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.

본 연구는 RC(철근콘크리트) 기둥과 FRP 콘크리트 기둥의 압축성능을 P-M 상관도를 통해 비교, 분석하였으며, 특히 콘크리 트 압축강도, 보강비, FRP의 탄성계수 변화에 따른 기둥의 거동 특성을 분석하였다. 연구 결과, 고강도 콘크리트(40MPa 이상) 사용 시 FRP 보강 기둥의 성능이 RC 기둥을 상회하며, 균형파괴점이 압축영역으로 이동하여 안정성이 향상됨을 확인하였다. 보강비는 0.010∼ 0.015 범위에서 최적 성능을 발휘하며, 과도한 보강은 오히려 취성파괴 위험을 증가시킬 수 있음을 확인하였다. FRP 물성 선택에 있어 낮은 파괴변형률과 적절한 탄성계수를 가진 재료를 사용하여 균형파괴점을 압축영역에 위치시키는 것이 중요함을 제시하였다. 본 연구 는 FRP 보강 기둥 설계 시 콘크리트 강도, 보강비, FRP 물성을 종합적으로 고려하여 압축성능을 최적화하고 안정성을 확보할 수 있는 방안을 제시하였다. 이러한 결과는 FRP 보강 콘크리트 기둥의 효과적인 설계 및 성능 향상에 기여할 것으로 기대된다.

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.

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.

최근 Carbon Fiber Sheets(CFS)를 이용하여 철근콘크리트(RC) 기둥을 보강하는 방법이 널리 사용 되고 있다. 기존 연구들은 대부분 원형 단면을 가진 RC 기둥에 초점을 맞추고 있는 반면, 사각 단면 을 가진 RC 기둥에 대한 연구는 비교적 제한적이다. 특히 실험 결과를 예측하기 위한 해석적 연구는 실험적 연구에 비해 제한적으로 수행되었다. 따라서 본 연구에서는 CFS로 횡구속된 RC 기둥의 횡구 속 효과를 예측하기 위한 해석적 연구결과를 제시한다. CFS로 횡구속된 RC 기둥의 횡구속 효과를 예 측하기 위해 상용 구조해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 유한요소해석이 수행되었다. 유한요소해 석 시 콘크리트는 Solid 요소로 모델링 되었으며, 철근과 CFS는 각각 Beam 요소 및 Shell 요소로 모 델링 되었다. 또한 콘크리트와 철근은 일체 거동하는 것으로 가정되었으며, CFS와 콘크리트는 완전부 착하는 것으로 가정되었다. 실험결과와 해석결과의 파괴양상을 분석하였을 때, 본 연구에서 제안된 유 한요소해석 모델은 실험체의 부착파괴를 적절히 모사할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 해석을 통해 예측된 극한응력에 대한 실험결과의 오차는 평균 2.97%로 나타났으며, 극한응력 시의 축방향 변형률 및 횡방향 변형률은 실험결과와 비교하여 각각 평균 17.32% 및 9.52%의 오차를 나타내었다. 따라서 제안된 해석모델은 CFS로 횡구속된 RC 기둥의 횡구속 효과를 비교적 잘 예측할 수 있는 것으로 판 단된다.

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.

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.

The paper presents the experimental investigation of RC beams retrofitted with Textile Reinforced Mortar (TRM), featuring enhanced bond capacity. Anchoring systems, including an extension of retrofitting length and the use of chemical anchors, are newly employed to improve the structural performance of the RC beam retrofitted with TRM. For the experimental investigation, a total of seven shear-critical RC beams, with and without stirrups, were designed and constructed. The structural behaviors of specimens retrofitted with the proposed TRM methods were compared to those of non-retrofitted specimens or specimens strengthened with conventional TRM methods. Crack pattern, force-displacement relationship, and absorbed energy were evaluated for each specimen. The experimental results indicate a significant improvement in the shear capacity of the RC beam with the proposed retrofitting method. Therefore, it is concluded that the application of an extended retrofitting length and chemical anchors to the TRM retrofitting method can effectively enhance the bond capacity of TRM, thereby improving the shear performance of RC beams.

Existing reinforced concrete buildings with seismically deficient details have premature failure under earthquake loads. The fiber-reinforced polymer column jacket enhances the lateral resisting capacities with additional confining pressures. This paper aims to quantify the retrofit effect varying the confinement and stiffness-related parameters under three earthquake scenarios and establish the retrofit strategy. The retrofit effects were estimated by comparing energy demands between non-retrofitted and retrofitted conditions. The retrofit design parameters are determined considering seismic hazard levels to maximize the retrofit effects. The critical parameters of the retrofit system were determined by the confinement-related parameters at moderate and high seismic levels and the stiffness-related parameters at low seismic levels.

최근 국내에서 연간 지진 발생 횟수가 꾸준히 증가함에 따라 공공시설물에 대한 내진 보강의 필요성이 더욱 대두되고 있다. 이 연구 에서는 사각 단면을 가진 철근콘크리트 기둥에서 강봉보강의 유무에 따른 내진 성능 개선 효과를 분석하기 위해 비선형 유한요소해 석을 수행하였으며, 검증을 위해 구조실험결과와 비교하였다. 분석 결과, 이 연구에서 수행한 유한요소해석이 실제 강봉보강공법을 적용한 철근콘크리트 기둥의 구조 거동을 합리적으로 잘 묘사하는 것으로 나타났다. 또한, 해석 및 실험 모두 강봉보강공법 적용으로 인해 파괴모드가 취성파괴에서 연성파괴로 전환되었으며, 강도와 연성도 모두 증가하는 것으로 나타났다. 따라서, 강봉보강공법 적 용을 통해 기존 철근콘크리트 기둥의 내진 성능을 효과적으로 증진시킬 수 있는 것으로 판단된다. 이 연구의 주요 결과는 향후 설계 방 안 마련 등 관련 연구에 유용할 것으로 기대된다.

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.

본 논문에서는 철근콘크리트 골조를 주 대상으로 하여 설계 및 시공 전 과정에 대한 디지털전환 전략과 기술개발에 대하여 기술하 였다. 건설 현장의 BIM 도입과 디지털 전환이 기대만큼 활성화되지 않는 중요원인을, 모델링 솔루션을 이용한 설계모델 구축의 생산 성과 후속 프로세스에서 요구하는 필요충분한 정보를 제공하는 완성도에서 찾을 수 있다. 특히 방대한 양의 상세설계 모델 구축에 소 요되는 과도한 노력과 단순반복 작업 과정에서 발생할 수 있는 인적 오류에 의한 정확성 결여는 건축 프로젝트의 디지털 전환 실현을 위하여 해결되어야 할 기술적 장벽이다. 이러한 배경에서 본 연구에서는 철근콘크리트 골조 공사를 대상으로 디지털전환과 현장적용 을 목표로 이를 실현하기 위한 개념적 전략 수립과 기술개발 사례에 대하여 기술하였다. 이를 위하여 시공 단계에서 필요한 상세설계 정보를 포함하는 건물골조 상세설계 BIM 모델링 기술개발 결과를 제시하고, 특히 배근상세설계 등 반복성이 높은 상세설계 업무를 자동화하여 기본설계 2D CAD 도면에서 출발하여 3D BIM 모델을 구축하고 상세설계 BIM 모델을 생성한 후 이를 활용하기 위한 플 랫폼 구축까지의 프로세스를 완성하였다. 제시된 자동화기술과 현장관리 플랫폼에 의한 프로세스는 CAD 도면 기반의 전통적 건설 프로세스를 대체하기 위해 요구되는 업무 생산성과 기술적 정보 완성도를 확보한 것으로 평가되었다.

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 proposed a seismic reinforcement of RC columns with non-seismic details, a fiber reinforcement method of aramid sheets and MLCP (high elasticity aromatic polyester fiber material) with different characteristics, and 4 full-size column specimens and conducted experiments. The results show that a non-seismic specimen (RC-Orig) rapidly lost its load-bearing capacity after reaching the maximum load, and shear failure occurred. The RC column reinforced with three types of aramid did not show an apparent increase in strength compared to the unreinforced specimen but showed a ductile behavior supporting the load while receiving a lateral displacement at least 1.57 to 1.95 times higher than the unreinforced specimen. The fracture mode of the specimen, according to the application of lateral load, also changed from shear to ductile fracture through aramid-based reinforcement. In addition, when examining the energy dissipation ability of the reinforced specimens, a ductile behavior dissipating seismic energy performed 4 times greater and more stably than the existing specimens.

본 연구는 고속도로용 RC 교각 기둥구조에 대하여 축방향 기존 철근을 중공철근으로 대체하는 설계방안을 제시하였 다. 동일직경 기준으로 기존 이형철근을 중공철근으로 대체할 수 있는 합리적인 설계방안을 제시하였으며, 기존 축방향 배근량 을 감소하는 방안을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 설계방안을 검증하기 위하여 3차원 유한요소 구조해석을 수행하였으며, 압 축하중에 의한 변수 수치해석을 통하여 본 연구에서 제안한 방안의 타당성을 제시하였다. 향후 다양한 변수 수치해석 및 실물 시험을 통하여 본 연구에서 제시한 설계방안에 대한 추가 검증이 필요하다.

Reinforcement learning (RL) is widely applied to various engineering fields. Especially, RL has shown successful performance for control problems, such as vehicles, robotics, and active structural control system. However, little research on application of RL to optimal structural design has conducted to date. In this study, the possibility of application of RL to structural design of reinforced concrete (RC) beam was investigated. The example of RC beam structural design problem introduced in previous study was used for comparative study. Deep q-network (DQN) is a famous RL algorithm presenting good performance in the discrete action space and thus it was used in this study. The action of DQN agent is required to represent design variables of RC beam. However, the number of design variables of RC beam is too many to represent by the action of conventional DQN. To solve this problem, multi-agent DQN was used in this study. For more effective reinforcement learning process, DDQN (Double Q-Learning) that is an advanced version of a conventional DQN was employed. The multi-agent of DDQN was trained for optimal structural design of RC beam to satisfy American Concrete Institute (318) without any hand-labeled dataset. Five agents of DDQN provides actions for beam with, beam depth, main rebar size, number of main rebar, and shear stirrup size, respectively. Five agents of DDQN were trained for 10,000 episodes and the performance of the multi-agent of DDQN was evaluated with 100 test design cases. This study shows that the multi-agent DDQN algorithm can provide successfully structural design results of RC beam.

Existing reinforced concrete (RC) frame buildings have seismic vulnerabilities because of seismically deficient details. In particular, since cumulative damage caused by successive earthquakes causes serious damage, repair/retrofit rehabilitation studies for successive earthquakes are needed. This study investigates the repair effect of fiber-reinforced polymer jacketing system for the seismically-vulnerable building structures under successive earthquakes. The repair modeling method developed and validated from the previous study was implemented to the building models. Additionally, the main parameters of the FRP jacketing system were selected as the number of FRP layers associated with the confinement effects and the installation location. To define the repair effects of the FRP jacketing system with the main parameters, this study conducted nonlinear time-history analyses for the building structural models with the various repairing scenarios. Based on this investigation, the repair effects of the damaged building structures were significantly affected by the damage levels induced from the mainshocks regardless of the retrofit scenarios.

완공된 건물과 달리 시공 중인 건물은 설계단계와 다른 하중 작용 및 콘크리트 강도 미발현 등 다양한 요인에 의해 설계단계에서 검 토한 하중을 초과하는 하중이 작용하여 건물의 안전성에 문제가 생길 위험이 있다. 또한 시공 중인 건물에 지진이 발생할 경우 더 큰 피해가 발생할 가능성이 있다. 따라서 이 연구는 전형적인 다양한 규모의 5층, 15층, 25층, 60층 예제모델을 작성하고 골조완성도에 따 른 시공단계 모델을 통해 시공 중인 건물의 지진하중의 영향을 분석하였다. 시공 중인 건물의 시공기간은 완공단계 이후의 사용기간 에 비해 매우 짧으므로 설계단계와 동등한 수준의 지진을 적용하는 것은 과도한 하중이 적용될 수 있으므로 시공단계 모델에 재현주 기 50~2,400년의 지진을 적용하여 지진하중을 검토하고 부재단면성능을 분석하였다. 그 결과 설계단계를 초과하는 하중의 여부 및 구조적 안전성 확보가 가능한 수준의 지진재현주기를 검토할 수 있었다. 또한 각 예제모델의 시공기간을 가정하여 시공기간에 따른 지진재현주기를 선정하고 선정한 재현주기의 설계 적절성을 확인하였다.