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복합신소재구조학회논문집 update

Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures

  • : 한국복합신소재구조학회
  • : 공학분야  >  기타(공학)
  • : KCI등재
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  • : 격월
  • : 2093-5145
  • : 2288-0232
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수록정보
수록범위 : 3권2호(2012)~13권1호(2022) |수록논문 수 : 386
복합신소재구조학회논문집
13권1호(2022년 02월) 수록논문
최근 권호 논문
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KCI등재

1콘크리트 열화에 따른 노후화 철근콘크리트 교각의 FRP보강 높이와 겹수에 따른 성능증진 효과 분석

저자 : 장민서 ( Jang Minseo ) , 이호찬 ( Lee Hochan ) , 김승준 ( Kim Seungjun ) , 최병호 ( Choi Byong-ho )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 13권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 1-9 (9 pages)

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손상된 콘크리트 구조물은 적절한 보수 및 보강을 통해 성능과 기능을 회복시켜야 한다. 장기간 공기 중에 노출된 콘크리트는 동결융화 작용으로 균열 및 박리를 일으켜 내부 철근의 부식을 유발하게 되는 주요 요인이 된다. 본 연구에서는 동결융해 손상을 입은 콘크리트 교각의 FRP 보강의 연성에너지 증가 효과를 분석하였다. 보강 FRP 재료와 보강 높이, 보강 겹수에 따라 동결융해 손상 콘크리트의 푸쉬오버 매개변수 해석을 수행하여 모멘트 곡률의 연성에너지를 비교 분석하였다. FRP 보강 높이는 소성 힌지 이상의 높이 보강은 비효율적이며, 동결융해 손상이 커질수록 FRP 보강으로 인한 연성에너지 증가량은 커지는 것을 확인하였다. 보강으로 인한 연성에너지 증가를 위해서는 고강도 FRP 재료보다는 높은 탄성계수를 갖는 FRP 재료가 효율적으로 나타났다. 또한 각 FRP 재료의 특성에 따라 일정 보강 겹수 이상에서 보강 효과가 나타나는 것을 확인하여 FRP 보강으로 인한 손상된 콘크리트 교각의 연성에너지를 비교 분석하였다.


Damaged concrete structures should be repaired and reinforced to restore their performance and function. Exposure of concrete to air for a long period causes cracking and peeling due to freezing and thawing, which are the primary factors leading to the corrosion of internal steel reinforcement. In this study, the effect of increasing the ductility energy of FRP reinforcement on concrete structures damaged by freezing and thawing was investigated. Pushover parameter analysis of freeze-thaw-damaged concrete was used to compare the ductility energy of moment- curvature based on the FRP material, FRP-reinforcement height, and number of FRP-reinforcement layers. It was confirmed that the FRP-reinforcement's height above the plastic hinge is irrelevant. Further, the magnitude of increase in ductility energy due to FRP reinforcement increases as the freeze-thaw damage increases. FRP materials with a high modulus of elasticity showed more efficiency than high-strength FRP materials in increasing the ductility energy. In addition, the reinforcement effect appeared above a certain number of reinforcement layers based on each FRP material.

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2FRP 보강재를 활용한 도시형 생활주택 필로티 기둥의 실규모 화재실험

저자 : 김정연 ( Kim Jeong Yeon ) , 박지혜 ( Park Ji Hye ) , 최인락 ( Choi In Rak ) , 민정기 ( Min Jeong Ki ) , 최성모 ( Choi Sung Mo )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 13권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 10-18 (9 pages)

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필로티 공간을 주차장으로 활용할 경우 차량 화재에 대한 위험성이 발생한다. 한 대의 차량에서 화재가 발생하게 되면 차량 간의 거리가 밀접하므로 주차되어있는 여러 대의 차량에 화재가 빠르게 전이되며 차량의 높은 열방출율과 온도로 인해 폭발 위험성이 있다. 이러한 화재에 취약한 필로티 구조 특성으로 인해 짧은 시간 동안 주차공간이 화염에 휩싸이게 되며 화재가 확대되어 주변 건물까지 화재 위험이 발생할 수 있다. 본 연구에서는 필로티 주차공간 실화재 실험을 통해 화염의 성장크기와 전파속도에 따라 필로티 기둥의 미치는 영향을 분석하였으며, 화재에 노출된 CN준불연 및 CFRP 보강 필로티 기둥의 내화 및 연소성능을 평가하고자 한다.


If the piloti column is used as a parking lot, there is a risk of vehicle fire. When a fire occurs in a vehicle, the fire spreads rapidly to several parked vehicle because of the close proximity of the vehicles. Therefore, there is a risk of explosion because of the high heat-release rate and temperature of the vehicle. Owing to the vulnerability of the piloti structure to fire, parking spaces can be covered with flames in a short time and the fire can be spread to nearby buildings. In this study, the effect of the piloti column on flame growth and spreading speed was evaluated through an actual fire experiment in a piloti parking space. Furthermore, the fire resistance and combustion performance of the CN quasi-combustible column and CFRP column were evaluated.

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3FRP그리드로 보강된 콘크리트 보의 유한요소해석

저자 : 이정풍 ( Lee Jeongpung ) , 홍기남 ( Hong Kinam ) , 연영모 ( Yeon Yeongmo ) , 지상원 ( Ji Sangwon )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 13권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 19-27 (9 pages)

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본 논문은 FRP 그리드로 보강된 콘크리트 보의 휨 성능을 예측하기 위한 해석적 연구결과를 제시한다. FRP 그리드로 보강된 콘크리트 보의 휨 성능 예측을 위해 상용구조해석 프로그램인 LS-DYNA를 이용하여 유한요소해석이 수행되었다. 유한요소해석 시 콘크리트와 FRP 그리드 간의 본드-슬립을 고려하였으며, 콘크리트와 FRP 그리드의 구속조건은 BEAM_IN_SOLID 모델이 적용되었다. 이후, 국내 여러 연구자들에 의해 수행된 실험 결과의 재현해석을 통해 제안된 유한요소해석 모델의 정확성이 검증되었다. 최대하중, 최대하중 시의 변위 실험값에 대한 해석값의 비는 각각 0.990, 0.924, 표준편차 각각 0.056, 0.087로 제안된 해석모델은 FRP 그리드로 보강된 콘크리트 보의 휨 성능을 잘 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 제안된 유한해석모델을 이용하여 콘크리트 보의 인장재로 철근이 아닌 CFRP그리드를 적용하기 위한 매개변수해석이 수행되었으며, 콘크리트 압축강도, FRP그리드의 겹 수, FRP그리드의 유효깊이는 CFRP그리드로 보강된 콘크리트 부재의 휨성능에 중요한 인자임을 확인하였다.


This paper presents the results of an analytical study that predicts the bending performance of the concrete beams reinforced with FRP grids. To predict the bending performance, finite element analysis was performed using LS-DYNA, a commercial structural analysis program. The bond-slip between concrete and the FRP grid was considered during the finite element analysis, and the BEAM_IN_SOLID model was applied as the constraint between concrete and the FRP grid. Subsequently, the the accuracy of the proposed finite element analysis model was verified through the experimental results performed by several domestic researchers. The ratios of the analysis values to the displacement experimental values at the maximum load and the maximum load were 0.990 and 0.924 and the standard deviations were 0.056 and 0.087, respectively. A parametric analysis was performed using the proposed finite analysis model to apply the CFRP grid instead of the reinforcing bar to increase the tension in the concrete beam. It was confirmed that the compressive strength of concrete, the number of layers of the FRP grid, and the effective depth of the FRP grid are important factors for the flexural performance of the concrete member reinforced with the CFRP grid.

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4후시공 부착식 캡슐형 및 주입형 케미컬앵커의 인발내력에 관한 실험적 연구

저자 : 서성연 ( Seo Seongyeon )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 13권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 28-36 (9 pages)

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최근 건축물의 보수보강 및 리모델링시 구조부재를 부착시키거나 고정하는데 있어서 시공의 유연성 및 용이성으로 후설치 부착식 케미컬앵커의 사용이 증가하고 있는 실정이다. 그동안 후설치 익스팬션앵커에 대한 내력평가는 지난 10년간 실험을 통한 연구가 지속되어 설계기준식 제정등 어느정도 정립단계에 있으나, 부착식 케미컬앵커에 대한 해석 및 실험적 연구는 아직 미비한 실정으로, 현재 설계자와 시공자가 신뢰할 수 있는 명확한 설계기준이 없는 상태로서 외국의 설계기준에 의존하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 부착식 캡슐형 및 주입형 케미컬앵커의 볼트직경, 매입깊이, 연단거리 그리고 앵커간격를 변수로 한 인발시험을 통하여 비균열 무근 콘크리트에 매입된 케미컬앵커의 인발내력에 미치는 제요소를 분석하고, 구조적 안정성을 고려한 합리적인 부착식 케미컬앵커 설계를 위한 기초자료를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.


Recently, post-installed chemical anchors of the bond type are increasingly used in the repair, reinforcing, and remodeling of buildings to attach or fix structural members owing to their flexibility and availability. In addition, the use of post-installed chemical anchors of the bond type has increased significantly since 2000,sfor remodeling and construction of structural buildings. Meanwhile, the strength evaluation of expansion anchors among post-installed anchors systems has practically reached the setting up stage, similar to design code, through continuous experimentation in the last decade. However, no credible design code or construction specification for chemical anchors of bond type has been established. Accordingly, Korean designers and builders rely on foreign design codes because there is no exact domestic design code available. Therefore, this study presents the basic technical data on the chemical anchors of the bond type that are used in the remodeling and construction of buildings. Experiments were conducted to evaluate the pullout strength and fracture mode of chemical anchors implanted in concrete. The experimental variables were anchor diameter, embedded length, edge distance, and anchor interval for the chemical anchors of the bond type that are post-installed in uncracked and unreinforced concrete. According to the test results, the capacity increase ratio rose by a certain percentage based on the anchor diameter, embedded length, edge distance, and anchor interval.

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5강판으로 보강된 원형철근 콘크리트교각의 내화성능 평가에 관한 해석적 연구

저자 : 김나정 ( Kim Na Jung ) , 박종섭 ( Park Jong-sup )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 13권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 37-43 (7 pages)

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교각의 내구성 증진 및 내진 보강을 위하여 원형철근 콘크리트 교각 외부에 강판을 보강한 경우, 교각 외부에서 발생하는 화재에 대해 보강된 교각의 내화성능을 정량적으로 평가하였다. 범용유한요소해석프로그램 ABAQUS를 이용하였으며 ISO 834-1의 표준화재곡선을 적용하여 교각의 거동을 해석하였다. 해석 변수로는 강판보강두께와 원형교각 지름의 비, 교각에 수직으로 작용하는 축력비를 적용하였다. 교각의 상부와 하부는 힌지-롤러 경계조건을 고려하여 상부는 수직으로 변위가 발생하도록 하였으며, 교각 외부 전체에 열하중을 가하였고 편심 없는 순수 축하중을 교각 중앙에 가력하였다. 온도에 따른 콘크리트, 철근 및 강재의 비열, 열전도율, 탄성계수 등을 고려하여 보강에 따른 교각의 내화 성능 향상도를 평가하였다.
강판으로 보강한 원형철근 콘크리트 교각은 콘크리트의 중심부일수록 강판 두께의 영향을 받지 않으며 강판 두께별 축력을 주었을 때 내화시간은 축력비 0.7에서 최대 약 3분 향상되었다. 또한, 보강두께가 두꺼울수록 내하력이 향상하며 60분 이후에 모두 내하력비가 1.0 이하로 감소하기 시작하는 것을 알 수 있었다. 강판보강공법은 내화성능을 향상시킬 수 있으며 강판 보강 두께와 보강 지름의 비가 클수록 화재에 대해 축방향에 대한 변위와 내하력이 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구결과를 토대로 원형철근 콘크리트 교각의 외부 강판 보강을 통하여 교각의 내화 성능을 향상시킬 수 있음을 정량적으로 판단할 수 있었다.


This study quantitatively evaluates the fire resistance performance of circular reinforced concrete piers confined by steel plates in a fire situation. A finite element program, ABAQUS, was used to analyze the behavior of the piers by applying the standard fire curve of ISO 834-1. The analytical parameters included the ratios of the steel-cover thickness to the pier diameter and the axial force ratios. The pier's upper and lower parts of the pier were used hinged-hinged boundary conditions, the bottom hinge was fixed, and the top hinge was connected to a vertically movable support. The entire outside of the pier was subjected to a heat load and an axial load without eccentricity. The specific heat, thermal conductivity, and elastic modulus of concrete and steel were used to assess the pier's fire resistance. The fire resistance time improved by up to 3 min under an axial force ratio of 0.7. Further, the thicker the steel plate, the better the load-carrying capacity. The use of steel plate reinforcement improved fire resistance. It was found that the thicker the steel plate, the larger the displacement and load-carrying capacity. This study shows improvements in the reinforced concrete piers in terms of fire resistance performance.

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6와이어 형태의 초탄성 형상기억합금과 스테인리스강의 재료적 성능 비교: 실험 및 분석

저자 : 이헌우 ( Lee Heon-woo ) , 주영훈 ( Joo Yong-hun ) , 진희수 ( Jin Hui-su ) , 허종완 ( Hu Jong-wan )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 13권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 44-50 (7 pages)

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인류 문명은 재료의 발달과 함께 진화를 해왔으며 20세기 후반부터 등장한 스마트재료는 외부 환경에 맞춰 스스로 적응을 하는 재료이다. 많은 종류의 스마트재료 중 대표물질이라고 할 수 있는 형상기억합금은 온도에 반응하여 자가 치유효과를 볼 수 있는 재료이다. 외부 하중에 의한 변형을 자가치유 효과를 사용하여 회복을 하고자 하는 연구는 계속되어 왔지만 온도의 변화를 구조물 전체적으로 줘야한다는 많은 불편이 있었다. 따라서 본 연구에서는 이 효과를 증진하여 상온에서도 자가 치유효과를 할 수 있는 초탄성 형상기억합금을 이용한다. 구조물에 있어서의 초탄성 형상기억합금의 능력을 스테인리스강과 함께 비교하고 비교를 위해 강재가 가장 변형되기 쉬운 형태인 와이어형태로 가공하여 다양한 인장실험을 진행한다. 인장실험의 종류는 총 3가지로 변위를 다르게, 인장속도를 다르게, 선 인장력을 다르게 하는 실험으로 진행된다. 이때의 응력, 변형률간의 그래프를 그리고 잔류변형, 재료의 항복점 및 회복, 에너지 소산과 같은 구조물에 있어서의 재료적 능력을 파악하고 따로 그래프를 도식화 하여 해석하였다.


Human civilization has evolved alongside the development of materials, and smart materials adapt themselves to the external environment. For example, shape memory alloys a type of smart material that has a self-healing effect in response to temperature. This study uses a superelastic shape memory alloy that can exhibit a self-healing effect even at room temperature. The ability of the superelastic shape memory alloy in a structure is compared with that of stainless steel. For this, various tensile tests are conducted by processing the steel into a wire form, which is the most easily deformed form. Herein, three types of tensile tests were conducted with different displacements, tensile speeds, and line tensile forces. Then, stress-strain graphs were plotted and analyzed to identify the material capabilities of the structure, such as residual displacement, material yield point and recovery, and energy dissipation.

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