콘크리트 구조의 인장 보강재로 주로 사용되는 철근은 높은 인장강도와 연성이 우수한 변형 특성에 도 불구하고 부식이 발생할 수 있다는 단점을 갖고 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 부식이 발 생하지 않는 다양한 재료 중 FRP(Fiber Reinforced Polymer)를 철근과 유사한 형태의 Rod로 제작하 여 철근을 대체하는 보강재로 사용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그중에서도 인장강도가 우수한 탄 소 및 유리섬유를 일방향으로 성형하고 Rod 표면을 굴곡 처리한 CFRP 및 GFRP 보강근을 중심으로 콘크리트 구조에 적용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이 연구에서는 FRP Rod를 보강근으 로 하는 콘크리트 부재의 부착특성과 균열폭, 처짐과 같은 사용성 평가에 중요한 역할을 하는 인장강 화효과를 포함한 균열거동 특성을 파악하기 위하여 단변의 피복두께와 FRP 보강근 지름의 비를 1.0에 서 3.5 까지 0.5배씩 증가하는 직사각형 단면을 갖는 길이 1,000mm의 인장부재를 제작하여 만능재료 시험기(Universal Testing Machine)를 이용한 직접인장실험을 수행한 후, 피복두께와 FRP 보강근의 지름 비에 따른 균열거동(Cracking Behavior) 및 인장강화효과(Tension Stiffening Effect)를 분석하고 현행 설계기준의 규정과 비교하였다. 작용하중에 따라 발생하는 균열에 대해서 횡방향균열(Transverse Crack)과 쪼갬균열(Splitting Crack)로 각각 구분하고, DAQ(Data Acquisition) 시스템을 이용하여 콘 크리트 인장부재에 매입된 CFRP 및 GFRP 보강근의 변형량 및 작용하중을 측정하였으며, 그 결과로 부터 하중-변형률 관계로 대표되는 인장강화효과를 분석하였다. 균열거동 및 인장강화효과를 분석한 결과, CFRP 또는 GFRP Rod를 보강근으로 하는 콘크리트 인장부재는 FRP 보강근과 콘크리트의 부 착강도를 감소시키는 쪼갬균열이 발생하지 않도록 피복두께를 보강근 지름의 2.5배 이상 확보하였을 때, 각 보강근별로 극한강도 fu의 60-70%에 해당하는 하중이 작용하는 단계에서 인장강화효과는 우 수한 것으로 나타났으며, 철근을 보강근으로 하는 현행 설계기준의 규정으로 예측한 결과보다 우수한 인장강화효과를 얻을 수 있음을 확인하였다.

국내 건축물에서는 노후한 철근콘크리트 구조물의 안전성이 중요한 문제로 대두되고 있다. 구조물 부분이나 전체의 무너짐으로 인해 경제적 손실을 초래할 수 있으며, 이는 주로 구성 재료의 내구성 결 함으로 인해 발생한다. 여러 노후화 인자 중 동결융해와 부식은 주요한 열화 요인으로 작용한다. 동결 지역의 구조물은 동결융해가 위험 요소로 작용할 수 있으며, 해양 구조물은 해수에 존재하는 염소이온 에 의해 부식될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 복합 열화 작용과 철근콘크리트 부재의 성 능 저하 관계를 이해하는 것이 필요하다. 본 연구는 동결융해와 부식의 복합적 피해가 RC 보의 거동 에 미치는 영향을 실험적으로 조사하였다. 7개의 RC 보를 제작하여 각각 다른 수준의 열화 조건을 부여한 후 휨 시험을 실시하였다.

이 논문에서는 내구성이 우수한 것으로 알려져 있는 펄트루젼 FRP의 습도 노출 및 동결 융해 영향을 검토하고, 이에 따른 국부좌굴강도 영향을 검토하기 위한 해석적 연구를 수행하였다. FRP는 일반적으로 내구성이 우수하다고 알려져 있기 때문 에, 해양 구조물 등 습윤환경에서 적용하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있으며, 특히 구조용 부재로 제작되는 펄트루젼 FRP 부재는 하절기와 동절기의 온도변화에 노출되기 때문에 이에 대한 검토가 필요하다. 펄트루젼 FRP의 습도 노출 및 동결 융해 영향은 기존 연구의 실험 결과를 참고하였으며, 국부좌굴강도는 정밀해법을 통해 영향을 검토하였다. 검토 결과 펄트루젼 FRP 는 습도노출 및 동결융해의 영향으로 인해 최대 약 20%의 인장강도 및 탄성계수 변화를 나타내었으나, 국부좌굴강도는 약 3% 로 그 영향이 상대적으로 작은 것으로 나타났다. 따라서, 온도이력 및 습윤환경에서도 펄트루젼 FRP는 국부좌굴강도의 큰 변화 를 나타내지 않고 높은 내구성을 나타낼 수 있을 것으로 판단된다.

In this work, we deal with the feasibility of structural topology optimization for beam designs using retrofits that optimally allocates the reinforcement to the web under the condition that designers set bolt regions for H-beams of different dimensions. Mean compliance or minimal strain energy is considered for the optimization. Volume fraction is given to the design space to assign appropriate steel material quantities. The purpose of this study is to evaluate optimal shapes of stiffeners with the maximum rigidity that improves the axial and shear performance of the H-beam and to satisfy a given safety design standard of H-beam and stiffeners in case arbitrary load effect and resistances. Finally, the effectiveness of stiffness-based topology optimization on stiffeners is verified with several practical applicable examples.

본 논문은 철근을 대체재로 CFRP 그리드의 적용 가능성을 평가하기 위한 해석적 연구 결과를 보고한다. CFRP 그리 드로 보강된 콘크리트 보의 휨거동 예측을 위한 유한요소해석은 상용 구조해석 프로그램인 LS-DYNA를 이용하여 수행되었다. 제안된 유한요소해석 모델은 Kwak et al.(2022)에 의해 수행된 실험 결과에 대한 재현해석을 통해 검증되었다. 해석에서 도출된 파괴양상은 실험 결과와 비교적 정확히 예측되었다. 또한 유한요소해석에서 예측된 극한하중 및 극한하중에서의 처짐은 실험 결과와 각각 9%, 12%의 미미한 오차를 보였으며, 제안된 유한요소해석모델의 정확성은 검증되었다. 제안된 해석모델을 FE해석 모델을 이용하여 CFRP 그리드로 보강된 콘크리트 부재의 휨강도에 영향을 미치는 인자를 확인하기 위해 매개변수해석이 수행 되었다. 매개변수해석 결과, CFRP 그리드의 단면적이 CFRP 그리드로 보강된 콘크리트 보의 휨성능에 상당한 영향을 끼치는 인 자로 확인되었다.

The recent earthquake in Korea caused a lot of damage to reinforced concrete (RC) columns with non-seismic details. The nonlinear analysis enables predicting the hysteresis behavior of RC columns under earthquakes, but the analytical model used for the columns must be accurate and practical. This paper studied the nonlinear analysis models built into a commercial structural analysis program for the existing RC columns. The load-displacement relationships, maximum strength, initial stiffness, and energy dissipation predicted by the three analysis models were compared and analyzed. The results were similar to those tested in the order of the fiber, Pivot, and Takeda models, whereas the fiber model took the most time to build. For columns subjected to axial load, the Pivot model could predict the behavior at a similar level to that of the fiber model. Based on the above, it is expected that the Pivot model can be applied most practically for existing RC columns.

본 논문은 철근대체재로 Carbon fiber reinforced polymer(CFRP) 그리드가 사용된 콘크리트 부재의 휨성능을 평가하기 위한 실험적 연구결과를 보고한다. 실험에 사용된 CFRP grid의 탄성계수와 인장강도는 각각 240GPa, 3964MPa이다. CFRP 그리 드가 인장 보강재로 사용된 콘크리트 부재의 휨거동 평가를 위해 총 7개의 1방향 슬래브 콘크리트 실험체가 제작되었다. 실험 변수로 피복두께, CFRP 그리드의 보강 겹 수, CFRP 그리드의 겹침 여부가 고려되었다. 실험체의 휨거동 평가는 3점 휨실험을 통해 수행되었으며, 각 실험변수가 초기균열하중에 미치는 영향은 미미한 것으로 확인되었다. 실험체에 초기균열이 발생된 이후 응력 재분배에 의해 하중 증가 없이 CFRP grid의 변형률이 증가하는 현상이 관측되었다. CFRP 그리드 보강 겹 수가 1겹 증가 함에 따라 실험체의 극한하중은 약 8.5kN씩 선형적으로 증가하였다. 또한, 피복두께가 증가함에 따라 실험체의 극한하중 및 강 성이 감소하였으며, 그리드 겹침 여부가 실험체 극한하중에 미치는 영향은 미미하다는 것이 확인되었다. 추가적으로 실험결과와 ACI 440.1R-15를 통해 계산된 공칭 휨강도를 비교하였다. 그 결과 실험을 통해 확보된 극한강도는 ACI 440.1R-15 대비 13%∼ 24% 큰 것으로 나타났다. 따라서, ACI 440.1R-15는 CFRP grid로 보강된 콘크리트 보의 휨강도를 보수적으로 평가하고 있음이 확인되었다.

본 논문에서는 축하중과 폭발하중을 동시에 받는 철근콘크리트 부재의 구조 거동을 분석하였다. 기본적인 폭발하중을 받는 패널 실험 데이터, 축하중과 폭발하중을 받는 철근콘크리트 기둥 실험데이터를 이용하여 비선형 동적해석 모델링을 검증하였다. 축하중의 적용에 있어서 Autodyn은 동적해석만을 위한 프로그램이기 때문에 축하중과 같은 정적 하중에 대한 초기 응력 상태를 모사하는 해석 절차를 제시하였다. 축하중비 0%~70% 구간과 TNT 등가량에 의존한 환산거리 1.1~2.0에 해당하는 매개변수를 선정하여 총 80개의 비선형 동적 유한요소해석을 진행하였다. 축하중비와 환산거리의 변화를 통해 손상정도와 최대 변위 및 회전각으로 구조 거동을 비 교 분석한 결과로 원거리 폭발하중에서 축하중을 받는 기둥의 강성 증가로 최대 변위가 감소한다. 결과적으로 축하중비 10%~30%, 30%~50%, 50% 이상의 영역 3가지로 구조적 거동 분류가 가능함에 따라 내폭 설계 모델 개발에 활용될 수 있을 것으로 보인다.

본 논문에서는 폭발하중을 받는 부재의 저항성능 평가를 위한 모멘트-곡률 관계 기반 수치해석 기법을 소개한다. 직접전단 파괴 모 드를 고려하기 위하여 경험적인 직접전단응력-슬립양 관계를 기반으로 하는 무차원 스프링 요소를 도입하였다. 재료에 대해 정의된 동적증가계수 식을 바탕으로 단면의 모멘트-곡률 관계에 직접적으로 적용가능한 단면의 곡률 변화율에 따른 동적증가계수 식을 제작 하였다. 또한 부착슬립의 영향을 고려하기 위하여 소성힌지영역 내에 등가 휨강성을 도입하였다. 제안된 수치해석 모델의 타당성 검 증을 위하여 실험결과와의 비교연구를 수행하였으며, 단자유도계 모델의 해석결과와의 비교를 통해 본 수치해석 모델의 우수성을 확 인하였다. P-I 선도를 제작하여 부재의 휨 파괴 및 직접전단 파괴에 대한 저항성능을 평가하였으며, 매개변수 연구를 수행하여 P-I 선 도 및 저항성능의 변화를 확인하였다.

Seismic fragility analysis of a structure is generally performed for the expected critical component of a structure. The seismic fragility analysis assumes that all the components behave independently in a structural system. A bridge system consists of many inter-connected components. Thus, for an accurate evaluation of the seismic fragility of a bridge, the seismic fragility analysis requires the composition of probabilities considering the correlation between structural components. This study presented a procedure to obtain the seismic fragility curve of a bridge system, considering the correlation between bridge components. Seismic fragility analysis was performed on a PSC bridge that is considered as the central infrastructure. The analysis results showed that the probability of the seismic fragility curve of the bridge system was higher than that of each bridge component.

이 연구는 탄소섬유시트의 보강겹수와 보강위치에 따른 I형 PFRP 휨부재의 휨보강 효과에 대해 조사하였다. 또한, 탄소섬유시트로 보강한 PFRP 휨부재의 실험적, 이론적으로 확인하기 위해 유한요소해석을 실시하였으며, 휨실험 결과와 이론적 해석결과를 비교분석하였다. 휨실험 결과와 유한요소해석 결과는 이론적인 결과와 비교한 결과 일치하는 경향을 보였고, 휨보강 효과가 큰 탄소섬유시트 2겹을 보강한 시편에서 결과에서 오차가 가장 크게 발생하였다.