This research introduces a novel probabilistic approach to consider the effects of uncertainty parameters during the design and construction process, providing a fresh perspective on the evaluation of the structural performance of reinforced concrete structures. The study, which categorized various random design and construction process variables into three groups, selected a two-story reinforced concrete frame as a prototype and evaluated it using a nonlinear analytical model. The effects of the uncertainty propagations to seismic responses of the prototype RC frame were probabilistically evaluated using non-linear dynamic analyses based on the Monte-Carlo simulation sampling with the Latin hypercube method. The derivation of seismic fragility curves of the RC frame from the probabilistic distributions as the results of uncertainty-propagation and the verification of whether the RC frame can meet the seismic performance objective from a probabilistic point of view represent a novel and significant contribution to the field of structural engineering.

최근 전 세계적으로 탄소 배출을 줄이기 위한 노력이 계속되고 있다. 이에 따라 건설 부문에서도 시공 과정에서 탄소 배출 을 줄일 수 있는 방안을 모색하고 있다. 그중 하나가 RC 건물에서 철근을 CFRP 보강근으로 대체하는 것이다. KDS 기준에 따라 설계 된 7개 건물의 설계 자료를 바탕으로 구조부재의 철근 비율을 비교하여 철근을 CFRP 철근으로 대체할 가능성을 분석했다. 그 결과, 건물의 구조부재 중에서 슬래브가 CFRP 철근의 대체 효과가 가장 큰 것으로 나타났다. 일반적인 건물 슬래브의 경간이 1.25∼4.1 m인 것을 감안할 때 RC 슬래브에서 CFRP 철근을 철근으로 대체할 경우 CFRP 철근의 양을 철근의 1/2∼1/3까지 줄일 수 있었다.

건설 구조물의 기초에 많이 사용되고 있는 말뚝의 횡방향 거동특성을 검토하기 위해서는 말뚝의 휨 거동에 대한 비선형 수치해석을 수행할 필요가 있다. 범용 구조해석 소프트웨어로 말뚝 구조물의 비선형 거동을 검토하는 위해서는 합리적인 재료모델을 정의할 필요 가 있다. 특히, 지진 발생 시 등 구조물의 한계상태에서의 안정성을 검토하기 위해서는 적용 가능한 건설재료의 비선형 재료모델에 따 른 해석결과의 타당성을 검토해야할 확보할 필요가 있다. 본 연구에서는 STRAND7 해석 소프트웨어에 기존 연구에서 단순화하여 제 시한 철근과 콘크리트 재료의 응력-변형률 곡선과 콘크리트의 Mohr-Coulomb 재료모델을 적용하여 변위제어에 의한 일련의 비선형 수치해석을 수행하였다. 비선형 재료모델에 따른 휨 거동 결과를 검토하여 재료모델의 사용성을 살펴보았다.

최근 도심지 버스정류장의 아스팔트 포장을 콘크리트 포장으로 전환하는 추세이다. 서울시에서는 헌릉로 구간 중앙버스정류장에 현 장타설 방식의 연속철근 콘크리트 포장(CRCP)을 국내 최초로 적용하였다. CRCP는 슬래브 내부에 철근을 연속적으로 배근하며 수축줄 눈을 두지 않고 균열을 허용하는 공법으로 균열폭 거동이 공용성에 중요한 영향을 미친다. 본 연구에서는 헌릉로 구간 중앙버스정류 장에 인력포설 방식으로 시공된 CRCP의 균열폭의 거동 특성을 계측을 통해 분석하였다. 균열폭 거동 계측은 자연발생균열 2개와 유 도균열 1개에 파이형 균열게이지를 설치하여 수행하였다. 하나의 자연균열은 일평균 균열폭 거동이 약 0.278mm로 분석되었으며 다른 하나의 자연균열은 균열폭 거동이 약 0.184mm로 분석되었다. 유도균열의 균열폭 거동은 약 0.144mm로 분석되어 자연균열에 비해 균 열폭 거동이 다소 작게 분석되었다. 이와 같이 도심지의 버스정류장에 적용한 CRCP는 시공초기에 균열폭이 매우 미소하여 이물질과 수분의 침투를 억제하며 줄눈 콘크리트 포장의 줄눈부에서의 스폴링 등 포장 파손을 저감하는데 효과적일 것으로 분석되었다.

국내 고속도로의 콘크리트 포장은 줄눈 콘크리트 포장 공법을 주로 적용해 왔으나 잦은 줄눈부 파손으로 인해 최근에는 공용성이 우수한 연속철근 콘크리트 포장(CRCP)을 확대 적용하고 있는 추세이다. CRCP는 우수한 공용성을 가지고 있지만 다량의 철근 사용으 로 인해 초기 시공비가 높은 단점이 있다. 이러한 CRCP의 단점을 보완하고 공용성을 보다 향상시키기 위해 신개념 철근콘크리트 포 장(ARCP)이 개발되었다. 본 연구에서는 ARCP의 공용성 검증을 위해 고속도로 제14호선 함양~울산 구간에 시공된 ARCP와 동일한 구 간에 시공된 CRCP의 균열조사를 수행하였으며 균열형상 및 균열간격 등을 비교 분석하였다. 분석 결과 ARCP에서 발생한 균열은 CRCP와 비교하여 대부분 직선 형상으로 발생하였으며 균열간격도 보다 균일한 것을 확인하였다. 또한, ARCP에서는 좁은 균열간격, 지그재그 균열, 분리균열 등 부적절한 균열의 발생이 매우 적은 것을 확인하였다. 따라서 ARCP의 균열형상 분석 결과로 보아 ARCP 는 CRCP의 우수한 공용성을 보다 향상시킬 수 있는 공법이라는 것을 검증하였다.

국내 연속철근 콘크리트포장(이하:CRCP)은 1987년에 개통된 중부 고속도로에 대규모로 사용되었고 당시 국외사례를 참고해서 설계 했으며 단부에 앵커러그를 설치하여 수평 변위를 억제하였다. 2014년 고속도로 CRCP 설계지침은 일부 조건에 국한하여 단부에 팽창 줄눈을 설치할 수 있도록 했고 수평변위를 허용하는 경우 국내 환경 조건에서 발현하는 특성에 대한 연구가 필요한 실정이다. 중부 고속도로 CRCP는 린콘크리트 위에 분리층 없이 시공했고 최근 시공된 CRCP도 중부 고속도로 사례를 참고해 분리층을 생략한 시공을 하고 있다. 이러한 환경조건은 분리층을 적용하는 국외 CRCP와는 다른 수평변위 거동을 나타내기 때문에 이에 대한 정량화를 통한 설계개선이 필요하다. 본 연구는 국내 CRCP 시험시공 구간에 계측기를 설치하여 축적한 데이터를 분석하여 거동 특성을 조사하였다. 계측은 국외 사례를 참고해서 단부와 단부에서 이격된 지점에 변위계를 설치해 온도에 따른 수평변위를 측정하는 방법을 사용하였다. 변위계는 측정지점 CRCP를 천공해 고정하고 길어깨에 관입해 설치한 강봉과 연결하여 절대변위를 측정할 수 있도록 하였다. 5년 간 축적된 계측 데이터를 사용하여 발생추세를 조사하였고 이를 국내외의 선행연구 결과와 비교하였다. 계측결과 국내 CRCP 수평변위의 발생량은 국외 계측결과와 비교해 낮은 수준을 나타냈고 단부에 가까울수록 온도와 비례하는 관계를 나타냈으나 단부에서 멀어지는 경우 반비례를 나타내는 경우도 계측되었다. 이는 단부와 멀어질수록 변위가 감소해 측정부 주변에 발생한 균열 수평변위에 영향을 받기 쉬운 상태가 되기 때문으로 추정된다.

신개념 철근콘크리트 포장인 ARCP(Advanced Reinforced Concrete Pavement)는 연속철근 콘크리트 포장인 CRCP(Continuously Reinforced Concrete Pavement)에서 균일하지 않게 발생하는 균열과 다량의 철근 사용으로 인한 높은 시공비를 개선한 기술이다. ARCP 는 고속도로 제1호선 언양~영천 구간에 최초로 시공하였으며 고속도로 제14호선 밀양~울산 구간에도 시공하였다. 이전의 시공 과정 및 초기 공용성을 기반으로 ARCP의 주요 기술 요소인 부분철근과 균열유도장치의 형상을 개선하여 고속도로 제14호선 창녕~밀양 구 간에 적용하여 시공하였다. 기존 균열유도장치는 반달형의 GFRP 재질로 제작되었으며 지지대를 이용하여 설치하였으나 개선된 균열 유도장치는 L형의 철재로 부분철근에 용접된 어셈블리 형태로 제작되어 설치가 간단하다. 기존 부분철근은 2개의 부분철근을 서로 연 결시킨 형상이었으나 개선된 부분철근은 연결부를 두지 않고 독립적인 형상으로 설치하였다. ARCP 시공 이후 초기 현장조사 결과, 균 열유도장치가 설치된 곳에서 적절한 균열이 발생하는 것을 확인하였으며 슬래브 표면 침하도 발생하지 않았다. 따라서 개선된 부분철 근과 균열유도장치를 적용함으로써 ARCP의 시공성 및 공용성을 한층 더 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

도심지에 시공된 아스팔트 포장은 교통량 증가와 중차량의 가감속으로 인해 포트홀 및 소성변형 등의 파손이 흔히 발생하고 있다. 이러한 아스팔트 포장의 파손을 최소화하기 위해 콘크리트 포장으로 전환하는 공법인 초속경 시멘트 콘크리트 포장 공법과 프리캐스 트 콘크리트 포장 공법이 있으나 고비용으로 인해 널리 적용하기에는 한계가 있는 실정이다. 최근 서울시에서는 신설 중앙버스정류장 에 현장타설 방식으로 연속철근 콘크리트 포장(CRCP)을 시공하였다. 본 연구에서는 인력포설 방식으로 시공한 중앙버스정류장의 CRCP에 대한 공용성을 분석하고자 온도계, 균열유도장치, 철근 변형률계, 콘크리트 변형률계, 변위계, 균열계 등을 포함하는 계측시스 템을 구축하였으며 본 논문에서는 이러한 계측시스템에 대하여 기술한다.

This study aims to propose a simplified equation for estimating the bond strength of corroded reinforcing bars. To this end, extensive parametric analyses were performed using the detailed analysis method presented in the authors’ previous study, where a wide range of critical variables were considered, such as compressive strength of concrete, net cover thickness, and reinforcing bar diameter. The sensitivity in bond strength of the corroded reinforcing bar according to each variable was evaluated. On this basis, a simplified formula for the bond strength of the corroded reinforcing bar was derived through regression analysis. The proposed equation was rigorously tested and verified using the bond test results of corroded reinforcing bars collected from the literature. The results confirmed that the proposed equation could estimate the bond strengths of specimens with better accuracy than the existing models, providing a reliable tool for engineers and researchers. In addition, the proposed equation was used to analyze the development length required for corroded tensile reinforcement to exert its yield strength, and it showed that the cover thickness of concrete must be at least four times the diameter of the reinforcing bar to achieve the yielding strength of reinforcing bar even at a corrosion degree of more than 5.0%.

Due to seismically deficient details, existing reinforced concrete structures have low lateral resistance capacities. Since these building structures suffer an increase in axial loads to the main structural element due to the green retrofit (e.g., energy equipment/device, roof garden) for CO2 reduction and vertical extension, building capacities are reduced. This paper proposes a machine-learning-based methodology for allowable ranges of axial loading ratio to reinforced concrete columns using simple structural details. The methodology consists of a two-step procedure: (1) a machine-learning-based failure detection model and (2) column damage limits proposed by previous researchers. To demonstrate this proposed method, the existing building structure built in the 1990s was selected, and the allowable range for the target structure was computed for exterior and interior columns.

Strong ground motions at specific sites can cause severe damage to structures. Understanding the influence of site characteristics on the dynamic response of structures is crucial for evaluating their seismic performance and mitigating the potential damage caused by site effects. This study investigates the impact of the average shear wave velocity, as a site characteristic, on the seismic response of low-to-medium-rise reinforced concrete buildings. To explore them, one-dimensional soil column models were generated using shear wave velocity profile from California, and nonlinear site response analyses were performed using bedrock motions. Nonlinear dynamic structural analyses were conducted for reinforced concrete moment-resisting frame models based on the regional information. The effect of shear wave velocity on the structural response and surface ground motions was examined. The results showed that strong ground motions tend to exhibit higher damping on softer soils, reducing their intensity, while on stiffer soils, the ground motion intensity tends to amplify. Consequently, the structural response tended to increase on stiffer soils compared to softer soils.

노후 건축물은 불충분한 전단성능으로 인해 위험성이 증가하고 있다. 특히, 콘크리트 보의 전단 성능은 구조물의 붕괴를 지 연시키는 것에 있어 중요하다. 이를 개선하기 위해 본 연구는 철근콘크리트보의 전단보강 기법을 제안하고 성능을 실험적으로 평가하 였다. 이를 위해 기존 니켈-티타늄계 형상기억합금보다 경제성이 우수한 철계 형상기억합금(Fe SMA)을 선정하였다. 불충분한 내부 횡 방향 철근이 반영된 세 개의 콘크리트 보를 제작하였고 무보강, 100mm 간격, 200mm 간격의 보강 간격을 적용하였다. 정적가력시험 결과, 보강된 시험체가 강성 증진에 효과적인 것으로 밝혀졌다. 특히, 200mm 간격의 보강은 콘크리트 보의 연성적인 휨거동도 이끌어 내었다.

Many older reinforced concrete (RC) buildings were constructed and designed with only gravity loads in mind. Columns in those buildings have insufficient reinforcement details that do not satisfy the requirements specified in current seismic design standards. This study aims to develop drift-based fragility functions for lightly RC columns. For this purpose, a database of 193 lightly RC columns was constructed to determine central and dispersion values of drift ratios for individual damage states. Additionally, to develop more accurate fragility functions of the columns, the failure mode of RC columns was incorporated into fragility functions. The classification procedure for column failure mode is proposed in this study. Fragility functions for older RC columns are constructed according to four different damage states. The main variables of the fragility functions proposed in this study are column properties and failure mode.

Existing reinforced concrete (RC) building frames constructed before the seismic design was applied have seismically deficient structural details, and buildings with such structural details show brittle behavior that is destroyed early due to low shear performance. Various reinforcement systems, such as fiber-reinforced polymer (FRP) jacketing systems, are being studied to reinforce the seismically deficient RC frames. Due to the step-by-step modeling and interpretation process, existing seismic performance assessment and reinforcement design of buildings consume an enormous amount of workforce and time. Various machine learning (ML) models were developed using input and output datasets for seismic loads and reinforcement details built through the finite element (FE) model developed in previous studies to overcome these shortcomings. To assess the performance of the seismic performance prediction models developed in this study, the mean squared error (MSE), R-square (R2), and residual of each model were compared. Overall, the applied ML was found to rapidly and effectively predict the seismic performance of buildings according to changes in load and reinforcement details without overfitting. In addition, the best-fit model for each seismic performance class was selected by analyzing the performance by class of the ML models.

For low-rise piloti-type buildings that suffered significant damage in the Pohang earthquake, the seismic performance of those designed by codes issued before and after the earthquake has been recently revised. This study started with the expectation that many of the requirements presented in the current codes may be excessive, and among them, the spacing of column stirrup could be relaxed. In particular, the recently revised design code of concrete structures for buildings, KDS 41 20 00, suggests that the column stirrup spacing is 1/2 of the minimum cross-sectional size or 200 mm, which is strengthened compared to KBC 2016, but relaxed than the current KDS, 41 17 00, which is 1/4 of the minimum size or 150 mm. As a result of the study, it was found that the target performance level was sufficiently satisfied by following the current standards and that it could be satisfied even if the relaxed spacing was followed. Therefore, the strict column stirrup spacing of KDS 41 17 00 could be relaxed if a wall other than core walls is recommended in the current guideline for the structural design of piloti-type buildings.

최근 광주 화정아이파크, 인천 검단 신도시 아파트 사고 등 국내에서 건축물 안전사고가 잇따라 발 생하고 있다. 시공 중 발생한 구조물 붕괴로 인해 인명·재산 피해가 수반된 대형 건설사고가 다수 발 생하였다. 건축물 안전사고의 발생 원인으로 무단 구조변경, 설계 및 시공 시 철근 누락 등이 제시되 면서 부실 감리에 대한 우려가 증가하고 있다. 하지만 현실적으로 건설 현장의 모든 장소에서 감리직 원이 상주하며 확인하는 것은 불가능하며 시공 정확도 검사 역시 감리자의 경험에 근거하여 육안 판 독 및 일부 수작업 계측으로 진행되고 있다. 감리 작업의 효율성을 높이기 위해 최근에는 3D 스캐너, Depth Camera 등을 구조 감리 기법 연구가 진행되고 있다. 철근 길이와 철근 배근 간격에 대한 연구 는 많이 진행되었지만 철근 직경의 검출 정확도는 아직 미흡한 상황이며, 특히 직경이 작은 D10과 D13의 구별에서는 한계를 나타내고 있다. 따라서 본 연구에서는 접근성이 용이한 스마트폰을 사용하 여 영상을 획득하고 이를 기반으로 3D 포인트 클라우드를 제가한 다음 철근 직경, 철근 길이, 철근 배근 간격 등의 자동 검측 기술을 개발하고 건설현장에서의 적용 가능성을 확인하고자 한다. 검증을 위한 실험체는 길이 2100mm, 폭 195mm, 높이 395mm의 철근 조립 상태의 보이다. 포인트 클라우드 제작을 위한 영상 촬영은 iPhone SE (3rd generation)을 사용하였다. 이후 MATLAB과 METASHAPE 를 사용하여 포인트 클라우드를 생성하고 Computer Vision과 Image Processing 기술을 활용하여 구 하고자 하는 철근 정보를 자동 검출하였다. 이후 실제 측정한 값과 자동 검출한 값을 비교하여 개발한 기법에 대한 적합성을 확인하였다.

최근, 큰 처짐과 다수의 균열을 동반하는 유사연성 거동과 부식에 대한 높은 내구성의 특징을 가진 FRCM(Fabric-Reinforced Cemenetitious Matrix) 복합체에 대한 관심이 증가하고 있다. 철근콘크리트 부재에 대해 다양한 장점을 지닌 FRMC 복합체를 적용할 경우 전단내력의 증대를 예상할 수 있으며, 이를 통해 내진성능이 요 구되는 철근콘크리트 구조물에 효과를 기대할 수 있다. 본 연구에서는 FRCM 복합체가 보강된 철근콘크리트 기둥에 대해 정적 반복가력 실험을 수행하고, 그 거동을 평가 하였다. 철근콘크리트 기둥은 직사각형 형상으로 단면의 크기가 300 × 300 mm이고, 순 높이는 800 mm로 제작되었다. 정적 반복가력 실험은 설정한 가력패턴에 따라 변위제어를 통해 횡 하중을 가력하 였고, 초기 축력은 기둥 용량의 10 %로 적용하였다. 정적 반복가력 실험 결과, 무보강 실험체 대비 약 27.33 %의 증진된 강도를 나타내었으며, 최대 강도 발현 시 층간변위비가 무보강 실험체 대비 약 187.6% 높게 나타냄에 따라 FRCM 복합체가 적용된 철근콘크리트 기둥의 높은 연성 거동을 확인 할 수 있다. 다만, FRCM 복합체를 실제 구조물에 적용하기 위해서는 추가적인 설계인자 개발을 통해 안 정성 및 신뢰성을 확보하는 것이 필수적이라고 판단된다.

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 유도가열기법을 활용한 콘크리트 촉진 발열양생 기술의 효율성을 평가하기 위하여 철근 배근 및 전도체 변수에 따른 유도가열에 의한 콘크리트 온도향상 성능 및 압축강도를 평가하였 다. 먼저 철근 자체의 유도가열 성능을 평가한 결과, 주철근 및 나선철근 모두 유도가열 직후 10분 이 내에 목표온도인 70℃에 도달하여 충분한 가열성능을 나타내었다. 주요변수로 나선철근의 유무, 나선 철근의 간격, 피복두께, 거푸집 종류, 시험체 크기의 변수를 고려하여 15시간의 유도가열 발열양생 후 압축강도 평가를 실시하였다. 평가 결과, 철근을 포함한 경우 유도가열 발열양생 효율이 약 20~85% 만큼 증가하였다. 또한 총 6종(강섬유, 비정질강섬유, 전기로슬래그, 탄소섬유, 탄소나노튜브, 흑연나노 섬유)의 전도성 재료를 선정하여 재료 자체의 유도가열을 통해 발열성능을 평가하였다. 평가결과 강섬 유, 비정질강섬유, 전기로슬래그는 1~7분 사이에 가열 목표온도인 70℃에 근접하게 도달하여 유도가 열에 의한 콘크리트 발열성능을 향상 시킬 수 있는 혼입재료로 최종 선정하였다. 이상의 3가지 전도체 를 혼입하여 콘크리트를 타설한 뒤 15시간 유도가열 후의 압축강도를 평가한 결과, 강섬유 1%를 혼 입한 경우 발열양생을 실시하지 않은 상온양생에 비하여 강도가 186% 증가하였고, 잔골재의 50%를 전기로 슬래그로 치환한 경우 발열양생을 실시하지 않은 상온양생에 비하여 강도가 187% 상승하였다.

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.