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복합신소재구조학회논문집 update

Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures

  • : 한국복합신소재구조학회
  • : 공학분야  >  기타(공학)
  • : KCI등재
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  • : 연속간행물
  • : 격월
  • : 2093-5145
  • : 2288-0232
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수록정보
수록범위 : 3권2호(2012)~13권6호(2022) |수록논문 수 : 425
복합신소재구조학회논문집
13권6호(2022년 12월) 수록논문
최근 권호 논문
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KCI등재

저자 : 박성진 ( Park Sung-jin ) , 김영호 ( Kim Young-ho )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 13권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 1-7 (7 pages)

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이 연구에서는 강관말뚝과 확대기초의 연결을 위한 유공강판 전단연결재를 개발하기 위하여 유공전단키의 형상을 결정하기 위한 인장실험과 유한요소해석을 수행하였다. 즉, 인장시험편과 같은 평판 형태의 유공강판은 펀치형 돌기와 굴곡형 돌기의 유공전단키를 갖도록 형성하고 이을 원주형 콘크리트 내에 매립하여 인장실험을 수행하였으며, 실험 결과는 유한요소해석 결과와 비교하였다. 또한, 유한요소해석을 수행하여 적절한 유공전단키의 종류 및 돌기 폭을 결정하였으며, 이를 통해 결정한 굴곡형 유공전단키에 대한 높이를 결정하기 위한 추가 해석을 수행하였다. 해석 결과, 굴곡형 돌기의 경우에는 전단저항력을 최대로 확보하고 인장력의 저하를 최소화하기 위하여 돌기의 높이를 두께의 2배로 하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.


In this study, tensile test and finite element analyses were performed to determine the shape of perforbond shear key for developing perforbond shear connections, which connect steel pipe piles to foundations, was determined using the tensile test and finite element analyses. Perforbond shear keys are classified into punch and curve protrusion types. The tensile test specimens formed to have a perforbond shear key were embedded in cylinder concrete, and the tensile tests were conducted. The test results were compared with the finite element analysis results. Additionally, finite element analyses were performed to determine the appropriate type of perforated shear key and width and/or height. According to the analytical results, it is desirable to double the thickness of the height of the curve-type perforbond shear key to maximize shear resistance and minimize the decrease in tensile force.

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저자 : 천진욱 ( Cheon Jinuk ) , 정대성 ( Jung Daesung ) , 박세현 ( Park Se Hyun ) , 서상욱 ( Seo Sanguk ) , 김선희 ( Kim Sunhee )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 13권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 8-14 (7 pages)

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콘크리트 바닥판의 파손 등으로 인하여 강합성 거더 교량의 생애주기가 짧아짐에 따라 프리캐스트 바닥판을 사용한 모듈화 공법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으나, 바닥판의 해체 시 발생하는 분진 및 소음으로 인한 환경적 측면에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구는 기존 용접 스터드 볼트를 대체할 수 있는 볼트 접합 전단연결재의 성능을 검증하기 위하여 정적강도 실험 및 피로강도 실험을 수행하였다. 실험결과 200만 회 피로하중에 대하여 실험체의 균열 및 파괴 양상은 관측되지 않았으며, 이후 실시한 잔류강도 실험 또한 정적강도 실험과 동일한 것으로 확인되었다.


As the life cycle of steel girder bridges is shortened due to the breakage of the concrete deck, research on the modular construction method using the precast deck is being actively conducted. However, research on environmental aspects is insufficient. In this study, static and fatigue strength tests were performed to verify the performance of bolt-type shear connectors that can replace the stud bolts. After the test, no cracks were observed in the specimen, which involved 2 million cycles of fatigue load. The residual strength test conducted afterward was also confirmed to be similar to the static strength test.

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

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 13권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 15-22 (8 pages)

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과학과 기술의 발달로 복합재료, 합금, 고강도 탄소섬유, 고분자 재료 등 지능형 소재가 개발되고 있다. 다양한 엔지니어링 분야에서 이러한 첨단 재료의 응용을 연구하기 위해 전 세계적으로 광범위한 연구가 진행되고 있다. 초탄성 형상기억합금(SSMA)은 깃발 모양의 히스테리시스 거동을 가지며 추가적인 열처리 없이 응력 완화로 인한 잔류 변형이 거의 없는 신뢰성이 높은 내진 재료이다. 그러나 공학 문제에서 SSMA 효율성을 연구하기 위한 수치 모델의 개발은 여전히 어려운 작업이다. 본 연구에서는 SSMA 인장시험의 실험결과를 통해 유한요소해석 프로그램인 Abaqus와 수치해석 프로그램인 OpenSEES를 이용하여 재료 모델을 구현한 후 해석결과의 거동 특성 및 에너지 소산을 분석하였다.


With the development of science and technology, intelligent materials, such as composite materials, alloys, high-strength carbon fibers, and polymer materials, are being developed. Extensive research is ongoing globally to study the application of these advanced materials in various engineering fields. Superelastic shape memory alloy (SSMA) is a highly reliable earthquake-resistant material with flag-shaped hysteresis behavior and almost no residual deformation due to stress relaxation without additional heat treatment. However, developing a numerical model to study SSMA efficiency in engineering problems is still difficult. In this study, the analysis results' behavioral characteristics and energy dissipation were analyzed after implementing the material model using the finite element analysis program, Abaqus, and the numerical analysis program, OpenSEES, through the SSMA tensile test experimental results.

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저자 : 조한민 ( Cho Han-min ) , 이진혁 ( Lee Jin-hyuk ) , 이헌우 ( Lee Heon-woo ) , 김건수 ( Kim Kun-soo ) , 박기태 ( Park Ki-tae )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 13권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 23-30 (8 pages)

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국내에서 공용중인 교량은 33,177개로 사회기반시설 중 가장 많은 비중을 차지한다. 이러한 교량은 공용하중, 온도, 습도 등에 의해 거더에 신축량이 발생하게 되고, 거더간 유간거리에 대한 안정성을 확보하기 위해 신축이음장치를 설치한다. 신축이음장치에는 교량의 누수 및 퇴적물 낙하 등을 방지하기 위해 고무지수재를 설치하는 것이 일반적이다. 하지만 이러한 고무지수재는 다양한 원인에 의해 쉽게 손상이 발생하게 된다. 손상된 고무지수재를 통해 거더의 부식, 교량하부 인명사고 등 다양한 2차 피해가 발생할 수 있다. 이러한 피해를 예방하기 위해 교량의 유지관리를 수행하고 있지만 고무지수재 특성상 지속적인 교체는 불가피한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존 신축이음장치에 활용되는 고무지수재의 문제점을 해결하기 위하여 초탄성 형상기억합금을 활용한 새로운 지수재 개발 연구를 수행하였다. 초탄성 형상기억합금 지수재에 대한 유한요소해석을 수행 및 분석하였으며, 복원 효과를 통해 지속 사용 가능한 지수재 연구를 검증하였다.


There are 33,177 bridges in public use in Korea, which account for the largest share of the infrastructure. In such a bridge, the amount of expansion and contraction is generated in the girder due to the common load, temperature, and humidity. A joint expansion device is installed to secure the stability of the intergirder distance. It is common to install rubber seals in expansion joints to prevent leakage of bridges and fall of sediments. However, these rubber seals are easily damaged by various causes. A damaged rubber seal can cause various secondary damages, including corrosion of the girder and casualties under the bridge. Bridge maintenance is being performed to prevent such damage. However, continuous replacement is unavoidable due to the nature of the rubber seal. Therefore, in this study, a new index material development study was conducted using superelastic shape memory alloy to solve the problem of rubber seals used in the existing expansion joint device. Finite element analysis was performed for the superelastic shape memory alloy-index material, and the study of sustainable index material was verified through the restoration effect.

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저자 : 전법규 ( Jeon Bub-gyu ) , 김성완 ( Kim Sung-wan ) , 윤다운 ( Yun Da-woon ) , 주부석 ( Ju Bu-seog ) , 유진석 ( Yu Jin-seok )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 13권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 31-38 (8 pages)

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대표적인 비구조요소인 배관의 지진에 의한 손상은 관성력과 두 지지점 사이의 위상차에 의해 작용하는 반복하중 그리고 허용변형량을 초과하는 상대변위 등에 의해 발생할 수 있다. 특히 주요 손상모드는 큰 반복하중에 의한 저주기피로임이 많은 실험적 연구를 통하여 알려졌다. 따라서 과도한 지진변위에 의한 배관의 손상을 방지하기 위하여 지진상대변위가 발생할 수 있는 위치에 지진분리이음 또는 지진분리장치의 적용이 요구된다. 신축관이음 중 하나인 벨로우즈는 지진분리이음으로 적용할 수 있다. 본 논문에서는 3ply 금속 벨로우즈 신축관이음의 온도차에 의한 내진성능의 변화를 분석하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 상온환경에서 점진증폭 반복하중재하실험을 수행하였으며, -20°C의 저온조건에서 동일한 실험을 수행하고 그 결과를 비교하였다. 실험 결과로부터, -20°C의 저온환경에서 금속벨로우즈의 변위성능은 약 10% 저하될 수 있음을 확인하였다.


Piping is a representative nonstructural element. Damage to pipes due to earthquake can be caused by inertia force, cyclic loads due to the phase difference between two support points, and relative displacement that exceeds the allowable deformation limit. In particular, many experimental studies have estimated that the failure mode of piping due to earthquakes is a low-cycle fatigue caused by large cyclic loads. Therefore, to prevent piping damage due to excessive seismic displacement, the application of a seismic separation joint or seismic separation assembly at a location where large relative seismic displacement can occur is required. Bellows, which are among the expansion pipe joints, can be applied as a seismic separation joint. In this work, an experimental study was conducted to analyze the change in seismic performance due to the temperature difference of a three-ply metal-bellows expansion joint. A gradual amplification cyclic-loading test was performed under room-temperature condition, and the same test was performed under a low-temperature condition of -20℃. The test results were compared, which confirmed that the displacement performance of the three-ply metal-bellows-type expansion joints could be reduced by approximately 10% under a low-temperature condition of -20℃.

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저자 : 박세현 ( Park Se Hyun ) , 정대성 ( Jung Dae Sung ) , 이순환 ( Lee Soon Hwan ) , 김종언 ( Kim Jong Eon ) , 김재규 ( Kim Jae Gyu )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 13권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 39-46 (8 pages)

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교량 인프라는 국민의 경제와 사회적 활동에 반드시 필요한 물리적 기반시설이고, 국민의 안전과 편의성에 직결되는 시설이므로 국민의 입장에서 편익을 고려해야 한다. 교량의 구성요소 중 바닥판은 교량 전체의 생애주기 동안 필연적으로 교체시기가 도래하고 파손 등으로 인한 부분 교체도 빈번하게 이루어지고 있다. 바닥판 교체공사 시 거더와 바닥판을 합성하는 기존 용접 전단연결재의 문제점을 해결하기 위한 볼트 접합 전단연결재(DY볼트)는 바닥판 철거 공정에서 파쇄를 최소화하고 교체공사를 위한 전단연결재 재시공이 용이하여 공사 기간을 기존 대비 단축할 수 있는 것으로 분석되었다. 공사기간 중 도로차단으로 인해 발생하는 도로이용자비용을 산출하여 기존 공법과 비교하는 방법으로 볼트 접합 전단연결재를 적용한 강합성 교량의 경제성을 도로이용자(국민) 입장에서 분석하였다.


Bridge is a physical infrastructure that is essential for the economic and social activities of people. It is also directly related to the safety and convenience of people; thus, its benefits should be considered from the perspective of the people. Among the bridge components, floor panel inevitably entails a replacement period during the entire life cycle of the bridge, and partial replacement due to damage is frequently performed. Bolt-joint shear connectors (DY bolts), which are employed to solve the problem of conventional welding shear connections that synthesize girder and floor panel, can reduce the construction period by minimizing the crushing work in the floor-panel-removal process and facilitating reconstruction of the shear connections during replacement work. An economic analysis of a steel and concrete composite bridge that uses DY bolts was performed from the perspective of road users (people) by calculating the cost to road users due to road blocking during the construction period and comparing it with the existing construction method.

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저자 : 정대성 ( Jung Dae Sung ) , 박세현 ( Park Se Hyun ) , 임얼 ( Im Eol )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 13권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 47-54 (8 pages)

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PSC거더 합성교량에 있어 노후(손상)된 바닥판을 교체할 경우에는 기존에 설치된 철근 전단연결재의 손상과 함께 파쇄에 따른 소음 및 비산먼지 등이 많이 발생한다. 이러한 환경적 문제와 함께 교체공사 기간이 길어져 경제적 비용 또한 크게 증가한다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 PSC거더에 매립되지만 쉽게 분리할 수 있는 분리식 전단연결재를 제안하였다. 제안한 분리식 전단연결재의 전단강도성능과 파괴거동을 확인하기 위해 유한요소해석을 통한 변수연구와 함께 수평전단실험을 수행하였다. 해석연구를 통해 T-sleeve 하부에 Y형상의 테이퍼진 면을 갖는 경우에 볼트체결력에 따른 쐐기효과로 인해 T-sleeve와 볼트 사이의 제작 공차가 있더라도 초기 슬립이 발생하지 않고 충분한 초기강성을 확보하는 것을 확인하였다. 또한, 전단연결재의 배치 방향에 따른 영향은 전단성능에 영향을 주지 않는 것을 확인하였다. DY전단연결재는 기존 방식인 철근 전단연결재 모델과 비교실험을 통해 전단강도성능은 동등 이상을 확보하고 있으며, 슬립변위량 또한 연성설계기준인 6mm 이상을 만족하는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 제안된 분리식 전단연결재는 추가적으로 합성거더 실험 등의 검증을 거친다면 노후 바닥판의 철거 및 교체에 유용한 대안이 될 수 있을 것으로 판단된다.


When an aged (damaged) concrete deck in a PSC girder composite bridge is replaced, noise and scattering dust due to crushing are generated, in addition to damage to existing shear connectors. Along with these environmental problems, the replacement work takes a long time, and the economic costs significantly increase. This paper proposes a demountable shear connector embedded in a PSC girder to solve these problems. To estimate the shear performance and ultimate behavior of the proposed demountable shear connector, a horizontal-shear experiment was conducted by a parameter study using finite-element analysis. The research analysis confirmed that in the case of having a tapered Y-shaped under a T-sleeve, an initial slip did not occur even with the presence of manufacturing tolerance between the T-sleeve and stud bolt due to the wedge effect, and sufficient initial stiffness was ensured. In addition, the effect of the arrangement direction of the shear connectors was confirmed to do not affect the shear performance. The DY shear-connector model was confirmed to ensure equivalent or better strength performance via a comparative experiment using a conventional rebar-type shear-connector model. The slip displacement also satisfied the ductile design standard of 6 mm or more. Through this study, the demountable shear connector was considered to be a useful alternative for removing and replacing old concrete decks if additional verification such as small-scale composite-girder experiments must be performed.

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저자 : 곽홍신 ( Kwak Hongshin ) , 이정풍 ( Lee Jeongpung ) , 홍기남 ( Hong Kinam ) , 연영모 ( Yeon Yeongmo ) , 한민철 ( Han Mincheol )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 13권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 55-61 (7 pages)

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본 논문은 철근을 대체재로 CFRP 그리드의 적용 가능성을 평가하기 위한 해석적 연구 결과를 보고한다. CFRP 그리드로 보강된 콘크리트 보의 휨거동 예측을 위한 유한요소해석은 상용 구조해석 프로그램인 LS-DYNA를 이용하여 수행되었다. 제안된 유한요소해석 모델은 Kwak et al.(2022)에 의해 수행된 실험 결과에 대한 재현해석을 통해 검증되었다. 해석에서 도출된 파괴양상은 실험 결과와 비교적 정확히 예측되었다. 또한 유한요소해석에서 예측된 극한하중 및 극한하중에서의 처짐은 실험결과와 각각 9%, 12%의 미미한 오차를 보였으며, 제안된 유한요소해석모델의 정확성은 검증되었다. 제안된 해석모델을 FE해석모델을 이용하여 CFRP 그리드로 보강된 콘크리트 부재의 휨강도에 영향을 미치는 인자를 확인하기 위해 매개변수해석이 수행되었다. 매개변수해석 결과, CFRP 그리드의 단면적이 CFRP 그리드로 보강된 콘크리트 보의 휨성능에 상당한 영향을 끼치는 인자로 확인되었다.


This paper presents an analytical study to evaluate the applicability of CFRP grids as a substitute for traditional steel rebars. Finite-element (FE) analysis that predicts the flexural behavior of concrete beams that were reinforced with CFRP grids was performed using LS-DYNA, which is a commercial structural-analysis program. To verify the reliability of the proposed FE model, the experimental results performed by Kwak et al. (2022) and the FE analysis results were compared. The failure mode of the specimens predicted by the FE analysis was found to be relatively similar to that of the experimental results. In addition, the ultimate load and ultimate deflection of the specimens predicted by the FE analysis exhibited insignificant errors of 9% and 12%, respectively, compared with those of the experimental results. Parametric studies were conducted to confirm the factors that affected the flexural strength of the concrete members reinforced with CFRP grids using the proposed FE analysis model. The result of the parametric studies confirmed the cross-sectional area of the CFRP grid as a factor that significantly affected the flexural performance of the concrete beam reinforced with CFRP grid.

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저자 : 손호영 ( Son Hoyoung ) , 전법규 ( Jeon Bub-gyu ) , 유진석 ( Yu Jin-seok ) , 주부석 ( Ju Bu-soeg )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 13권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 62-70 (9 pages)

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배관 시스템은 기체 및 액체 등의 에너지원을 수송하기 위해 사용되며 주로 건물 내부에 설치되거나 지반에 매립되어 설치된다. 매립된 배관 시스템은 지진이나 지반침하와 같은 큰 상대변위를 받을 수 있으며 이는 배관의 연결부에 손상을 야기할 수 있다. 벨로우즈는 기하학적 특성으로 축방향 및 회전 변형을 일부 허용한다. 그러므로 벨로우즈 신축관이음을 적용하면 큰 상대변위에 의한 손상을 줄일 수 있는 것으로 예상된다. 하지만 벨로우즈의 성형과정에서 회선의 벽 두께 감소가 발생할 수 있으며 이는 휨 및 인장 성능에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구는 단조하중을 받는 벨로우즈 신축관이음의 성능을 분석하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 또한 단조하중 실험 결과를 바탕으로 벨로우즈 신축관이음의 유한요소모델을 구축하였으며 실험결과와 비교하여 검증하였다. 검증된 유한요소 모델을 이용하여 회선의 두께 감소에 의한 성능 변화를 분석하였다. 벽 두께 감소율은 5%, 10%, 15%, 20%, 25%로 가정하였다. 해석 결과 인장 및 휨 하중에 따른 하중-변위 관계의 전체적인 강성과 최대 하중이 감소하는 것으로 나타났다. 벽 두께 감소율이 25%일 때 인장 및 휨 하중에 따른 최대 하중은 각각 14%, 26% 감소하는 것으로 나타났다.


Piping system is used to transport energy supplies such as gas and liquid and is mainly installed inside a building or buried in the ground. A buried piping system can be subjected to large relative displacements such as earthquakes or subsidence, which may cause damage to the piping connections. Bellows allow some axial and rotational deformation because of their geometrical properties. Therefore, the damage caused by a large relative displacement can be reduced by applying the bellows expansion joints. However, wall thinning of convolution may occur during the forming process of the bellows, which may affect their bending and tensile performance. This work conducted an experimental study to analyze the performance of bellows expansion joints under a monotonic load. In addition, a finite-element model of the bellows expansion joints was developed, which was verified by comparison with the experimental results. The performance of the thinning of convolution was analyzed using the verified finite-element model. The wall-thinning degrees were assumed to be 5%, 10%, 15%, 20%, and 25%. The analysis result revealed that the overall stiffness and maximum force of the load-displacement relationship based on the tension and bending loads decreased. When the wall-thickness-reduction rate was 25%, the maximum load based on the tensile and flexural loads decreased by 14% and 26%, respectively.

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저자 : 손병직 ( Son Byung-jik ) , 이상열 ( Lee Sang-youl )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 13권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 71-76 (6 pages)

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본 연구는 실내실험 및 수치해석을 적용하여 GFRP 보강근의 콘크리트 휨 및 인발 부착성능을 분석하였다. 부착길이 변화에 대하여 철근 또는 GFRP로 보강된 콘크리트 보의 하중-변위 곡선을 도출하였다. 또한, 두 타입의 근에 대하여 인발 실험을 수행하였다. 다음으로 3차원 유한요소 해석을 통하여 실험 결과를 검증하였다. 본 연구로부터 도출은 결과는 GFRP 보강근이 철근을 대체하는 휨 및 인발 부착 성능을 보유하고 있음을 보여 준다.


This study investigated the flexural and pullout characteristics of concrete and glass-fiber-reinforced polymer (GFRP) rebars in laboratory-scale experimental and numerical approaches. For different bonding lengths, load-displacement curves were generated for concrete beams that were reinforced by steel or GFRP rebars. Pullout tests were also performed for comparison with two different types of rebars. Then, three-dimensional finite-element analyses were carried out to verify the experimental results. The study results revealed that the GFRP rebar possesses flexural and bonding abilities for use in lieu of a steel rebar.

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