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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.