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.

건축물의 대공간 및 고층화에 대한 요구가 증가함에 따라 부분매입형합성보의 연구가 진행되고 있다. 부분매입형합성보는 휨 성능을 증대시키기 위해 내부에 철근을 보강하여 시공한다. 이는 철근의 부식으로 구조물의 내력 저하를 유발한다. 이를 보완하고자 내 부식성이 우수하고 고강도인 CFRP 보강근에 대한 연구가 진행 중이다. 하지만 CFRP 보강근은 임계온도가 250℃로 낮기 때문에 적절 한 내화피복과 철근량이 필요하다. 따라서 하부철근의 종류와 SFRM 두께를 변수로 표준화재에 노출된 부분매입형합성보의 열전달 해 석을 수행하였고 화재에 의한 저감계수를 고려하여 휨내력을 산정하였다. 또한, 열전달해석과 동일한 사이즈의 실험체를 통해 비재하 수평가열로 실험을 진행하여 열전달 해석 결과와 비교 분석하였다. 해석 결과 SFRM 30 mm 적용 시 1시간의 내화성능을 확보할 수 있다. 또한, 화재 시 하중 조합에 의한 내화성능 평가 시, 무피복임에도 2시간의 내화성능을 가지는 것으로 평가되었다.

자연재해의 발생이나 화재, 폭발 등의 인재 등으로 인하여 교량이 파괴되거나 노후화 등으로 교량이 기능을 상실한 경우, 기존의 교 통량에 대하여 빠르게 대처하기 위하여 급속으로 시공이 가능한 가설교량이 필요하다. 교통 통제가 장기화되면 막대한 경제적 손실이 발생하고, 교통 체증으로 인한 불편함도 증가하게 된다. 기존의 급속시공 교량은 대부분 미리 제작한 모듈을 현장에서 조립하는 방법 을 이용하고 있고, 신규 교량 건설 수요가 발생하거나 대대적인 교량 보수보강 작업이 필요한 시점에서 모듈을 제작하고 현장에서 조 립해야 하는 기간을 고려하면 초단기간의 급속시공이 이루어진다고 보기는 어렵다. 본 연구에서는 매우 큰 인장강도로 인하여 기존의 인장재에 비하여 구조적 성능이 탁월한 CFRP를 보강재로 사용함으로써 강재의 사용량을 감소시켜 급속시공이 가능하면서 경제적인 가설교량 모델을 제시하였고, 기존 H형강 강교량의 CFRP Plate 보강 전후의 내하력을 비교하여 11% 이상의 내하력 증가효과를 확인 하였다.

최근 도심지 버스정류장의 아스팔트 포장을 콘크리트 포장으로 전환하는 추세이다. 서울시에서는 헌릉로 구간 중앙버스정류장에 현 장타설 방식의 연속철근 콘크리트 포장(CRCP)을 국내 최초로 적용하였다. CRCP는 슬래브 내부에 철근을 연속적으로 배근하며 수축줄 눈을 두지 않고 균열을 허용하는 공법으로 균열폭 거동이 공용성에 중요한 영향을 미친다. 본 연구에서는 헌릉로 구간 중앙버스정류 장에 인력포설 방식으로 시공된 CRCP의 균열폭의 거동 특성을 계측을 통해 분석하였다. 균열폭 거동 계측은 자연발생균열 2개와 유 도균열 1개에 파이형 균열게이지를 설치하여 수행하였다. 하나의 자연균열은 일평균 균열폭 거동이 약 0.278mm로 분석되었으며 다른 하나의 자연균열은 균열폭 거동이 약 0.184mm로 분석되었다. 유도균열의 균열폭 거동은 약 0.144mm로 분석되어 자연균열에 비해 균 열폭 거동이 다소 작게 분석되었다. 이와 같이 도심지의 버스정류장에 적용한 CRCP는 시공초기에 균열폭이 매우 미소하여 이물질과 수분의 침투를 억제하며 줄눈 콘크리트 포장의 줄눈부에서의 스폴링 등 포장 파손을 저감하는데 효과적일 것으로 분석되었다.

국내 고속도로의 콘크리트 포장은 줄눈 콘크리트 포장 공법을 주로 적용해 왔으나 잦은 줄눈부 파손으로 인해 최근에는 공용성이 우수한 연속철근 콘크리트 포장(CRCP)을 확대 적용하고 있는 추세이다. CRCP는 우수한 공용성을 가지고 있지만 다량의 철근 사용으 로 인해 초기 시공비가 높은 단점이 있다. 이러한 CRCP의 단점을 보완하고 공용성을 보다 향상시키기 위해 신개념 철근콘크리트 포 장(ARCP)이 개발되었다. 본 연구에서는 ARCP의 공용성 검증을 위해 고속도로 제14호선 함양~울산 구간에 시공된 ARCP와 동일한 구 간에 시공된 CRCP의 균열조사를 수행하였으며 균열형상 및 균열간격 등을 비교 분석하였다. 분석 결과 ARCP에서 발생한 균열은 CRCP와 비교하여 대부분 직선 형상으로 발생하였으며 균열간격도 보다 균일한 것을 확인하였다. 또한, ARCP에서는 좁은 균열간격, 지그재그 균열, 분리균열 등 부적절한 균열의 발생이 매우 적은 것을 확인하였다. 따라서 ARCP의 균열형상 분석 결과로 보아 ARCP 는 CRCP의 우수한 공용성을 보다 향상시킬 수 있는 공법이라는 것을 검증하였다.

신개념 철근콘크리트 포장인 ARCP(Advanced Reinforced Concrete Pavement)는 연속철근 콘크리트 포장인 CRCP(Continuously Reinforced Concrete Pavement)에서 균일하지 않게 발생하는 균열과 다량의 철근 사용으로 인한 높은 시공비를 개선한 기술이다. ARCP 는 고속도로 제1호선 언양~영천 구간에 최초로 시공하였으며 고속도로 제14호선 밀양~울산 구간에도 시공하였다. 이전의 시공 과정 및 초기 공용성을 기반으로 ARCP의 주요 기술 요소인 부분철근과 균열유도장치의 형상을 개선하여 고속도로 제14호선 창녕~밀양 구 간에 적용하여 시공하였다. 기존 균열유도장치는 반달형의 GFRP 재질로 제작되었으며 지지대를 이용하여 설치하였으나 개선된 균열 유도장치는 L형의 철재로 부분철근에 용접된 어셈블리 형태로 제작되어 설치가 간단하다. 기존 부분철근은 2개의 부분철근을 서로 연 결시킨 형상이었으나 개선된 부분철근은 연결부를 두지 않고 독립적인 형상으로 설치하였다. ARCP 시공 이후 초기 현장조사 결과, 균 열유도장치가 설치된 곳에서 적절한 균열이 발생하는 것을 확인하였으며 슬래브 표면 침하도 발생하지 않았다. 따라서 개선된 부분철 근과 균열유도장치를 적용함으로써 ARCP의 시공성 및 공용성을 한층 더 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

도심지에 시공된 아스팔트 포장은 교통량 증가와 중차량의 가감속으로 인해 포트홀 및 소성변형 등의 파손이 흔히 발생하고 있다. 이러한 아스팔트 포장의 파손을 최소화하기 위해 콘크리트 포장으로 전환하는 공법인 초속경 시멘트 콘크리트 포장 공법과 프리캐스 트 콘크리트 포장 공법이 있으나 고비용으로 인해 널리 적용하기에는 한계가 있는 실정이다. 최근 서울시에서는 신설 중앙버스정류장 에 현장타설 방식으로 연속철근 콘크리트 포장(CRCP)을 시공하였다. 본 연구에서는 인력포설 방식으로 시공한 중앙버스정류장의 CRCP에 대한 공용성을 분석하고자 온도계, 균열유도장치, 철근 변형률계, 콘크리트 변형률계, 변위계, 균열계 등을 포함하는 계측시스 템을 구축하였으며 본 논문에서는 이러한 계측시스템에 대하여 기술한다.

최근 시멘트 콘크리트 포장의 아스팔트 덧씌우기 포장을 유지보수 공법으로 채택할 경우 반사균열이 다수 발생하여 유지보수 비용 증가로 이루어지고 있다. 반사균열 발생일 지연시키기 위하여 다양한 재료 및 공법을 사용하고 있으나 이에 대한 효과를 정확하게 평 가하는 시험방법 및 평가기준이 미비한 상태이다. 미국에서도 반사균열 문제로 인하여 유지보수 비용이 급격히 증가하고 있으며, 아스 팔트 함량을 높게 하고 개질제 및 그리드를 사용하여 반사균열 발생을 지연시키려는 노력을 하고 있다. 미국 및 선진국에서는 반사균열 평가 시험법으로 Texas Overlay Tester를 범용으로 사용하고 있으며, 반사균열 저항성 평가에 유일무 이한 장비로 알려져 있다. 최근 93%에 이르는 하중 감소율에 도달하는 하중 재하횟수 시험에 시간적 노력과 편차가 크다는 논란이 재 기되어 1000회 까지만 수행하여 균열발생(crack initiation)과 균열전파(crack propagation) 특성울 계산하여 보다 역학적인 방법에 의한 반 사균열 저항성 평가가 시도되고 있다. 밀입도, PSMA, 구스, 그리드 보강 아스팔트 혼합물에 대한 Overlay Tester를 이용하여 반사균열 수행을 수행하였으며, 이에 대한 균 열발생과 균열 전파 특서을 정량화 하여 비교 분석을 실시하였다.

Many school buildings are vulnerable to earthquakes because they were built before mandatory seismic design was applied. This study uses machine learning to develop an algorithm that rapidly constructs an optimal reinforcement scheme with simple information for non-ductile reinforced concrete school buildings built according to standard design drawings in the 1980s. We utilize a decision tree (DT) model that can conservatively predict the failure type of reinforced concrete columns through machine learning that rapidly determines the failure type of reinforced concrete columns with simple information, and through this, a methodology is developed to construct an optimal reinforcement scheme for the confinement ratio (CR) for ductility enhancement and the stiffness ratio (SR) for stiffness enhancement. By examining the failure types of columns according to changes in confinement ratio and stiffness ratio, we propose a retrofit scheme for school buildings with masonry walls and present the maximum applicable stiffness ratio and the allowable range of stiffness ratio increase for the minimum and maximum values of confinement ratio. This retrofit scheme construction methodology allows for faster construction than existing analysis methods.

Strong ground motions at specific sites can cause severe damage to structures. Understanding the influence of site characteristics on the dynamic response of structures is crucial for evaluating their seismic performance and mitigating the potential damage caused by site effects. This study investigates the impact of the average shear wave velocity, as a site characteristic, on the seismic response of low-to-medium-rise reinforced concrete buildings. To explore them, one-dimensional soil column models were generated using shear wave velocity profile from California, and nonlinear site response analyses were performed using bedrock motions. Nonlinear dynamic structural analyses were conducted for reinforced concrete moment-resisting frame models based on the regional information. The effect of shear wave velocity on the structural response and surface ground motions was examined. The results showed that strong ground motions tend to exhibit higher damping on softer soils, reducing their intensity, while on stiffer soils, the ground motion intensity tends to amplify. Consequently, the structural response tended to increase on stiffer soils compared to softer soils.

노후 건축물은 불충분한 전단성능으로 인해 위험성이 증가하고 있다. 특히, 콘크리트 보의 전단 성능은 구조물의 붕괴를 지 연시키는 것에 있어 중요하다. 이를 개선하기 위해 본 연구는 철근콘크리트보의 전단보강 기법을 제안하고 성능을 실험적으로 평가하 였다. 이를 위해 기존 니켈-티타늄계 형상기억합금보다 경제성이 우수한 철계 형상기억합금(Fe SMA)을 선정하였다. 불충분한 내부 횡 방향 철근이 반영된 세 개의 콘크리트 보를 제작하였고 무보강, 100mm 간격, 200mm 간격의 보강 간격을 적용하였다. 정적가력시험 결과, 보강된 시험체가 강성 증진에 효과적인 것으로 밝혀졌다. 특히, 200mm 간격의 보강은 콘크리트 보의 연성적인 휨거동도 이끌어 내었다.

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.

Many older reinforced concrete (RC) buildings were constructed and designed with only gravity loads in mind. Columns in those buildings have insufficient reinforcement details that do not satisfy the requirements specified in current seismic design standards. This study aims to develop drift-based fragility functions for lightly RC columns. For this purpose, a database of 193 lightly RC columns was constructed to determine central and dispersion values of drift ratios for individual damage states. Additionally, to develop more accurate fragility functions of the columns, the failure mode of RC columns was incorporated into fragility functions. The classification procedure for column failure mode is proposed in this study. Fragility functions for older RC columns are constructed according to four different damage states. The main variables of the fragility functions proposed in this study are column properties and failure mode.

Existing reinforced concrete (RC) building frames constructed before the seismic design was applied have seismically deficient structural details, and buildings with such structural details show brittle behavior that is destroyed early due to low shear performance. Various reinforcement systems, such as fiber-reinforced polymer (FRP) jacketing systems, are being studied to reinforce the seismically deficient RC frames. Due to the step-by-step modeling and interpretation process, existing seismic performance assessment and reinforcement design of buildings consume an enormous amount of workforce and time. Various machine learning (ML) models were developed using input and output datasets for seismic loads and reinforcement details built through the finite element (FE) model developed in previous studies to overcome these shortcomings. To assess the performance of the seismic performance prediction models developed in this study, the mean squared error (MSE), R-square (R2), and residual of each model were compared. Overall, the applied ML was found to rapidly and effectively predict the seismic performance of buildings according to changes in load and reinforcement details without overfitting. In addition, the best-fit model for each seismic performance class was selected by analyzing the performance by class of the ML models.

Carbon foam composites containing hollow microspheres, reinforced by carbon nanotubes (CNTs) and montmorillonite (MMT), have been developed as the thermal insulation and EMI shielding layer. The effects of additive amounts of CNTs/ MMT on microstructure and properties of the carbon foam composites were investigated. Results showed that carbon foam composites had hierarchical porous structure, with CNTs and MMT being relatively uniformly dispersed in the composites. The addition of multiscale additives improved the mechanical, electromagnetic shielding effectiveness and thermal insulation properties of carbon foam composites. The composites containing 0.2 wt.% CNTs and 5 wt.% MMT, showed outstanding compressive strength, up to 8.54 MPa, increased by 116% to pure carbon foam. Their electromagnetic shielding effectiveness was as high as 65 dB, increased by 75%. Due to the hierarchical porous structure and MMT’s heat barrier effect, carbon foam composites presented remarkable thermal insulation properties. The minimum thermal conductivity was 0.45 W·m−1·K−1 at 800 °C. Their exceptional thermal protection can also be evidenced by ablation resistance under flame at 1000 °C. Therefore, such multifunctional carbon-based composites are ideal for use in thermal protection.

This paper explores the potential application of carbon nanotubes (CNTs) in the construction industry, as CNTs can effectively serve as nano-fillers, bridging the voids and holes in cement structures. However, the limited dispersibility of CNTs in water necessitates the use of dispersing agents for achieving uniform dispersion. In this study, two kinds of cement superplasticizers, polycarboxylate ether (PCE) and sulfonated naphthalene formaldehyde (SNF) were employed as dispersing agents to improve the interfacial affinity between CNTs and cement, and to enhance the strength of the cement nanocomposites. Contact angle experiments revealed that the utilization of PCE and SNF effectively addressed the interface issues between CNTs and cement. As a result, the cement nanocomposite with a CNT to PCE ratio of 1:2 exhibited an approximately 6.6% increase in compressive strength (73.05 MPa), while the CNT:SNF 1:2 cement composite showed a 4.7% increase (71.72 MPa) compared to plain cement (68.52 MPa). In addition, the rate of crack generation in cement nanocomposites with CNTs and dispersing agents was found to be slower than that of plain cement. The resulting cement nanocomposites, characterized by enhanced strength and durability, can be utilized as safer materials in the construction industry.

To reduce production cost and inhibit the aggregation of graphene, graphene oxide and copper nitrate solution were used as raw materials in the paper. Cu particles were introduced to the graphene nanosheets by in-situ chemical reduction method in the hydrazine hydrate and sodium hydroxide solution, and the copper matrix composite reinforced with Cu-doped graphene nanosheets were fabricated by powder metallurgy. The synthesized Cu-doped graphene was characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The relative density, hardness, electrical conductivity and tensile strength of the copper matrix composite reinforced with Cudoped graphene were measured as well. The results show that copper ions and graphene oxide can be effectively reduced by hydrazine hydrate simultaneously. Most of oxygen functional groups on the Cu-doped graphene sheets can be removed dramatically, and Cu-doped graphene inhibit the graphene aggregation effectively. Within the experimental range, the copper matrix composites have good comprehensive properties with 0.5 wt% Cu-doped graphene. The tensile strength and hardness are 221 MPa and 81.6 HV, respectively, corresponding to an increase of 23% and 59% compared to that of pure Cu, and the electrical conductivity reaches up to 93.96% IACS. However, excessive addition of Cu-doped graphene is not beneficial for the improvement on the hardness and electrical conductivity of copper matrix composite.

Carbon fibers of polyacrylonitrile (PAN) type were coated with nickel nanoparticles using a chemical reduction method in alkaline hydrazine bath. The carbon fibers were firstly heated at 400 °C and then chemically treated in hydrochloric acid followed by nitric acid to clean, remove any foreign particles and functionalized its graphitic surfaces by introducing some functional groups. The functionalized carbon fibers were coated with nickel to produce 10 wt% Cf/Ni nanocomposites. The uncoated heat treated and the nickel coated carbon fibers were investigated by SEM, EDS, FTIR and XRD to characterize the particle size, morphology, chemical composition and the crystal structure of the investigated materials. The nickel nanoparticles were successfully deposited as homogeneous layer on the surface of the functionalized carbon fibers. Also, the deposited nickel nanoparticles have quazi-spherical shape and 128–225 nm median particle size. The untreated and the heat treated as well as the 10 wt% Cf/Ni nanocomposite particles were further reinforced in ethylene vinyl acetate (EVA) polymer separately by melt blending technique to prepare 0.5 wt% Cf-EVA polymer matrix stretchable conductive composites. The microstructures of the prepared polymer composites were investigated using optical microscope. The carbon fibers as well as the nickel coated one were homogenously distributed in the polymer matrix. The obtained samples were analyzed by TGA. The addition of the nickel coated carbon fibers to the EVA was improved the thermal stability by increasing the thermal decomposition temperature Tmax1 and Tmax2. The electrical and the mechanical properties of the obtained 10 wt% Cf/Ni nanocomposites as well as the 0.5 wt% Cf-EVA stretchable conductive composites were evaluated by measuring its thermal stability by thermogravimetric analysis (TGA), electrical resistivity by four probe method and tensile properties. The electrical resistivity of the fibers was decreased by coating with nickel and the 10 wt% Cf/Ni nanocomposites has lower resistivity than the carbon fibers itself. Also, the electrical resistivity of the neat EVA is decreased from 3.2 × 1010 to 1.4 × 104 Ω cm in case of the reinforced 0.5 wt% Cf/Ni-EVA polymer composite. However, the ultimate elongation and the Young’s modulus of the neat EVA polymer was increased by reinforcing with carbon fibers and its nickel composite.

RC구조물에서 대부분의 인장력을 받는 철근은 다양한 환경에 노출되었을 때 부식이 발생하며, 이러한 철근의 부식은 인장력 감소와 더불어 철근의 주변에 존재하는 콘크리트 균열 크기를 확장시켜 RC 구조물의 수명을 단축시키는 주요한 원인으로 작용하고 있 다. 이로인해 건축물의 유지 관리에 많은 비용이 필요하게 되며, 과도한 구조물의 유지, 관리 비용은 건설 분야의 문제점으로 남아있 다. 탄소섬유 강화 폴리머(CFRP)는 내화학성(비부식) 특성과 중량 대비 높은 강도로 인해 철근을 대체할 수 있는 보강제로 주목받고 있으며, CFRP보강재의 높은 항상성은 위에 대두된 구조물의 유지 관리 비용을 크게 절감할 수 있을 것이라 판단되어 연구되어지고 있다. 본 논문에서는 다양한 건설 분야에서 CFRP 보강재를 사용하기 위한 과정 중 CFRP 그리드를 내부 보강제로 사용하기 위한 연구로써 CFRP 그리드와 콘크리트의 부착 특성을 실험을 통해 연구하였다. 이를 위해 다양한 정착 길이를 가진 30개의 콘크리트 부착 시편에 대해 인발 시험을 수행하였으며, 실험 결과를 바탕으로 콘크리트에서 CFRP 그리드의 부착 특성을 분석하고 콘크리트 구조물의 보강재 로 CFRP 그리드를 적용하기 위한 분석 공식을 제안하였다.