance for the seismic design of composite systems in large-scale structures.

1978년 최초로 지진이 관측된 이후, 대한민국은 2022년까지 규모 2.0 이상의 지진이 2,100회 이상 발생하는 등 지진 활동이 점차 증 가해 왔다. 특히 2016년 경주 지진(M 5.8)과 2017년 포항 지진(M 5.4)과 같은 대형 지진은 대한민국이 더 이상 지진 안전지대가 아님 을 분명히 보여주었다. 이에 대응하여 정부는 ‘지진방재종합계획’을 연속적으로 수립･시행하였으며, 현재는 제3차 계획이 추진되고 있다. 그러나 지금까지의 정책은 주로 구조물의 붕괴 지연에 초점을 맞춘 내진 보강에 집중되어 있었으며, 지진 발생 중이나 이후에 주요 기반시설의 기능을 유지하는 데에는 한계가 있었다. 본 연구는 이러한 대한민국의 지진 방재 정책의 발전 과정과 한계를 분석하 고, 획일적인 내진 보강 방식의 한계 및 지진 격리장치와 같은 첨단 기술의 활용 부족을 지적하였다. 또한, 국내외 사례 분석을 바탕으 로, 성능 기반 설계 기준, 기능 유지형 보강 전략, 복합형 내진 기술의 확대 적용 등을 포함한 개선 방안을 제시하였다. 이러한 연구 결 과는 향후 지진에 대비한 국가의 회복탄력성을 높이기 위한 실질적 정책 개선 안을 제시한다.

본 연구는 동결융해 및 철근 부식으로 복합열화된 철근콘크리트 보를 탄소섬유 복합재료로 보강한 경우의 휨 거동을 평가하 기 위해 층상화 단면해석 모델을 제안하고 그 유효성을 실험적으로 검증하였다. 해석 모델은 열화에 따른 재료물성 저하와 CFRP 보강 효과를 통합적으로 고려하여 휨 거동을 예측하도록 구성되었다. 제안된 모델의 해석 결과, 열화 및 CFRP 보강 RC 보의 항복휨모멘트 와 최대휨모멘트 예측값은 실험값과 평균 1.01∼1.16의 비율을 보여 휨 성능을 매우 높은 신뢰도로 예측함을 확인하였다. 그러나 휨모 멘트-변위 관계에서는 일부 상이한 경향이 관찰되었다. 항복 이전 구간에서는 해석 모델의 휨 강성이 실험 결과보다 높게 평가되었는 데, 이는 해석 모델이 콘크리트의 초기 미세균열과 같은 비선형적 거동을 완벽히 반영하지 못하기 때문으로 분석된다. 반면, CFRP로 보강된 보의 항복 이후 구간에서는 해석 모델의 강성이 실험값보다 낮게 나타났다. 이는 현행 RC 이론 기반의 변위 산정 방식이 CFRP 보강재의 높은 탄성계수 효과를 충분히 반영하지 못하여 최대강도 도달 시의 변위를 과대평가하기 때문으로 판단된다.

콘크리트 구조물의 내ㆍ외부 보강재로 사용되는 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic) 그리드의 철근 대체 가능성을 확인하기 위해, 철도용 콘크리트 침목 내부에 CFRP 그리드를 보강한 후 유한요소 해석 프로그램인 ABAQUS를 활용하여 성능을 평가 하였다. 본 연구에서는 PC 강연선 대신 CFRP 그리드를 보강하고 하중을 재하한 결과, 피복두께 40 mm에서 최대 휨-인장 응력이 2.494 MPa로 도출되었으며 이는 KR CODE 2012의 허용응력 기준을 충족하는 값으로 나타났다. 추가적으로, 본 연구에서는 설계기준에 따라 하중 조건과 응력분포를 고려하여 중립축 위치와 CFRP 그리드의 배치를 최적화한 침목 단면설계를 진행하였다. ABAQUS 해석을 통해 침목의 휨 강도와 내구성을 평가한 결과, CFRP 그리드를 적용한 침목은 기존 PC 강연 선 보강 침목 대비 유사한 수준의 구조적 성능을 확보하면서도 경량화 측면에서 우수함을 확인하였다. 이를 통해 CFRP 그리드가 철근 을 대체하여 철도용 콘크리트 침목 설계에 적합한 보강재로 활용될 수 있음을 확인하였다.

본 연구에서는 온대산재 및 남양재 원목을 표층재로하고, 금속, 유리섬유, 탄소섬유로 보강한 코르크 보드를 중층에 배열한 코르크 복합 원목마루판 의 치수안정성을 평가하였다. 표층재에 따른 코르크 복합 원목마루판의 평균 흡수율은 백합나무(Tu)가 6.1%로 가장 높은 값을 나타내었고, 티크와 멀바우가 4.7%로 가장 낮은 값을 나타내었으며, 밀도가 낮은 온대산재를 배열한 원목마루판보다 남양재에서 낮은 값을 나타내는 것이 확인되었다. 중층보강재는 CM (cork board-metal) 타입이 CG (cork board-glass fiber) 및 CC (cork board-carbon fiber)타입에 비하여 높은 흡수율을 나타내어 밀도에 따른 흡수량의 차이가 확인되었다. 표층 수종에 따른 흡수두께팽창률은 백합나무가 7.2%로 가장 높은 값을, 티크(T)가 3.9%로 가장 낮은 값을 나타내었다. 전반적으로 금속 보강 원목마루판(CM)의 흡수두께팽창률은 유리섬유(CG)와 탄소섬유(CC)에 비하여 금속이 2–3배 높은 값을 나타내었다. 금속 보강 원목마루판을 제외한 모든 원목마루판은 목질 마루판에 관한 KS 규격 기준을 충족하는 우수한 치수안정성을 나타내는 것이 확인되었다.