The purpose of this study is to experimentally analyze the seismic performance of a vertical irregular beam-column specimen reinforced with RBS (Replaceable Steel Brace System), a steel brace system. To evaluate the seismic performance of RBS, three specimens were manufactured and subjected to cycle loading tests. The stiffness ratio of beam-upper column of the non-retrofitted specimen was 1.2, and those of the two retrofitted specimens were 1.2 and 0.84. The stiffness ratio of the beam-lower column of all specimens was 0.36. And the stiffness ratio were used for variable. As a result of the experiment, the specimen retrofitted with RBS showed improved maximum load, effective stiffness and energy dissipation capacity compared to the non-retrofitted specimen with the same beam-upper column stiffness ratio. The specimen with 0.84 beam-upper column stiffness ratio showed improved performance compared to the specimen with 1.2 stiffness ratio.

본 논문은 염해 환경에 노출된 CFRP Grid로 보강된 콘크리트 보의 휨 거동에 대한 실험적 연구를 보고한다. 실험을 위해 길 이 2,200 mm, 폭 250 mm, 높이 125 mm의 실험체가 제작되었다. 실험변수로 염화물 수용액의 종류(NaCl: 염화나트륨, CaCl2: 염화칼 슘), 사전 하중 가력의 유무 및 염화물 용액 침지 기간(40일, 120일)이 고려되었다. 제작된 실험체는 침지 후 3점 휨 실험이 수행되었다. 초기 균열 하중은 침지 40일 후 증가하였으나, 120일 이후 다시 감소하였다. 파괴 모드는 사전 하중 가력을 통해 균열이 발생되지 않은 실험체에서는 대부분 콘크리트 압축부가 파쇄되는 휨파괴 양상을 보였으며, 사전 하중 가력을 통해 균열이 발생된 실험체는 모두 Pull-Out 파괴가 발생되었다. 염화칼슘에 침지된 실험체에서는 120일 이후 약 10%의 극한하중의 감소가 나타났으며, 염화나트륨에 침지 된 실험체의 극한하중은 미미하게 증가하였다. 균열이 발생된 실험체에서는 모두 120일 이후 극한하중 및 처짐이 급격하게 감소되었다.

철근은 콘크리트와 결합하여 인장 능력을 보완하고 표면 피막으로 부식을 방지하지만, 탄산화 및 염화물 침투로 인해 부식이 발생하면 내력이 저하된다. 이를 해결하기 위해 내부식성이 뛰어난 GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer) 보강근이 철근 대채제로 주 목받고 있다. 본 연구는 직경에 따른 GFRP 보강근의 부착특성을 철근과 실험적으로 비교 분석하였다. 콘크리트는 약 39MPa의 고강도 에 가까운 콘크리트를 사용하였으며, 보강근의 직경은 D10과 D13을 사용하였다. 실험 결과, GFRP 보강근의 평균 부착 응력은 17.21MPa로 철근의 18.14MPa와 유사하게 나타났다. GFRP 보강근의 슬립 양은 3.05mm로 철근의 1.53mm 보다 크게 나타났다. 또한 GFRP의 경우 인발 과정에서 표면에 국부손상이 발생하는 것을 확인하였다.

본 연구는 보강 콘크리트로 철근 대신 복합재료를 사용한 구조물의 설계에 대하여 다양한 파라미터 연구를 수행하여 철근콘크리트 대비 강점을 비교, 분석하였다. FRP 콘크리트는 ACI 440.1R-15를 적 용하였으며, 철근콘크리트 설계는 KDS 14(2021)의 최신 규정을 적용하여 다양한 파라미터 연구를 수 행하였다. 파라미터 변수로 콘크리트 밑단에서 철근의 중심까지의 거리, 보강량, FRP의 탄성계수 및 극한 변형률의 4개로 설정하여 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) FRP의 탄성계수와 극한 변형률이 클 수록 FRP 콘크리트의 휨성능이 우수하지만, 극한 응력이 동일할 때 극한 변형률보다 탄성계수를 크게 하는 것이 유리하며, 보강량이 작을수록 유리한 것으로 분석되었다. (2) FRP 콘크리트가 인장지배 단 면이나 변화구간 일 때 극한 변형률 증가에 휨성능이 비례해서 증가하지만 압축지배 단면일 경우에는 극한 변형률이 증가해도 휨성능은 증가하지 않는다. (3) FRP 콘크리트의 휨성능은 FRP의 탄성계수와 극한 변형률을 적절하게 조절하여 선택함으로서 최적의 성능을 나타낼 수 있다. (4) 또한, FRP 콘크리 트는 최소 피복두께가 필요하지 않아 추가적인 휨성능이 17~33% 증진 효과가 나타났다.

건축물은 사용자의 부주의, 전기적, 기계적 요인 등에 의해 화재가 발생할 수 있고, 화재 발생 시 각 재료의 특성에 따라 강성 및 강도가 감소하여 구조 성능이 저하될 수 있다. 이러한 상황에서 적절 한 성능 복구가 되지 않으면 후에 지진 등의 큰 하중이 가해질 때 건축물 붕괴 등 치명적인 피해가 발생할 수 있다. 현재 내화성능을 높이는 방법으로 내화피복을 사용하는 등 수동적인 방법에 머물러 있으며, 꾸준한 유지관리 등이 필요하다는 단점이 있다. 따라서 변형 후 열을 가하면 원래의 형상으로 돌아가는 성질을 가진 형상기억합금을 사용하여 콘크리트 보를 보강하고, 화재 시, 화재 후에 프리스 트레스트 콘크리트와 유사한 방식으로 콘크리트에 압축응력을 발생시켜 구조 성능을 향상시킬 수 있 는지 ANSYS 구조해석 프로그램을 통해 그 효과를 확인해보고자 한다.

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 논문은 CFRP 그리드의 정착길이에 따른 콘크리트 보의 휨거동을 평가한 실험적 연구를 보고한다. 실험을 위해 폭 250 mm, 높이 125 mm, 길이 2000 mm의 실험체가 제작되었다. 실험변수로 CFRP 그리드의 정착길이(1000 mm, 800 mm, 700 mm, 600 mm, 500 mm, 400 mm, 300 mm, 200 mm)가 고려되었다. 실험체 제작 후 3점 휨실험이 수행되었다. 실험결과 모든 실 험체의 강성은 정착길이에 영향을 받지 않고 유사한 것으로 나타났다. 초기 균열하중은 모든 실험체에서 유사하게 나타났으나, 정착길이가 감소됨에 따라 최대하중, 최대하중 시의 처짐 및 변형률은 감소하는 경향을 나타냈다. 특히 부재 길이에 80% 이상 이 정착된 경우 부재 길이와 동일한 정착길이를 가진 콘크리트 보의 약 90% 이상의 구조성능을 확보할 수 있는 것으로 확인되 었다. 제안된 수치해석 모델은 CFRP 그리드의 정착길이가 감소됨에 따른 극한하중의 저하를 유사하게 예측하였으며, 극한하중 의 오차는 평균 13.1%로 CFRP 그리드의 정착길이에 따른 콘크리트 보의 휨성능을 비교적 정확하게 예측하는 것으로 나타났다.

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.

For fast-built and safe precast concrete (PC) construction, the dry mechanical splicing method is a critical technique that enables a self-sustaining system (SSS) during construction with no temporary support and minimizes onsite jobs. However, due to limited experimental evidence, traditional wet splicing methods are still dominantly adopted in the domestic precast industry. For PC beam-column connections, the current design code requires achieving emulative connection performances and corresponding structural integrity to be comparable with typical reinforced concrete (RC) systems with monolithic connections. To this end, this study conducted the standard material tests on mechanical splices to check their satisfactory performance as the Type 2 mechanical splice specified in the ACI 318 code. Two PC beam-column connection specimens with dry mechanical splices and an RC control specimen as the special moment frame were subsequently fabricated and tested under lateral reversed cyclic loadings. Test results showed that the seismic performances of all the PC specimens were fully comparable to the RC specimen in terms of strength, stiffness, energy dissipation, drift capacity, and failure mode, and their hysteresis responses showed a mitigated pinching effect compared to the control RC specimen. The seismic performances of the PC and RC specimens were evaluated quantitatively based on the ACI 374 report, and it appeared that all the test specimens fully satisfied the seismic performance criteria as a code-compliant special moment frame system.

현장에 적용하는 콘크리트 강도가 증가함에 따라 초고성능 콘크리트의 적용 분야가 넓어지고 있다. 초고성능 콘크리 트에는 강섬유를 일반적으로 사용하고 있지만, 이를 대체하기 위해 다양한 섬유를 연구에 적용하고 있다. 대표적으로 슈퍼섬유 라고 알려진 아라미드 섬유가 있다. 본 연구에서는 초고성능 콘크리트의 특성이 구조물 보수보강 및 내진보강에 적용하기에 적 합하다고 판단하여, 슈퍼섬유 중 하나인 파라아리미드 섬유와 조합한 복합섬유를 혼입한 초고성능 콘크리트를 보-기둥 접합부에 내진보강재로 활용하여 특성을 분석하였다. 초고성능 콘크리트의 내진보강 효과를 확인하였으며 내진상세를 적용한 실험체와 유사한 거동을 확인하였다. 초고성능 콘크리트의 높은 강도로 인해 기존 콘크리트가 파괴되는 양상이 나타나 초고성능 콘크리 트의 보수보강 효과를 모두 발휘하지 못하고 있어 추가 연구를 통해 최적의 보강단면을 설정한다면 내진보강재료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

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.

This study presents a dry precast concrete (PC) beam-column connection, and its target seismic performance level is set to be emulative to the reinforced concrete (RC) intermediate moment resisting frame system specified in ACI 318 and ASCE 7. The key features include self-sustaining ability during construction with the dry mechanical splicing method, enabling emulative connection performances and better constructability. Test specimens with code-compliant seismic details were fabricated and tested under reversed cyclic loading, which included a PC beam-column connection specimen with dry connections and an RC control specimen. The test results showed that all the specimens failed in a similar failure mode due to plastic deformations in beam members, while the hysteretic response curve of the PC specimen showed comparable and emulative performances compared to the RC specimen. Seismic performance evaluation was quantitatively addressed, and on this basis, it confirmed that the presented system can fully satisfy all the required performance for the intermediate RC moment resisting frame.

본 논문은 CFRP Grid를 철근 대체재로 사용하기 위해 수행된 실험적 및 해석적 연구를 보고한다. CFRP Grid가 철근 대신 적용된 콘크리트 보의 휨거동을 평가하기 위해 총 5개의 콘크리트 실험체가 제작되었다. 실험변수로 CFRP Grid의 보강 겹 수, 피복두께가 고려되었다. 3점 휨실험을 통해 모든 실험체는 휨파괴됨을 확인하였다. 특히, 2겹과 3겹의 CFRP 그리드를 갖는 실험체는 CFRP Grid의 급작스런 파단으로 파괴되었다. 초기 균열하중은 CFRP Grid 보강 겹 수가 증가할수록 증가하였다. 반면 초기균열하중에 대한 피복두께의 영향은 명확하게 나타나지 않았다. 극한하중은 CFRP Grid의 보강 겹수 및 피복두께의 영향이 명확하게 나타났다. CFRP Grid로 보강된 콘크리트 보의 휨거동을 예측하기 위한 유한요소해석 결과는 실험체들의 균열양상 및 파괴모드를 유사하게 예측하였다. 특히, 극한하중, 극한하중에 대응하는 처짐, CFRP Grid의 변형률을 매우 유사하게 예측하는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 제안된 해석모델은 CFRP Grid가 철근 대체제로 사용된 콘크리트 보의 휨거동을 예측하기 위해 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.