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.

우리는 콘크리트 세상 속에 살고 있다고 해도 과언이 아니다. 콘크리트 도로를 달리고 콘크리트 건 물 속에서 살고 있다. 그런데 최근 노후화된 구조물의 붕괴 사례들이 지속적으로 발생하고 있으며 이 에 대한 원인 규명과 재발 방지, 그리고 기술적 사전 예측 등이 필요하다. 특히 우리나라의 경우 4계 절의 영향을 받는 철근콘크리트 구조물은 시간이 흐름에 따라 다양한 열화로 인해 강도가 저하되고, 이로 인해 건축물의 심각한 손상 및 붕괴가 발생하게 된다. 전국적으로 기온이 영하로 내려가는 겨울 철에는 동결융해의 영향으로 인한 강도 저하로 노후화가 진행되며, 콘크리트의 공기율에 따라 동결융 해로 인한 노후화 정도가 달라지게 된다. 이는 콘크리트 공기율에 따라 내구성지수가 변화하여 동결융 해의 영향 정도가 변화하기 때문이다. 그러나 기존의 콘크리트에 관한 동결융해 영향 연구는 재료에 대한 연구가 많지만, 상대적으로 큰 철근콘크리트 부재 단위에 대한 연구는 부족하다. 따라서 본 연구 에서는 철근콘크리트 부재를 대상으로 기중 동결융해 시험 방법을 통해 콘크리트의 공기율이 증가함 에 따른 재료 단위의 영향과 철근콘크리트 부재의 휨 거동 특성에 대한 영향을 분석하고자 한다.본 연 구에서는 동결융해를 입은 콘크리트가 공기율이 증가함에 따라 동탄성계수와 내구성지수를 비교하고, 이에 따른 압축강도 실험을 통해 동결융해의 영향을 평가하였으며 철근콘크리트 부재의 휨 실험을 통 해 동결융해가 콘크리트 공기율에 대하여 거동 특성, 탄성 강성 및 항복까지의 에너지 흡수 능력에 미 치는 영향을 비교하여 분석하였다. 또한 ABAQUS 해석 프로그램을 사용하여 유한요소 모델을 제안하 고 휨 거동 성능을 실험값과 비교하여 분석하였다.

형상기억합금(Shape Memory Alloy, SMA)은 소성변형이 일어나도 냉각 및 가열을 통해 기존 형상 으로 돌아갈 수 있는 형상기억효과(Shape Memory Effect, SME)를 가진 재료이다. 이를 통해 사전에 인장 변형된 SMA를 구속 후 가열하면 SME에 의해 원래 형태로 돌아가려 하지만, 변형이 구속되어 회복 응력이라 하는 압축 응력이 발생한다. 따라서 사전 변형된 SMA를 구조물에 적용하게 되면 셀프 -프리스트레싱을 도입할 수 있다. 그중 철을 기반으로 제작된 Fe-SMA는 다른 SMA에 비해 높은 경 제성을 가져 건설 재료로써 많은 관심을 받고 있다. 이에 Fe-SMA를 철근콘크리트(Reinforced Concrete, RC) 구조물에 적용한 많은 연구가 진행되었으며, 구조성능이 향상되는 것을 확인하였다. 그러나 Fe-SMA가 사용된 RC 구조물의 피로 실험에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 Fe-SMA 바를 인장재로 사용한 RC 보의 피로 성능을 평가하였고 하중 유형(정적, 피로)과 피로 응력 범위를 변수로 고려해 고주기 피로 실험을 수행하였다. 이를 통해 피로 강도, 피로 수명 및 거동을 확 인하였으며, Fe-SMA 바를 인장재로 사용한 RC 보의 피로강도는 최대하중의 40%~60% 사이에 있을 것으로 예측되었다.

The purpose of this study is to experimentally analyze the seismic performance of beam-column specimens with vertical irregular, which were reinforced with RHS (Replaceable steel haunch system). a steel haunch system. To evaluate the seismic performance of the RHS, three specimens were manufactured and subjected to cycle loading tests. Retrofitted specimens have different beam-upper column stiffness ratio as a variable. The stiffness ratio of beam-upper column were considered to be 1.2 and 0.84. As a result of the test, the specimen reinforced with RHS showed improved maximum load and effective stiffness, and energy dissipation capacity compared to the non-retrofitted specimen with same beam-upper column stiffness ratio. The specimen with 0.84 beam-upper column stiffness ratio showed improved performance than the specimen with 12.

본 연구에서는 철근콘크리트 모멘트골조의 보-힌지 붕괴 기구를 유도하기 위한 유전자알고리즘 기반의 최적내진설계기법을 제시 한다. 제안하는 기법은 두 가지의 목적함수을 사용한다. 첫 번째는 구조물의 비용을 최소화하는 것이고, 두 번째는 구조물의 에너지소 산능력을 최대화하는 것이다. 제약조건은 기둥과 보의 강도조건, 기둥-보 휨강도비 최소 조건, 기둥의 소성힌지 발생 방지조건 등이 사용된다. 부재의 강도 평가를 위해 선형정적해석이 수행되고, 에너지소산능력과 소성힌지 발생여부를 평가하기 위해 비선형정적해 석이 수행된다. 제안하는 기법은 4층 예제 구조물에 적용되었으며, 보-힌지 붕괴 기구를 유도하는 설계안이 얻어지는 것을 확인하였 다. 획득된 설계안의 기둥-보 휨강도비를 분석한 결과, 그 값은 기존 내진 기준에서 제시하는 값보다 큰 것으로 나타났다. 보-힌지 붕괴 모드를 유도하기 위해서는 보다 더 강화된 전략이 필요하다.

본 연구에서는 철근콘크리트 모멘트골조의 보-힌지 붕괴 기구를 유도하기 위한 유전자알고리즘 기반의 최적내진설계기법을 제시 한다. 제안하는 기법은 두 가지의 목적함수을 사용한다. 첫 번째는 구조물의 비용을 최소화하는 것이고, 두 번째는 구조물의 에너지소 산능력을 최대화하는 것이다. 제약조건은 기둥과 보의 강도조건, 기둥-보 휨강도비 최소 조건, 기둥의 소성힌지 발생 방지조건 등이 사용된다. 부재의 강도 평가를 위해 선형정적해석이 수행되고, 에너지소산능력과 소성힌지 발생여부를 평가하기 위해 비선형정적해 석이 수행된다. 제안하는 기법은 4층 예제 구조물에 적용되었으며, 보-힌지 붕괴 기구를 유도하는 설계안이 얻어지는 것을 확인하였 다. 획득된 설계안의 기둥-보 휨강도비를 분석한 결과, 그 값은 기존 내진 기준에서 제시하는 값보다 큰 것으로 나타났다. 보-힌지 붕괴 모드를 유도하기 위해서는 보다 더 강화된 전략이 필요하다.

철근콘크리트는 가장 널리 사용되는 건축자재로 최근 노후 시설물이 증가하면서 노후 구조물에 대한 안전성 검토가 매우 중요한 문제로 대두되고 있다. 본 연구에서는 대표적인 열화 인자인 동결융해와 철근부식 그리고 동결융해와 철근부식의 복합적 열화에 따른 RC 휨 부재의 거동을 실험적으로 평가하였다. 4개의 철근콘크리트 휨 부재를 제작하였으며 각 열화 인자에 따른 RC 휨 부재의 거동을 평가하기 위해 4점 재하법을 이용하여 정적실험을 수행하였다. 동결융해는 총 300 사이클의 급속동 결융해실험을 수행하였으며, 부식은 전위차부식촉진실험을 수행하였다. 실험 결과, 동결융해로 인해 콘크리트의 압축강도가 12% 감소하였으며 RC 보 부재의 상부 압축부의 파쇄 범위가 증가하였고 최대강도가 6% 감소하였다. 철근부식으로 인해 RC 휨 부 재의 항복강도가 1.2%, 최대강도가 7% 감소하였으며, 복합열화로 인해 RC 휨 부재의 항복강도가 2.4%, 최대강도가 9% 감소하 였다.

철근콘크리트 구조물의 동결융해, 염해, 부식 등의 열화 현상으로 인해 구조물의 노후화가 발생되고 있다. 노후화로 인해 성능이 저하된 구조물의 성능 복원을 위해 FRP를 활용한 보수보강이 수행되고 있다. 본 논문에서는 동결융해 작용을 받은 철근콘크리트 보에 카본판재와 카본섬유로 휨 보강하여 동결융해 및 보강에 따른 철근콘크리트 보의 휨 성능을 비교 분석한 실 험적 연구 결과를 제시하였다. 이를 위해 철근콘크리트 보를 제작하여 300회의 동결융해를 수행한 후 카본판재와 카본섬유로 휨보강을 하여 성능 실험을 수행하였다. 실험 결과, 동결융해로 철근콘크리트보의 항복강도는 11% 감소하였으며, 동결융해를 입 지 않은 철근콘크리트보의 항복강도 보강성능은 20%, 동결융해를 입은 후 보강된 철근콘크리트 보의 보강성능은 19%으로 나타 났다. 에너지소산능력을 분석한 결과 본 연구에서 수행한 CFRP 보강이 동결융해로 열화된 철근콘크리트 보의 휨 보강에 유리 한 것으로 나타났다.

이 연구는 다방향성 바잘트 섬유 시트로 보강한 철근콘크리트 보의 보강방법에 따른 전단거동을 실험을 통해 확인하 였다. 실험변수는 보강방법(무보강, 45도 90도 U형)과 보강겹수(0, 1 2겹)를 변수로 두었으며 전단강도실험결과 바잘트섬유시트 를 90도로 1겹 보강하였을 때 최대 11% 이상의 보강성능을 확인하였다. 또한, 유효변형률을 검토한 결과 섬유양이 증가함에 따 라 유효변형률이 감소함을 확인하였다.

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.

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.

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.

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.

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.

본 논문은 콘크리트 구조물 보강공법 중 하나인 CFRP 표면매립 긴장보강의 거동을 분석하였다. 이를 위해 CFRP 긴장재 및 긴장시스템을 개발하고 손상후 보강거동 및 충전재 유무에 따른 비부착 보강거동을 고찰하였다. 실험결과, 비부착 실험 체의 보강효과는 무보강 실험체보다 38% 증가하지만, 부착 실험체보다 17% 감소하였다. 손상된 콘크리트를 보강한 경우는 건전한 콘크리트의 보강효과와 유사했다. 정착장치와 부착된 CFRP 긴장재는 안정된 보강효과를 보였다.