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한국구조물진단유지관리공학회> 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI)> 국내 시범 생산 CFRP rod를 적용한 보 부재의 휨-전단 특성

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국내 시범 생산 CFRP rod를 적용한 보 부재의 휨-전단 특성

Characteristics of Flexuarl-Shear Behavior of Beam Using Demonstrated CFRP Rod

최소영 ( So-yoeng Choi ) , 김일순 ( Il-sun Kim ) , 최명성 ( Myoung-sung Choi ) , 양은익 ( Eun-ik Yang )
  • : 한국구조물진단유지관리공학회
  • : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권5호
  • : 연속간행물
  • : 2022년 10월
  • : 86-94(9pages)
한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI)

DOI


목차

1. 서 론
2. 실험 계획 및 방법
3. 실험 결과
4. 결 론
감사의 글
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전 세계적으로 철근의 부식으로 인해 발생하는 철근 콘크리트 구조물의 성능 저하를 해결하기 위하여, FRP를 철근으로 대체하는 것은 상당한 주목을 받고 있으며, FRP 물성을 향상시켜 구조물의 사용 수명을 연장하기 위한 기술 개발이 진행되어 왔다. 이에 따라, 고강도 및 고강성을 갖는 국산형 CFRP rod와 CFRP grid의 개발 및 제조 기술이 필요하며, 이를 적용한 구조 부재의 거동을 평가한 연구가 수행되어야 한다. 본 연구에서는 국내 시범 생산 CFRP rod를 보강근으로 사용한 보 부재의 휨 전단 거동을 보강비와 전단 경간비에 따라 검토하였다. 그 결과, 일정 범위를 벗어난 보강비를 사용할 경우, CFRP rod에 의한 성능 개선 효과가 상쇄되거나 효과가 크지 않는 것으로 나타났다. 한편, CFRP rod를 사용한 보 부재의 경우, 국내 구조 설계 기준에 근거하여 전단 철근을 배치하더라도 전단 파괴 가능성이 발생하였다. 그러므로 CFRP rod를 사용한 보 부재의 경우, 보강비 제한과 전단파괴를 방지하기 위한 검토가 필요한 것으로 판단된다. 또한, CFRP rod를 사용한 보 부재의 연성은 변형 에너지 평가방법에 따라 결정되므로, 보 부재의 구조 거동을 반영한 변형 에너지 평가법을 적용하여 연성을 평가해야 한다.
Replacement of FRP rod as steel reinforcement has been attracted significantly to prevent the degradation of the concrete structure due to corrosion. So, the technology development to extend the structure's service life by improving FRP properties has been proceeded worldwide. Accordingly, it is necessary to develop Korea's CFRP rod and CFRP grid, including the manufacturing techniques to improve the properties of high-strength and high-stiffness. Moreover, the research should be conducted to evaluate the structural behavior of the beams using the CFRP rod or grid. This study investigates the flexural and shear behavior of reinforced concrete beam using demonstrated CFRP rod as reinforcement according to the reinforcement ratio and shear span to depth ratio. From the results, when the reinforcement ratio is out of a specific range, it is seemed that the effect on performance improvement of the beam using CFRP rod is cancelled or not significant. Meanwhile, when the CFRP rod was used as reinforcement, the possibility of shear failure occurred, even steel stirrups were installed in the beam with CFRP rod as tensile reinforcement according to the Korean Design Standard. Therefore, when the CFRP rod is used as tensile reinforcement in a beam, it should be prepared that a specific limitation of reinforcement ratio and an investigation against shear failure. Also, the ductility of the beam using the CFRP rod is determined by the deformation energy evaluation method. So, the ductility should be investigated by applying the deformation energy evaluation method that reflects the structural behavior of the beam.

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간행물정보

  • : 공학분야  > 건축공학
  • : KCI등재
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  • : 2234-6937
  • : 2287-6979
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  • : 연속간행물
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  • : 2386


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26권6호(2022년 12월) 수록논문
최근 권호 논문
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1염해에 따라 콘크리트 속에서 부식된 철근의 반전지전위와 부식전류밀도의 상관관계에 관한 실험적 연구

저자 : 조상현 ( Sang-hyeon Jo ) , 김동원 ( Dong-won Kim ) , 기성훈 ( Seong-hoon Kee )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 1-13 (13 pages)

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이 연구에서는 콘크리트 표면에서 측정된 반전지전위(half-cell potential, HCP)값을 활용하여 철근 부식 상태 및 부식속도의 정량적 평가 가능성을 논의하였다. 이 연구에서는 염수에 침지된 콘크리트 속 철근에 전류를 인가하여 다양한 부식상태의 철근 콘크리트 실험체(한 변의 길이가 200mm 인 정육면체)를 준비하였다. 부식촉진시험을 마치고, 염수 포화상태의 콘크리트 실험체 표면에서 HCP값을 측정하였고, 바로 이어서 동일한 조건의 실험체에서 전기화학적 임피던스 분광법을 활용하여 콘크리트 속 철근의 분극저항값을 측정하였다. 측정된 분극저항값을 Stern-Geary식에 대입하여 부식전류밀도(corrosion current density, icorr)를 계산하였다. 실험결과를 바탕으로 염해에 따라 다양한 부식상태의 철근이 매입된 철근 콘크리트 실험체의 염수 포화상태에서 HCP와 icorr의 상관관계를 도출하였다. 대체적으로 HCP와 icorr은 로그선형관계를 보였으며, R2값이 0.87이상의 높은 적합도를 확인하여 통계적인 유의함을 확인하였다. 이러한 결과는 일정한 환경에 노출된 철근 콘크리트일 경우 자연전위값을 측정함으로서 철근의 부식상태 및 속도를 평가할 수 있음을 실험적으로 확인하였다.


This study aims to investigate the feasibility of the half-cell potential (HCP) measurements on the concrete surface for evaluation of corrosion rate (or corrosion levels) of reinforcing steel in concrete. A series of experimental study is performed to measure HCP (or corrosion potential, Ecorr ) and corrosion current density (icorr) of reinforcing steel in concrete cube specimens, with a side length of 200 mm. Various corrosion levels in a range of 0% to 20% of the test specimens are accelerated by impressing current to the reinforcing steel in concrete immersed in 3.0 % NaCl solution. HCP is measured in accordance with ASTM C876-15, and corrosion current density is determined by using the Stern-Geary equation and measured polarization resistance measured by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). As a result, a numerical formula that relates HCP and icorr in the test specimen is established by a regression analysis of the measured data in this study. It is observed that HCP is linearly correlated with log(icorr) with a R 2 greater than 0.87, which is less affected by the experimental variables such as concrete mixture proportion, diameter of reinforcing steel and the amount of applied current in this study. These results exhibit that HCP measurements could be effective for evaluation of corrosion rate (or corrosion levels) of reinforcing steel in concrete in the case of exposed to a certain consistent environment.

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2걸침길이에 따른 PC 슬래브의 화재성능에 관한 실험적 연구

저자 : 박시영 ( Siyoung Park ) , 강현구 ( Thomas H.-k. Kang ) , 이호욱 ( Ho-wook Lee ) , 곽시영 ( Si-young Gwak ) , 박준규 ( Jun-kyu Park )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 14-22 (9 pages)

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본 연구에서는 물류창고시설의 개발 증가에 따른 화재사고 증가에 대응하여 실외 환경에서의 PC 슬래브의 화재성능 평가를 위한 실물대 화재실험을 실시하였다. 실외 화재실험에 앞서 고온에서 강연선의 인장 항복 강도를 시험하여 기계적 물성을 분석하였다. 또한, 이전 연구들을 참고하여 강연선의 열적 특성과 콘크리트의 기계적, 열적 특성을 조사하였다. 실외 화재실험은 걸침길이가 50mm, 150mm인 동일한 슬래브 2개의 구조성능 및 내화성능을 분석하기 위해 수행되었다. 걸침길이가 길어질수록 처짐은 감소하였고, 걸침길이에 대한 수평 변위 또한 감소하였다. 200분 가량 진행된 실험에서 슬래브의 탈락이 발생하지 않아 현행 기준이 적절함이 확인되었다. 콘크리트의 폭렬 현상이 발생하여 강연선 일부가 끊어졌으나, 구조성능은 지속되었기 때문에 부착식 공법을 이용한 PSC 슬래브의 실용성을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 물류창고 PC 슬래브의 내화성능 판단을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.


In this study, a fire test was conducted to evaluate the fire performance of precast concrete (PC) slabs in an outdoor environment in response to the increase in fire incidents caused by the growth of warehouses. Prior to the field fire test, the tensile yield strength of the tendon at elevated temperatures was tested to analyze the mechanical properties. Also, by referring to previous studies, the thermal properties of tendon and the mechanical and thermal properties of concrete were investigated. A field fire test was conducted to analyze the structural and fire performance of two identical slabs with 50 and 150 mm bearing length. As the bearing length increased, deflection and horizontal displacement decreased. The fire test lasted for 200 minutes without the collapse of slabs, validating current codes. Based on the structural performance which maintained even with concrete spalling and rupture of some tendons, the bonded method is assumed to be practical in pre-tensioned PC slabs. The results of fire test are expected to be utilized in evaluating the fire performance of PC slabs in warehouses.

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3상태평가 결과 기반 고속도로 PSC Box 거더교 상부플랜지 열화ㆍ손상 실태 고찰

저자 : 구영호 ( Young-ho Ku ) , 한상묵 ( Sang-mook Han )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 23-32 (10 pages)

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PSCB 거더교는 고속도로에서 공용중인 교량의 4%로 많은 비중을 차지하고 있지는 않지만, PSCB 거더교의 약 98%가 1·2종 교량이며 전체 교량 연장의 약 16%(192km)를 차지하는 만큼 유지관리가 매우 중요한 교량 형식 중 하나이다. PSCB 거더교의 손상유형을 분석하기 위해 고속도로 공용중 교량의 가설공법, 제설환경 노출등급 비율을 고려한 62개소(477경간) 정밀안전진단 보고서를 선정하여 상세 분석을 수행함과 동시에 실제 열화·손상이 발생한 교량의 현장조사를 수행하였으며, 그 결과 대부분의 열화·손상 원인은 교면포장으로 유입된 우수(염수)가 상부플랜지와 계면 사이에 체수되어 콘크리트가 열화되고, 이후 교면포장의 균열 및 파손, 철근의 부식·팽창으로 인한 콘크리트 박락 등으로 진전되어 나타난 것으로 조사되었다. 또한, 상부플랜지 하면에 발생한 교축방향 균열 원인은 수화열, 건조수축 등으로 인한 균열로 판단된다. 결론적으로 PSCB 거더교의 특성을 고려한 합리적인 유지관리를 위해서는 시공초기 발생되는 상부플랜지 하면 교축방향 균열 제어를 위한 설계측면의 개선 방안이 제시되어야 할 것이며, 공용중 발생되는 열화는 상부플랜지 열화 이전 교면포장의 유지관리를 통한 선제적 대응과 제설환경 노출등급에 따른 차별화된 유지관리 방안이 제시되어야 할 것으로 판단된다.


Although PSCB girder bridges account for 4% of the bridges in use on highways, they do not account for much, but 98% of PSCB girder bridges are 1st type and 2nd type of bridge. Also, the total length of the PSCB girder bridge is 16% (192km) of the total length of the highway bridge. Thus, the PSCB girder bridge can be one of the bridge types where maintenance is important. In order to analyze the damage types of PSCB girder bridges, a detailed analysis was conducted by selecting 62 places (477 spans) precision safety diagnosis reports considering ratio of the construction method and snow removal environment exposure class. Analysis of report and a field investigation was conducted, and as a result, most of the causes of deterioration damage were caused by rainwater (salt water) flowing into the bridge pavement soaking in between the top flange and the interface. After concrete slab deteriorate occurred then bridge pavement cracking and breaking increased and exfoliation of concrete occurred by corrosion and expansion of the reinforcing bars occurred. In addition, the cause of cracks in the longitudinal direction on the bottom of the top flange is considered to be cracks caused by restrained drying shrinkage. In conclusion, for reasonable maintenance considering the characteristics of PSCB girder bridges, it should be suggested in the design aspect that restrained drying shrinkage crack on top flange. Also, it is believed that differentiated maintenance method should be proposed according to snow removal environment exposure class.

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4협착교량의 구조해석 및 안전성 평가

저자 : 정재훈 ( Jae-hun Jeong ) , 김문옥 ( Moon-ok Kim ) , 최현호 ( Hyun-ho Choi ) , 김장환 ( Jang-hwan Kim )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 33-38 (6 pages)

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지속적인 폭염이 발생함에 따라 협착으로 인한 포장 솟음이나 교량 신축이음 파손 사례가 다수 발견되고 있다. 특히 교량에서의 협착은 구조물의 안전성을 위협하거나 장기적인 내구성을 저하시킬 수 있는 중요한 문제이다. 본 논문에서는 교량에 협착이 발생할 경우에 대한구조해석 방법을 제시하고, 대표형식 교량에 대한 협착상태 구조해석을 수행하여 그 거동 영향을 확인하였다. 대표교량은 상부구조의 경우 콘크리트교와 강교, 하부구조의 경우 직접기초와 말뚝기초로 구분하여 선정하였으며, 측방유동압, 알칼리 골재반응에 의한 포장팽창, 뒤채움재의 Creep로 인한 침하를 협착에 대한 추가적인 하중으로 고려하였다. 구조해석 결과를 실제 측정된 유간 데이터와 비교하여 구조해석 방법을 검증하였다. 또한 협착에 의한 거동 영향 분석을 수행하여 축력이 증가함에 따른 상부구조의 형식별 안전율 변화 경향을 확인하였다.


As the intense heat continues, many cases of highway pavement blow up and bridge expansion joints damages have been inspected. Especially, Expansion joint closure of bridges is an important problem that can threat the safety of the bridge structure or reduce long-term durability. This paper proposed a structural analysis method for bridges having expansion joint closure and structural analysis was performed to verify the effects according to bridge types. Analysis bridges were divided into four types: concrete and steel bridges, shallow and piled foundations. To induce the situation of abutments and bridge decks are jammed, the following loads were additionally considered; lateral flow pressure, pavement expansion by alkali-aggregate reaction, creep settlement of backfill. The structural analysis method was verified by comparing the structural analysis results with the actually measured joint gap data. In addition, behavioral analysis due to joint closure was conducted to confirm the change in safety ratio by type of superstructure as the axial force increased.

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5영상 분석 기법을 이용한 RC 부재의 항복 후 휨 거동 분석(I): 압축부를 중심으로

저자 : 김건수 ( Kun-soo Kim ) , 박기태 ( Ki-tae Park ) , 우태련 ( Tae-ryeon Woo ) , 김재환 ( Jaehwan Kim )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 39-46 (8 pages)

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철근콘크리트 구조물의 설계 방법으로 한계상태설계법이 적용되면서 해석이나 설계 시 극한상태까지 고려하도록 하고 있다. 실제로 철근콘크리트 부재가 휨을 받을 때 전단철근에 의한 구속 효과가 존재하지만, 설계 시에는 비구속 콘크리트의 재료 곡선을 적용하도록 하고 있다. 본 연구에서는 휨 부재에 대한 구속콘크리트 모델의 적합성을 평가하기 위하여 복철근 직사각형 단면을 가지는 RC 단순보에 대하여 4점 휨 실험을 수행하였고, 영상분석기법을 이용하여 부재의 항복 후 거동을 상세하게 분석하였다. 상세한 분석을 위하여 DIC 기법을 영상분석 기법으로써 채택하였고, 기존 계측 방법과 계측 결과를 비교함으로써 DIC 기법의 타당성을 검증하였다. DIC 기법의 결과로 산출된 콘크리트 표면의 변형률 분포도를 얻을 수 있었고, 이를 통하여 단면의 평균 변형률 분포를 산출하였다. 평균 변형률 분포도를 이용하여 기존 구속콘크리트 모델을 재료곡선으로 적용한 응력 분포도를 도출할 수 있었다. 실험 결과와 기존 모델 적용 결과의 비교를 통하여 직사각형 단면을 가지는 RC 휨 부재에 대한 구속콘크리트 모델의 적합성을 평가하였다.


As the limit state design method is applied as the design method of reinforced concrete structure, the ultimate state is considered when analyses or designing. In fact, when the reinforced concrete member is bent, there is a confining effect by stirrup, but the material curve of unconfined concretes applied when designing. In this study, to evaluate the suitability of the confined concrete model for flexural members, a 4-point bending test was conducted on RC simple beam with a double-reinforced rectangular cross-section, and the behavior of the member after yield was analyzed in detail using image processing method. For detailed analysis, the DIC method was adopted as an image analysis method, and the validity of DIC method was verified by comparing the measurement results with the LVDT. The distribution of the strain on the concrete surface calculated as a result of the DIC method could be obtained, and the average strain distribution of the cross-section was calculated. Using the average strain distribution, the stress distribution applied existing confined concrete model as a material curve could be derived. Through the comparison of the experimental results and the existing model application results, the suitability of the confined concrete model for RC flexural members having a rectangular cross-section was evaluated.

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6영상 분석 기법을 이용한 RC 부재의 항복 후 휨 거동 분석(II): 인장부를 중심으로

저자 : 김건수 ( Kun-soo Kim ) , 박기태 ( Ki-tae Park ) , 우태련 ( Tae-ryeon Woo )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 47-53 (7 pages)

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콘크리트구조물의 한계상태설계법이 적용되면서 구조물의 극한상태까지 고려하는 설계가 이루어지고 있다. 실제 철근콘크리트부재가 인장력을 부담할 때 부재가 항복한 후에도 극한상태까지 콘크리트가 인장력을 부담한다. 따라서 한계상태 거동에 대한 정확한 평가를 위해서는 휨 부재의 항복 후 인장강화효과에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 복철근 직사각형 단면을 가지는 RC 단순보에 대하여 4점 휨 실험을 수행하였고, 영상분석기법을 이용하여 부재의 거동을 상세하게 분석하였다. 분석 결과를 이용하여 휨 인장강화효과 계수를 도입한 항복 후 인장강화효과 추정식을 제안하였고, 이를 기존 연구들의 실험 결과를 통해 적용성을 검증하였다. 부재의 연성거동을 대표하는 극한 변형률과 항복 변형률 차이가 실험 결과와 유사하게 나타나 제안식의 예측이 비교적 정확한 것으로 판단된다.


As the limit state design method is applied as a method of designing concrete structures, the ultimate state is considered in the analysis or design. In fact, when the reinforced concrete member bears tensile force, the force is transmitted from the rebar to the concrete, and the structure bears the tensile force to the ultimate state even after yield. Therefore, the accurate evaluation of behavior after yield, it is necessary to study the tension stiffening effect after yield of the flexural member. In this study, a 4-point bending test was conducted on the RC simple beam having a rectangular cross section of the double reinforcement, and the behavior of the member was analyzed in detail using the image analysis method. Using the analysis results, the estimation formula for the tension stiffening effect after yield was proposed, and the applicability of this was verified through the experimental results of existing study. The difference between the ultimate strain and the yield strain representing the ductile behavior of the member is similar to the experimental results. The prediction of the proposed formula is relatively accurate.

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7구조물 내진보강을 위한 다중 마찰댐퍼의 성능 평가

저자 : 김성배 ( Sung-bae Kim ) , 권형오 ( Hyung-o Kwon ) , 이종석 ( Jong-suk Lee )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 54-63 (10 pages)

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이 연구는 구조물 내진보강 장치의 하나인 마찰댐퍼에 관한 것으로, 내부 마찰재를 복합재료의 일종인 초고분자량 폴리에틸렌으로 대체하여 댐퍼를 개발하였다. 또한 마찰력이 발생하는 내부 구조를 여러 층으로 적층하는 다중 마찰방식을 적용하였다. 개발된 다중 마찰댐퍼의 성능 검증을 위해서 재료에 대한 기초 물성과 마모 특성, 디스크 스프링에 대한 특성 분석 시험을 수행하였다. 마모시험 시험결과, UHMWPE의 질량 감소율은 0.003%로 복합재료 기반의 마찰재 중에서 가장 우수한 성능을 보였다. 디스크 스프링은 유한요소해석과 시험결과로부터 설계기초자료를 확보하였다. 또한 개발된 다중 마찰댐퍼의 품질 안정성을 확인하기 위해 토크값에 따른 마찰력 변화와 감쇠장치에 대한 지진하중 시험을 수행하였다. 품질성능 시험결과, 토크 값 조절에 따라 선형적인 마찰력 변화를 보였으며, 지진하중 시험 결과, 마찰댐퍼의 허용오차는 설계기준에서 요구하는 15% 미만으로 나타나 내진보강 장치로서의 요구조건을 만족하는 것으로 나타났다.


This paper is a study on the friction damper, which is one of the seismic reinforcement devices for structures. This study developed a damper by replacing the internal friction material with ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), a type of composite material. In addition, this study applied a multi-friction method in which the internal structure where frictional force is generated is laminated in several layers. To verify the performance of the developed multi-friction damper, this study performed a characteristic analysis test for the basic physical properties, wear characteristics, and disc springs of the material. As a result of the wear test, the mass reduction rate of UHMWPE was 0.003%, which showed the best performance among the friction materials based on composite materials. Regarding the disc spring, this study secured the design basic data from the finite element analysis and experimental test results. Moreover, to confirm the quality stability of the developed multi-friction damper, this study performed an seismic load test on the damping device and the friction force change according to the torque value. The quality performance test result showed a linear frictional force change according to the torque value adjustment. As a result of the seismic load test, the allowable error of the friction damper was less than 15%, which is the standard required by the design standards, so it satisfies the requirements for seismic reinforcement devices.

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8내부 철골끼움골조 및 벽체형 마찰댐퍼(WFD)로 보강된 2층 철근콘크리트골조 내진성능에 대한 실험적 연구

저자 : 유창기 ( Chang-gi Yoo ) , 최창식 ( Chang-sik Choi )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 64-72 (9 pages)

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본 연구에서는 WFD(Wall Friction Damper)를 보강한 철근콘크리트 골조의 내진성능을 확인하기 위해 2층 철근콘크리트 골조 의 보강방법(무보강, 내부 H- 형철골과 WFD보강)을 주요 변수로 하였다. WFD 내진 보강 공법은 강도 향상과 에너지 소산 공법을 혼합한 것이다. WFD의 충분한 에너지 소산 이전에 보강재와 기존 구조물의 접합부에서 사전 파괴를 방지하기 위해 내부 H형 철골과 보 측면을 관통하는 케미컬 앵커를 사용하여 WFD를 설치하였다. 시험결과 OMF-N 시험체는 최대강도 발현 후 R/C 기둥의 전단력에 의한 취성파괴 양상을 보였다. OMF-ALL(H) 실험체는 핀칭 효과의 감소와 RC 기둥의 파손이 발생함을 보였다. 또한 OMF-ALL(H)의 최대 강도, 누적 에너지 소산 및 연성은 OMF-N의 경우 3.01배, 7.2배 및 1.72배 증가하였다. 그 결과 철근콘크리트 구조물에 시공한 WFD 내진 보강공법이 내진성능을 향상시키고 보강효과가 유효한 것으로 나타났다.


In this study, in order to confirm the seismic performance of reinforced concrete frames retrofitted with Wall Friction Damper(WFD), the test was conducted by setting two-story Reinforced concrete frames (reference specimen, OMF-N and specimen retrofitted with internal H-shaped steel frame and WFD, OMF-ALL(H)) as main variables. The WFD Seismic Retrofit Method is a mixture of strength improvement and energy dissipation methods. To prevent the pre-destruction of existing structure by friction force before sufficient energy dissipation of WFD, the internal H-shaped steel frame and chemical anchor that penetrates the side of the beam were used to install WFD. According to the test results, the OMF-N specimen showed an brittle failure pattern caused by the shear force of the R/C column after the maximum strength was expressed. The OMF-ALL(H) specimen showed that the reduction of pinching effect and the failure of the RC column occurred. Also, the maximum strength, cumulative energy dissipation and ductility of OMF-ALL(H) increased 3.01 times, 7.2 times and 1.72 times for OMF-N. As a results, test results revealed that the WFD Seismic Retrofit Method installed on Reinforced concrete structure improves the seismic performance and the strengthening effect is valid.

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9격자형 CFRP 보강재의 격자간격에 따른 콘크리트 부착거동에 대한 실험적 연구

저자 : 노치훈 ( Chi-hoon Noh ) , 장낙섭 ( Nag-seop Jang ) , 오홍섭 ( Hongseob Oh )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 73-81 (9 pages)

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최근 구조물의 사용연한이 증가함에 따라 다양한 요인에 의해 철근이 부식되어 구조물의 내하력이 감소하는 문제들이 발생하고 있다. 이를 해결하기 위하여 내식성, 경량성, 고인장강도를 갖는 FRP 보강근의 부착특성에 대한 연구가 활발히 진행중이나, 콘크리트에 매립된 격자형 CFRP 보강재의 부착특성에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 격자형 CFRP 보강재를 철근의 대체재로 사용하고 사용성 측면에서 부착특성을 평가하기 위해, 격자형 CFRP 보강재의 종방향 부착길이와 횡방향 격자길이를 변수로 하여 직접인발시험을 수행하였다. 이를 통해 격자형 CFRP 보강재의 부착하중-슬립 곡선을 도출하였으며, 부착거동을 분석하였다. 총 부착하중 식은 종방향 부착길이의 부착력과 횡방향 격자의 전단력의 합으로 제안하였으며, 부착하중-슬립곡선의 면적을 전체 일로 표현하여 슬립량에 대한 에너지 소산량의 변화를 분석하여 횡방향 격자가 부착력에 미치는 영향에 대하여 검토하였다.


Recently, as the service life of structures increased, the load-carrying capacity of deteriorated reinforced concrete, where corrosion of reinforcing bars occurs due to various causes, is frequently decreased. In order to address this problem, many studies on the bond characteristic of FRP (Fiber Reinforced Polymer) bars with corrosion resistance, light weight and high tensile strength have been conducted, however there are not many studies on the bond characteristic of grid-typed CFRP embedded in concrete. Therefore, in order to evaluate the bond characteristics of grid-typed CFRP and its usability as a substitute for steel rebar, a pull-out test is performed using the longitudinal bond length and transverse grid length of the grid-typed CFRP as variables. Through the pull-out test, the bond load-slip curve of the grid-typed CFRP is derived, and the bond behavior is analyzed. The total bond load equation is proposed as the sum of the bond force of the longitudinal bond length and the shear force of the grid in the transverse direction. Also, expressing the area of the bond load-slip curve as total work, the change in dissipated energy with respect to the slip is analyzed to examine the effect of the tranverse grid on the bond force.

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103전극방식을 활용한 철근 콘크리트의 교류임피던스 측정 시 전기화학 셀저항의 영향

저자 : 무함마드알마스루르칸 ( Al-masrur Khan ) , 김제경 ( Je-kyoung Kim ) , 이정재 ( Jurng-jae Yee ) , 기성훈 ( Seong-hoon Kee )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 82-92 (11 pages)

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본 연구의 목적은 3전극방식으로 전기화학적 임피던스분광법(EIS)를 활용한 콘크리트 속 철근의 분극저항을 측정할 때 전기화학 셀저항에 따른 인가전압의 변화를 실험적으로 확인하고, 안정적인 측정값을 획득을 위한 실험조건을 찾는 것이다. 본 연구에서는 셀저항을 구성하는 요소 중 콘크리트 건조상태, 전극의 커플링상태(접촉저항) 및 상대전극의 면적을 주요변수 설정하였다. 본 연구에서는 지름 200mm인 정사각형 콘크리트 실험체 중심에 D22 철근이 부분적으로 매입된 실험체를 준비하여, 주요변수의 조합으로 구성된 다양한 실험조건에서 EIS을 수행하였으며 이때 포텐쇼스탯에서 인가된 전압을 측정하였다. 본 연구의 실험결과를 통하여, 3전극 방식으로 콘크리트 속 철근의 부식속도를 측정할 경우, 측정장치의 추종전압보다 측정 시 요구되는 인가전압이 충분히 큰 경우 셀저항의 변화는 EIS 측정에 큰 영향을 주지 않는 것을 확인하였다. 참조전극과 기준전극을 콘크리트 표면에 부착된 상태에서 EIS에서 콘크리트의 건조상태 및 상대전극의 면적에 대한 영향에 비하여 전극과 표면의 접촉저항의 영향이 지배적인 것을 확인하였다. 본 연구의 결과는 해양환경에 노출된 콘크리트와 같이 침지 및 건조 반족 조건에 노출된 콘크리트에서 3전극방식의 EIS 측정으로 철근 부식속도 및 상태평가를 위한 센서 개발에 기본 데이터로 활용될 수 있다.


This study aims to investigate the effect of total electrochemical cell resistance (TECR) on electrochemical impedance (EI) measurements of reinforced concrete (RC) by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) using a three-electrode system. A series of experimental study is performed to measure electrochemical behavior of a steel bar embedded in a concrete cube specimen, with a side length of 200 mm, in various experimental conditions. Main variables include concrete dry conditions, coupling resistance between sensing electrodes and concrete surface, and area of the counter electrode. It is demonstrated that EI values remains stable when the compliant voltage of a measuring device is sufficiently great compared to the potential drop caused by TECR of concrete specimens. It is confirmed that the effect of the coupling resistance of TECR is far more influential than other two factors (concrete dry conditions and area of the counter electrode). The results in this study can be used as a fundamental basis for development of a surface-mount sensor for corrosion monitoring of reinforced concrete structures exposed to wet-and-dry cycles under marine environment.

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1FRP 시트 및 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽의 내진성능 비교 연구

저자 : 이혜지 ( Hye-ji Lee ) , 김상희 ( Sanghee Kim ) , 양근혁 ( Keun-hyeok Yang )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 1-9 (9 pages)

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이 연구에서는 Hwang et al.(2021a, 2021b)가 제시한 강봉 트러스 시스템과 FRP 시트로 보강된 조적벽체의 면내·외 내진성능을 비교평가하였다. 면내·외 가력에서 FRP 시트로 보강된 조적벽체의 최대 내력은 각각 무보강 조적벽체의 71% 및 85% 수준으로 순수 조적벽체의 내력을 발휘하지 못하고 더 낮은 내진 성능을 보였다. 강봉 트러스 시스템으로 보강된 조적벽체의 최대 내력은 무보강 조적벽체에 비해 약 1.8배 높았다. 강봉 트러스 시스템은 FRP 시트 부착 공법에 비해 최대 내력, 강성, 에너지 소산능력 향상에 뛰어났다. 하지만, FRP 시트로 보강된 조적벽체의 경우, FRP시트를 조적벽체의 전체에 보강함으로써 조적벽체가 과보강되었고, 실험체가 미끄러짐 파괴가 발생 강성발현 증가효과가 미미한 것으로 판단된다. 추후, FRP 시트를 조적벽체의 일부분만 보강한 실험체와 강봉 트러스 시스템으로 보강한 실험체의 내진성능을 비교하는 후속연구가 필요하다.

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2보부재 불연속성과 수평비정형성을 고려한 건물의 풍하중과 지진하중에 의한 응답해석

저자 : 수딥타차크라보르티 ( Sudipta Chakraborty ) , 앰디라지불이스람 ( Md. Rajibul Islam ) , 김두기 ( Dookie Kim )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 10-19 (10 pages)

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구조물의 비정형성이 풍하중과 지진하중을 받는 구조물의 안전성에 미치는 영향에 대해 검토하였다. 층별 보부재의 불연속성과 O자형 수평비정형성의 관점에서 4가지 유형의 구조물을 선정하여 구조거동을 평가하였다. ACI 318-11 조건에 대해 풍하중 및 지진하중에 의한 구조물의 변위, 휨모멘트, 축력, 비틀림, 층간변위 응답을 검토하였다. 보부재 불연속성을 갖는 구조물의 상부에 갖는 건물이 가장 큰 복원력을 보였으며, O자형 수평비정형 건물은 전도에 대한 저항이 크므로 횡하중에 대해 안전하였다.

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33D 프린터로 출력된 시멘트 복합체의 내구성에 미치는 폴리머 후처리의 영향

저자 : 서지석 ( Ji-seok Seo ) , 현창진 ( Chang-jin Hyun ) , 김윤용 ( Yun-yong Kim )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 20-29 (10 pages)

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이 연구에서는 ME 방식 3D 프린터로 출력한 시멘트 복합체의 내구성을 개선하기 위해 PDMS, 규산나트륨, 표면강화재를 침지 후 도포하는 방식으로 후처리 하였으며 각각의 내구성 개선 정도를 평가하였다. 그 결과, 모든 평가에서 후처리 한 시험체의 내구성능이 그렇지 않은 시험체에 비해 내구성이 개선되는 경향을 나타냈다. 내흡수성과 염소이온 침투 저항성, 탄산화 저항성의 경우 PDMS로 후처리 했을 때 후 처리 하지 않은 시험체에 비해 각각 평균 36.3 %, 77.1 %, 50.4 % 개선되어 가장 우수한 것으로 나타났으며 내동해성의 경우 규산나트륨으로 후처리 했을 때 평균 47.5 % 개선되어 가장 우수한 것으로 나타났다. 3D 프린팅용 시멘트 복합체의 후처리 용액 중 대체로 PDMS가 우수한 것으로 나타났으나 이 연구에서 제안한 바와 같이 침지 후 도포하는 후처리 방식은 3D 프린터로 출력한 시멘트 복합체 구조물에 실질적으로 적용하기 어려울 수 있으므로 시공성을 고려한 성능개선재료에 대한 후속 연구가 필요할 것으로 판단된다.

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4터널 스캐닝 다중 촬영 영상의 특징점 기반 접합 알고리즘 성능평가

저자 : 이태희 ( Tae-hee Lee ) , 박진태 ( Jin-tae Park ) , 이승훈 ( Seung-hun Lee ) , 박신전 ( Sin-zeon Park )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 30-42 (13 pages)

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최근, 국내의 도심지와 수도권을 잇는 급행철도 사업, 간선도로 및 고속도로의 지중화 사업 등과 같이 교통 인프라 건설이 활발하게 추진되고 있으며 국토의 효율적인 활용을 위하여 지하 터널 및 산 터널의 시공이 활발해지고 있다. 터널 시공이 늘어남에 따라 콘크리트 구조물의 노후화로 인한 안전진단, 유지보수 및 관리의 필요성도 증대되고 있다. 본 논문에서는 인력에 의한 외관조사의 단점을 해결하고 터널 안전점검의 자동화를 위하여 터널 스캐닝영상을 통한 안전점검을 제시한다. 터널 스캐닝영상을 통한 안전점검은 기존 인력에 의한 외관조사에 비해 조사기간과 인력을 크게 줄일 수 있으며 조사자의 안전사고와 교통체증에 따른 사회적 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다. 터널 스캐닝영상 기반 안전점검을 위해서는 터널 스캐닝영상의 접합을 통하여 평면전개 이미지를 생성하는 것이 핵심이다. 본 연구에서는 터널 스캐닝영상 기반 안전점검의 필수기술인 터널 스캐닝 다중 촬영 영상 접합에 적합한 알고리즘에 대한 성능평가를 진행하였다. 터널이미지 접합에 유리한 알고리즘을 찾기 위하여 OpenCV에서 제공하는 특징점 검출 및 매칭 알고리즘 중 실수기술자와 높은 정확도를 갖는 SIFT, 이진기술자를 갖고 연산속도가 빠른 ORB, BRISK 총 3가지 알고리즘을 비교 분석하고자 한다. 터널이미지는 크게 콘크리트부, 조명부와 타일부로 나누어 터널이미지의 특성을 반영하였다. 터널이미지 접합에 유리한 알고리즘은 특징점 검출 개수, 연산속도, 특징점 매칭의 정확성, 영상접합 결과를 종합하여 판별하였다. 접합성능은 SIFT알고리즘이 가장 좋았으며 ORB, BRISK도 짧은 연산시간과 준수한 성능을 보였다. 연산시간보다 정확도가 중요시되는 정밀한 평면전개 이미지 생성에 SIFT가 활용될 수 있고 ORB와 BRISK도 준수한 접합결과를 보여줘 대용량 영상에서 빠른 영상처리 속도가 요구되는 작업이 필요할 경우 사용될 수 있는 가능성을 확인했다.

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5모듈러 신축이음장치 지진거동 모사 실험적 연구

저자 : 이정우 ( Jung-woo Lee ) , 최은석 ( Eun-suk Choi )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 43-48 (6 pages)

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본 논문에서는 신축량이 크고 내구성이 우수한 모듈러 신축이음장치의 내진성능을 평가하기 위해 지진응답 거동해석과 지진거동모사실험을 수행하였다. 지진응답 거동해석은 한국(KS), 미국(AASHTO LRFD), 그리고 유럽(Eurocode)의 설계기준 응답스팩트럼을 적용하여 인공지진파를 생성하였다. 해석대상 교량은 경간 1,000m 사장교를 대상으로 각 기준에 대해 세가지의 인공지진파를 생성하였으며, 지진거동모사실험은 축방향과 횡방향의 동적 유압가력기를 사용하여 인공지진파를 재현하였다. 실험결과 축방향, 횡방향 및 양방향에 인공지진파를 재하하였을 때 신축이음의 거동 이상이나 파괴는 발생하지 않았으며, 신축이음장치의 지진거동에 대한 내구성 및 안전성을 확인하였다.

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6공동주택 층간소음 저감을 위한 능동소음제어(ANC) 기술 적용가능성 분석

저자 : 남진원 ( Jin-won Nam ) , 김호진 ( Ho-jin Kim ) , 김준환 ( Jun-hwan Kim ) , 위혁 ( Hyuk Wee ) , 김중관 ( Joong-kwan Kim )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 49-56 (8 pages)

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본 연구에서는 능동소음제어(ANC, Active Noise Control) 기술을 이용하여 공동주택의 층간소음을 저감시키는 시뮬레이션 기반 연구를 수행하였다. ANC의 층간소음 저감 활용 가능성을 검토하기 위하여 층간소음시험시설에서 가속도계와 소음 수집용 마이크로폰을 설치하여 임팩트볼 낙하에 의한 소음진동을 측정하여 Fx-LMS 알고리즘 기반의 능동소음제어 시뮬레이션을 수행하였다. 이 과정에서 적응제어 수렴계수 등의 최적 시뮬레이션 조건을 도출한 후 가속도계와 스피커 수량을 변수로 하는 수치 시뮬레이션을 통해 소음저감효과를 분석하여 제한된 조건에서 층간소음을 저감시킬 수 있는 것을 확인하였다.

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7휨하중을 받는 스마트 초고강도 섬유보강 콘크리트의 전기역학적 거동 조사

저자 : 김태욱 ( Tae-uk Kim ) , 김민경 ( Min-kyoung Kim ) , 김동주 ( Dong-joo Kim )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 57-65 (9 pages)

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본 연구에서는 smart ultra-high performance fiber reinforced concretes (S-UHPFRCs)의 자기감지 능력을 검증하기 위해 인장과 압축 영역에서 휨 하중에 따른 S-UHPFRCs의 전기역학적 거동을 조사하였다. 휨 하중 하에서 S-UHPFRCs의 전기저항률은 초기균열 이후 다수의 미세균열을 보이는 변형-경화 거동으로 인해 계속해서 변화된다. 압축 영역에서 S-UHPFRCs의 전기저항률은 등가 휨 응력이 증가함에 따라 976.57에서 514.05 kΩ-cm로 (47.00%) 감소하였으며, 인장 영역에서는 979.61에서 682.28 kΩ-cm로 (30.40%) 감소하였다. S-UHPFRCs의 응력 민감도 계수는 압축 영역과 인장 영역이 각각 1.709와 1.098 %/MPa이다. S-UHPFRCs의 처짐 감지 능력은 압축 영역 (30.06 %/mm)이 인장 영역 (19.72 %/mm)보다 높았다. 초기 처짐 감지 능력은 측정 영역과 관계없이 처짐 감지 능력의 약 50%로 초기 처짐에 대한 우수한 감지 능력을 가지는 것으로 확인되었다. 휨 하중 하에서 S-UHPFRCs의 자기감지 능력은 압축 영역에서 더 높았으나 S-UHPFRCs는 건설 현장에 적용할 자기 감지 재료로 충분하다.

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8횡변형 방지 상세 유무 및 스트럿 형상에 따른 강재댐퍼의 성능 비교

저자 : 이현호 ( Hyun-ho Lee )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 66-73 (8 pages)

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본 연구에서는 록킹 거동을 하는 강재댐퍼에 대한 기존 연구결과를 근간으로 스트럿 높이가 동일하고 단면적이 유사한 댐퍼 7개의 실험결과를 비교하였다. 강판댐퍼로 Ldpd(횡변형 방지 상세) 없는 SI-260, SV-260, SS-260, Ldpd 있는 I-1, V-1, S-1 및 강봉댐퍼인 R20-260을 평가하였다. 또한 단면적이 0.56배인 R15-260도 같이 평가하여, 강봉댐퍼 거동 성능을 적절히 평가하고자 하였다. 중요한 연구결과는 강판댐퍼의 일방향성을 개선한 강봉댐퍼 적용의 우수성이며, 이는 모멘트 저항 능력 및 변위비 평가에서도 확인할 수 있었다. 평가결과, 강봉댐퍼인 R20-260의 성능이 가장 우수한 것으로 평가되었다. 또한 변위비 2.0까지 변형 능력을 나타내어, 충분한 내진성능을 보유한 것으로 판단된다.

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9가능최대지진(MCE)을 적용한 중력식 콘크리트 댐 내진성능평가 방안 개선

저자 : 오정근 ( Jeong-keun Oh ) , 정영석 ( Yeong-seok Jeong ) , 권민호 ( Min-ho Kwon )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 74-85 (12 pages)

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이 논문의 목적은 MCE를 적용한 콘크리트 중력식 댐의 동적소성해석에 의한 내진성능평가 수행 시 입력변수, 성능수준 평가 방법에 대한 현행 기준의 적용성을 검토하고 개선안을 제시하는 것이다. 이를 위하여 국내 콘크리트 중력식 댐을 대상 시설로 선정하여 다양한 조건으로 동적소성해석을 수행하였으며 입력변수인 콘크리트 인장강도, 파괴에너지 등에 대한 적용성을 검토하였다. 중력식 댐체 저면의 균열이 활동의 안정성 미치는 영향을 분석하여 저수기능 확보에 필요한 성능수준 평가 방법의 개선안을 도출하였다. 연구 결과 개선사항을 적용할 경우 MCE를 적용한 현행 내진성능평가 방법보다 합리적인 평가결과를 도출하는 효과가 있을 것이다.

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10국내 시범 생산 CFRP rod를 적용한 보 부재의 휨-전단 특성

저자 : 최소영 ( So-yoeng Choi ) , 김일순 ( Il-sun Kim ) , 최명성 ( Myoung-sung Choi ) , 양은익 ( Eun-ik Yang )

발행기관 : 한국구조물진단유지관리공학회 간행물 : 한국구조물진단유지관리공학회 논문집(KSMI) 26권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 86-94 (9 pages)

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전 세계적으로 철근의 부식으로 인해 발생하는 철근 콘크리트 구조물의 성능 저하를 해결하기 위하여, FRP를 철근으로 대체하는 것은 상당한 주목을 받고 있으며, FRP 물성을 향상시켜 구조물의 사용 수명을 연장하기 위한 기술 개발이 진행되어 왔다. 이에 따라, 고강도 및 고강성을 갖는 국산형 CFRP rod와 CFRP grid의 개발 및 제조 기술이 필요하며, 이를 적용한 구조 부재의 거동을 평가한 연구가 수행되어야 한다. 본 연구에서는 국내 시범 생산 CFRP rod를 보강근으로 사용한 보 부재의 휨 전단 거동을 보강비와 전단 경간비에 따라 검토하였다. 그 결과, 일정 범위를 벗어난 보강비를 사용할 경우, CFRP rod에 의한 성능 개선 효과가 상쇄되거나 효과가 크지 않는 것으로 나타났다. 한편, CFRP rod를 사용한 보 부재의 경우, 국내 구조 설계 기준에 근거하여 전단 철근을 배치하더라도 전단 파괴 가능성이 발생하였다. 그러므로 CFRP rod를 사용한 보 부재의 경우, 보강비 제한과 전단파괴를 방지하기 위한 검토가 필요한 것으로 판단된다. 또한, CFRP rod를 사용한 보 부재의 연성은 변형 에너지 평가방법에 따라 결정되므로, 보 부재의 구조 거동을 반영한 변형 에너지 평가법을 적용하여 연성을 평가해야 한다.

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