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.

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.

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.

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.

본 연구에서는 CFRP sheet의 RC 보에 대한 부착 보강 시 충분한 정착길이를 확보하고 조기파괴를 방지하기 위한 보 강 방법을 제안하였다. 제안된 방법의 보강 성능을 실험적으로 측정하기 위해 총 3개의 RC 보 실험체를 제작하였으며, 실험 변 수로 무보강(ORB), 하단 보강(FRB), 그리고 사선 보강 방법(XRB)이 있다. 실험은 4 점 재하로 설계하였다. 실험 결과는 휨에 의 한 파괴 양상 및 최종 파괴형태, 항복점 및 최대점, 강성, 그리고 처짐 등으로 분석하였다. 분석 결과 FRB는 단부파괴박리가 발 생하였으나, XRB는 정착 효과로 인해 인장파괴형태를 나타내었다. 휨 강도 및 항복강도 모두 XRB가 가장 크게 나타났다. 휨에 의한 강성 증가와 처짐에 대한 구속 효과 또한 XRB이 가장 크게 나타남을 실험을 통해 확인하였다.

본 연구는 콘크리트구조기준(KDS 14-2021)을 적용한 RC보와 ACI 440.1R-15를 적용한 FRP 콘크리트의 비교 연구를 수행하였다. 파라미터 변수로 피복두께, FRP의 탄성계수 및 극한변형률 그리고 보강량 4가지로 설정하여 비교, 분석을 수행하였 다. 파라미터 연구 분석 결과 FRP의 탄성계수와 극한 변형률이 클수록 FRP 콘크리트의 휨성능이 우수하지만, 극한 응력이 동일 할 때 극한 변형률보다 탄성계수를 크게 하는 것이 유리하다. FRP 콘크리트가 인장지배 단면이나 변화구간 일 때 극한 변형률 증가에 휨성능이 비례해서 증가하지만 압축지배 단면일 경우에는 극한 변형률이 증가해도 휨성능은 증가하지 않는다. 또한, FRP 콘크리트는 최소 피복두께가 필요하지 않아 추가적인 휨성능이 17∼33% 증진 효과가 나타났다.

본 논문은 준등방성 적층 섬유배열된 FRP보강재로 보강된 철근콘크리트보의 휨 보강 설계에 대하여 소개하고 있다. 본 논문에서는 첫 번째로 FRP보강재의 적층설계와 그 적층부재의 물성값 해석이 수행되었다. 마지막으로 여러 개의 준등방성 적층구조로 보강된 철근콘크리트보에 대한 휨 해석이 수행되었다. 그 결과값은 직교차 적층 구조를 갖는 RC보와 비교되었다. 따라서 본 연구가 준등방성 적층구조의 FRP보강재로 보강된 노후 RC보의 휨 설계의 지침서가 될 수 있을 것이다.

현재 우리나라에서 설계 및 시공되는 대부분의 철근콘크리트 벽식구조 공동주택은 상부벽체-하부골조 시스템으로 구성되어 있으며 서로 다른 상하부 구조시스템의 결합을 위해 전이보를 이용한다. 상부의 하중을 하부의 기둥 부재에 효율적으로 전달하기 위해 전 이보가 큰 강성을 지녀야하고 이로 인해 부재의 춤이 커져 많은 물량의 투입되고 전반적인 경제성이 떨어지게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 기둥을 벽체요소로 대체하고 일반적인 콘크리트 전이보에 비해 규모가 작은 경계보를 수평 구조요소로 활용한 새로운 경계보-벽체 시스템을 제안한다. 제안된 시스템의 축하중에 대한 성능 평가를 위해 3차원 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 주요 설계변수로 상하부벽체 길이비, 경계보 부재의 전단보강근 간격, 하부벽체로 연속되는 상부벽체 수직근의 꺾임 비율, 슬래브 길이를 설정하고 제안된 시스템의 성능에 얼마나 기여하는지 분석하였다.

본 논문은 CFRP 쉬트로 휨 보강된 철근콘크리트 보에서 보강재의 탈락이 구조물에 미치는 영향을 파악하기 위한 실험적 그리고 해석적 연구결과를 보고한다. 실험적 연구로 CFRP 시트의 비부착 수준 및 위치를 실험변수로 고려한 실험체들에 대한 휨파괴 실험이 수행되었다. 중앙부에 비부착구간을 갖는 실험체의 경우 비부착구간의 증가에도 불구하고 최대하중 및 강성의 변화는 크게 감소하지 않았다. 단부에 비부착 구간을 갖는 실험체의 경우 비부착 구간이 증가할수록 최대하중 및 강성이 크게 감소하였다. 이것은 보강재의 작은 보강길이로 인한 정착력의 부족으로 인해 철근의 항복 이후 보강재가 조기 박리되었기 때문으로 판단된다. 본 연구의 결과와 기존 제안된 부착강도 모델을 이용한 예측 결과의 비교를 통해 기존 부착강도 모델들은 단부 비부착 실험체들보다 중앙 비부착 실험체들의 내하력을 더 정확하게 예측하는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 CFRP 복합재료 플레이트로 외부 보강된 철근콘크리트 보 구조물의 장기 거동 특성과 CFRP 복합재료 플레이트의 부착거동을 실험을 통하여 검토하였다. 장기 사용성을 고려하기 위하여 동결융해 시험법을 사용하였으며 4절점 휨 실험을 통하여 평가하였다. CFRP 복합재료 플레이트로 보강 후 동결융해를 진행한 시험체(FFCB)와 동결융해 후 CFRP 복합재료 플레이트로 보강한 시험체(LFCB)의 4절점 휨 실험 결과를 비교 분석하였다. LFCB 시험체가 FFCB 시험체 보다 조기에 CFRP 복합재료 플레이트의 박리가 발생하였으며, 파괴형태가 다르게 발생하였다. FFCB의 경우 콘크리트 커버가 탈락되었으며, LFCB의 경우 콘크리트의 표면의 탈락이 발생하였다. 동결융해의 영향을 받은 콘크리트 재료의 성질이 약화된 결과로 판단된다. 동결융해 실험을 통하여 콘크리트 공시체의 압축강도가 약 19% 감소하였으며. 이에 따라 콘크리트 커버부의 인장강도도 감소한 것으로 판단된다. 콘크리트 구조물에 대한 보강의 경우사용기간 및 환경변수 등을 고려하여, 콘크리트 보강표면에 대한 정확한 상태평가가 필요할 것으로 판단된다.

본 논문은 지속하중을 받은 철계-형상기억합금 표면매립보강 철근콘크리트 보의 휨 거동에 대한 실험적 연구이다. 연구를 위하여 철계-형상기억합금 보강 유ㆍ무 및 철계-형상기억합금 활성화 유ㆍ무를 변수로 하여 3개의 실험체를 제작하였다. 장기거동을 측정하기 위해 약 1 ton 중량의 콘크리트 추를 시험체 중앙에 거치하였다. 상재하중 재하 후 철계-형상기억합금을 15kW용량의 전력공급장치를 통해 활성화하였다. 이 후 다이얼게이지를 이용하여 실험체 중앙의 처짐을 528일동안 측정하였다. 528일 후 실험체의 잔존강도를 확인하기 위해 휨 파괴 실험을 실시하였다. 실험결과, 콘크리트 추를 거치한 후 철계-형상기억합금으로 보강된 실험체는 무보강 실험체 대비 50%이상 감소된 즉시처짐을 나타냈다. 또한 철계-형상기억합금을 활성화 시킨 실험체가 활성화 시키지 않은 실험체에 비해 약 35.3% 감소된 추가처짐을 나타냈다. 잔존강도 실험결과 철계-형상기억합금으로 보강한 실험체는 무보강 실험체대비 26% 이상의 극한강도 증가를 나타냈다. 또한 철계-형상기억합금 활성화는 초기 강성을 증가시키며 극한 강도에 미치는 영향은 미미한 것으로 나타났다.

본 연구에서는 CFRP판으로 보강된 콘크리트 보의 피로파괴 특성을 알아보기 위하여 보강재의 정착 길이, 보강재의 정착넓이, 보강재의 정착량을 실험변수로 반복 하중에 따른 역학적 거동과 파괴형태를 분석하고 CFRP판 사용에 대한 안전성과 타당성을 평가하도록 하였다. 반복하중의 범위는 극한하중의 10~70%를 취하고 3점 재하방식으로 sine파를 이용한 3Hz의 속도로 재하 하였다. 실험결과 보강길이가 작을수록 보강재 단부에서 박리파괴가 일어날 확률이 증가하였고 반복하중의 횟수도 현저히 감소되어 안정성은 다소 감소됨을 알 수 있다. 보강두께는 감소할수록 피로수명은 증가하지만 CFRP와 콘크리트사이의 부착력 이 저하되어 경계면에서 박리파괴가 일어나 최종파괴를 이루었다. 보강넓이는 감소할수록 피로 횟수는 현저하게 증가되었고 보강재의 이용률도 현저하게 증가되어 안정성도 증가함을 알 수 있다.

To study the seismic resistance of the shear capacity of the RC beam-column joints of two-story and four-story RC buildings, sample buildings are designed with ordinary moment resisting frame. For the shear capacity of joints, the equations of FEMA 356 and NZ seismic assessment are selected and compared. For comparison, one group of buildings is designed only for gravity loads and the other group is designed for seismic and gravity loads. For 16 cases of the designed buildings, seismic performance point is evaluated through push-over analysis and the capacity of joint shear strength is checked. Not only for the gravity designed buildings but also for seismic designed buildings, the demand of joint shear is exceeding the capacity at exterior joints. However, for interior joint, the demand of joint shear exceeds the capacity only for one case. At exterior joints, the axial load stress ratio is lower than 0.21 for gravity designed buildings and 0.13 for seismic designed buildings.

본 연구에서는 비틀림 설계가 되지 않은 철근콘크리트 보의 비틀림 거동에 대하여, 폐쇄스터럽의 강도와 간격에 따른 거동 특성을 실험을 통하여 평가하였다. 그리고 비틀림 거동 시 폐쇄스터럽의 간격에 따른 종방향 철근의 거동특성을 분석 하였다. 실험결과 비틀림 설계가 되지 않은 철근 콘크리트 보의 경우 폐쇄스터럽의 강도는 비틀림 강도에 영향이 작은 것으로 나타났다. 그리고 비틀림 설계가 되지 않은 단면의 경우, 부재의 균열 비틀림 모멘트에 안전율을 고려하여 부재의 비틀림 강도를 간접적으로 평가할 수 있을 것으로 판단된다. 종방향 철근이 균열 억제 및 비틀림에 의한 인장력에 저항하기 위해서는 폐쇄 스터럽의 간격이 중요한 영향을 미치는 것으로 나타났다.