Existing reinforced concrete building structures constructed before 1988 have seismically-deficient reinforcing details, which can lead to the premature failure of the columns and beam-column joints. The premature failure was resulted from the inadequate bonding performance between the reinforcing bars and surrounding concrete on the main structural elements. This paper aims to quantify the bond-slip effect on the dynamic responses of reinforced concrete frame models using finite element analyses. The bond-slip behavior was modeled using an one-dimensional slide line model in LS-DYNA. The bond-slip models were varied with the bonding conditions and failure modes, and implemented to the well-validated finite element models. The dynamic responses of the frame models with the several bonding conditions were compared to the validated models reproducing the actual behavior. It verifies that the bond-slip effects significantly affected the dynamic responses of the reinforced concrete building structures.

본 논문에서는 부분 CFST (concrete-filled steel tube) 기둥에 대한 수치해석적 저항력 평가 방법에 대해 소개하고 있다. 기존 RC (reinforced concrete) 기둥에서 소성힌지가 발생할 것으로 예상되는 부분을 강관으로 보강함으로써 완전 CFST 기둥보다는 적은 재료를 사용하여 비슷한 휨 모멘트 저항력을 가지는 부분 CFST 기둥의 디자인 컨셉을 제시하였다. 부분 CFST 기둥에서 외부 강관과 내부 콘크리트 사이의 계면에서 거동을 수치해석적으로 모사하기 위해 개선된 부착슬립모델을 적용한 유한요소모델을 구축하고, 이중곡 률 휨-압축시험결과와 비교를 통해 타당성을 검증하였다. 검증된 수치모델을 바탕으로 매개변수 연구를 통해서 P-M 상관도를 그려 단면 조건에 따른 최대 저항력을 평가하였다. 또한, 강관 두께별로 필요 보강길이를 산출하고, 보강 조건에 따른 부분 CFST 기둥에서의 파괴메커니즘을 분석하였다.

Bond stress between cast-in-place ductile fiber reinforced cementitious composites and CFRP plank were experimentally analyzed. As failure shape, the mixture of failure between CFRP plank and epoxy, and failure between concrete and epoxy was shown. In case of RFCON from the suggested simple bond slip relationship, the maximum average bond stress was 5.39MPa, the initial slope was 104.09MPa/mm, and the total slip length was 0.19mm. PPCON showed the maximum average bond stress of 4.31MPa, the initial slope of 126.67MPa/mm, and the total slip length of 0.26mm, while RFCON+ appeared to have 8.71MPa, 137.69MPa/mm, 0.16mm. PPCON+ had 6.19MPa maximum average bond stress, 121.56MPa/mm initial slope, and 0.34mm total slip length. To comprehend the behavior of composite structure of FRP and concrete, local bond slip relation is necessary, and thus a simple relation is suggested to be easily applied on hybrid composite system

본 논문에서는 CFT 구조의 강관과 내부 충전 콘크리트 간 복합거동을 유한요소해석 시 적절하게 반영하기 위해 강관과 콘크리트 간 부착 슬립관계 묘사를 위한 알고리즘을 제시하였다. 내부 충전 콘크리트에 축방향 하중 발생 시, 강관과 콘크리트 간 마찰로 인해 강관으로 하중이 전달되며, 이에 따른 강관 슬립량과 힘의 평형관계를 통해 등가강성을 통해 부착관계를 파악할 수 있다. 실제 원형 CFT 부재의 부착응력 실험을 통해 측정된 수직 및 수평 방향 응력 분포 결과와 제안된 해석 기법을 통해 산정된 응력 분포의 비교를 통해 제안된 해석 기법의 타당성을 검증하였다. 또한 비선형 유한요소해석 시 강관과 콘크리트의 부착 거동 묘사에 따라 CFT 기둥의 거동 특성에 영향을 미치게 되므로 축방향 하중이 작용하는 CFT 부재 실험결과와 제안된 부착-슬립 모델을 반영한 유한요소해석 결과의 하중-변위 곡선 관계 비교를 통해 제안된 기법의 적합성을 검증하였다.

이 논문에서는 적층단면법에 기초하여 단조하중 또는 반복하중을 받는 철근콘크리트 보 및 기둥 부재의 비선형 해석모델이 제안되었다. 완전부착 가정을 토대로 하고 있는 적층단면법은 콘크리트와 철근 사이의 부착슬럽 거동을 고려하지 못한다는 고전적 비선형 해석법과는 달리, 균열 발생시 철근을 따라 발생되는 부착슬립 거동을 힘의 평형관계와 변위의 적합조건으로 정량화하고, 그 결과로부터 철근의 강성을 보정해줌으로써 반영하도록 하였다. 이는 적층단면법에서 추가 자유도(double node)를 도입하지 않고 부착슬립효과를 고려할 수 있다는데 그 의의를 둘 수 있을 것이다. 나아가 제안된 방법에 의한 해석결과와 실험결과와의 비교를 통해, 제안된 방법은 부착슬립 거동에 의한 강성저하(stiffness degradation)를 동반하는 철근콘크리트 보 및 기둥 부재의 균열거동을 효과적으로 고려할 수 있음을 검증하였다

이 논문에서는 단면성질을 나타내는 모멘트-곡률 관계에 토대를 둔 해석모델을 제안하였다. 기존의 제안된 해석방법에서는 모멘트-곡률 관계가 완전부착을 가정한 휨거동만을 주요한 거동으로 가정하여 구조물의 응답을 과소평가하고 강성을 과대평가한 것과는 달리 제안된 해석 방법에서는 접합부의 부착슬립에 의한 강체변형을 산정할 수 있는 알고리즘을 개발하였고 나아가 등가휨강성을 이용하여 부착슬립에 의한 강체변형을 고려한 철근콘크리트 구조물의 해석을 수행하였다. 또한 모멘트-곡률 관계를 철근의 항복점을 기준으로 두개의 직선으로 간편화 시킴으로써 해석의 효율성을 높이는 한편 고려해야 할 비선형 거동특성을 효과적으로 반영하였다. 마지막으로 철근콘크리트 구조물의 비선형 해석에 대한 제안된 모델식의 적용성을 검증하기 위하여 해석결과와 실험값들의 비교를 수행하였다.

Under cyclic loading, the structural performance of reinforced concrete (RC) beam-column connections is significantly affected by the bond-slip of beam re-bars. In the present study, a bond-slip model was developed to evaluate bond-slip of beam re-bars in beam-column joints. The prediction of the proposed model agreed well with the bond strength degradation and bond-slip in the beam-column joints.

Under cyclic loading, the shear capacity of reinforced concrete (RC) beam-column connections is significantly decreased by the joint bond-slip and shear cracking as deformation increases. In the present study, Joint shear strength model on the basis of bond-slip was developed to evaluate deformability at the joint shear failure.

최근에 상용 FRP 판(plank)을 콘크리트 구조물의 영구 거푸집 및 보강재로 이용하기 위한 연구가 진행되고 있다. FRP 판과 타설 콘크리트가 합성효과를 발휘하기 위해서는 두 재료간의 부착이 중요한 요인 중의 하나이다. 이러한 부착을 확보하기 위하여 FRP 판에 모래를 일반적으로 건설현장에서 많이 사용하는 에폭시를 이용하여 부착하였다. FRP 판과 콘크리트 합성구조의 구조적 거동을 이해하기 위해서는 FRP판과 타설 콘크리트 사이의 정량적인 국부 부착모델이 필요하다. 본 연구에서는 이와 같은 합성구조 시스템에 간단히 적용할 수 있는 단순 부착모델을 제안한다.