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Cohesive 요소를 이용한 CFRP 시트 보강 RC빔의 유한요소해석
김건수 ( Kim Kun-soo ),박기태 ( Park Ki-tae ),김병철 ( Kim Byeong Cheol ),정규산 ( Jung Kyu-san ),김재환 ( Kim Jae Hwan ) 한국구조물진단유지관리공학회 2020 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.24 No.1
CFRP 시트로 보강된 구조물은 시간이 지남에 따라 노후화가 진행되고, 이 과정에서 부착된 CFRP 시트 일부 구간의 박락이 발생할 우려가 있다. 이러한 CFRP 시트의 박락은 보강된 구조물의 성능을 저하시키는 주요원인이 된다. 본 연구에서는 CFRP 시트로 보강된 RC빔에 대한 유한요소모델을 개발하고 해석 결과를 기존실험 결과와 비교하였다. 유한요소모델은 Cohesive 요소를 적용하여 콘크리트-CFRP 시트 사이의 계면파괴를 정밀하게 모사하였다. Cohesive 요소가 적용된 유한요소모델의 해석 결과는 단부 비부착 구간이 존재하는 RC빔의 거동을 잘 반영하는 것을 확인하였다.
준정적해석을 이용한 Y형 전단연결부의 Push-out 실험 유한요소해석
김건수 ( Kim Kun-soo ),박기태 ( Park Ki-tae ),한원일 ( Han Oneil ),김상효 ( Kim Sang-hyo ) 한국구조물진단유지관리공학회 2019 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.23 No.2
강-콘크리트 합성구조의 성능을 확보하기 위해서는 전단연결재가 설치된 전단연결부에 대한 전단강도 분석이 필수적이다. 전단연결부의 전단거동을 효율적으로 예측하기 위하여, 전단연결부의 push-out test에 대한 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석에는 범용 프로그램인 ABAQUS가 사용되었으며, 대상 실험체는 Y형 전단연결재가 적용된 강-콘크리트 전단연결부이다. 유한요소해석에서는 대상 실험체를 구성하는 재료들의 비선형성을 고려하였고, 비선형해석의 수렴문제를 해결하기 위하여 준정적해석을 사용하였다. 본 연구에서 수행된 유한요소해석 결과를 바탕으로 하중-변위곡선과 전단강도를 기존 실험결과와 비교한 결과, 준정적해석을 이용한 유한요소모델은 기존 실험결과를 잘 반영하는 것을 확인하였다.
유한요소해석에 기반한 콘크리트 균열 조건에 따른 수분흡수 현상 분석
김건수 ( Kun-soo Kim ),박기태 ( Ki-tae Park ),김재환 ( Jaehwan Kim ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.25 No.5
본 연구에서는 콘크리트의 균열조건에 따른 수분 흡수 현상을 해석적으로 분석하였다. 흡수 시간의 증가에 따라 콘크리트 표면을 통해 흡수되는 수분의 양을 실험적으로 분석한 기존 연구 결과들을 바탕으로 2차원 유한요소해석 모델을 개발하였다. 고려된 균열조건은 균열폭(0.1 mm, 0.3 mm), 균열 깊이(0 ~ 250 mm), 균열 간격(0 ~ 200 mm)이며 총 30개 모델에 대한 유한요소해석을 수행하였다. 유한요소해석을 수행한 결과, 콘크리트 균열부의 수분 흡수량 증가에 중요한 영향을 미치는 조건은 균열 폭 및 균열 깊이의 변화로 확인되었다. 또한 비균열 조건의 콘크리트에 비해 균열부에서 추가로 흡수되는 물의 양을 정량적으로 분석하기 위하여, 균열부 수분 흡수계수(S<sub>crack</sub>) 개념을 도입하고 이를 추정하기 위한 예측 식을 제안하였다. 균열 깊이에 대한 분석 결과, 콘크리트 균열 폭과 관계없이 균열 깊이 150 mm 이하에서는 균열로 인한 수분 흡수가 활발하게 발생할 수 있음을 확인하였다. 따라서 외부에 노출된 철근콘크리트 구조물은 제설제와 같은 수용액 등의 흡수로 인하여 철근 부식이 발생할 수 있음을 고려하면, 실제 시설물의 균열 조건을 파악하기 위해서는 시설물의 점검 및 진단 시에 기존 균열 폭에 대한 조사뿐만 아니라 균열 깊이에 대한 조사도 함께 수행되어야 할 것으로 판단된다. This study performed simulating water absorption in various pre-cracked concretes. 2D-Finite Element Analysis (2D-FEA) model was developed based on experimental results on the amount of absorbed water in concrete with the exposure time. Results from the 2D-FEA showed that both crack width and crack depth strongly affect the amount of absorbed water in cracked concrete. In addition, water absorption rate is introduced and a predictive equation is suggested to estimate the rate in order to quantify the amount of absorbed water in cracked concrete. It was confirmed that water absorption in concrete having less than 150 mm crack depth was dominated as a main transport factor regardless of crack width. Therefore, considering that steel corrosion caused by chlorides dissolved in water mainly occurs in reinforced concrete structures, it is necessary that crack depth as well as crack width should be investigated in reinforced concrete structures at the time of field-inspection.
김건수 ( Kim Kun-soo ),박기태 ( Park Ki-tae ),김재환 ( Kim Jaehwan ) 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.26 No.2
대표적인 도로시설인 교량은 도로 관리주체의 유지관리 주요 대상이며, 지속적인 성능확보를 위한 유지관리, 점검진단, 보수보강 행위가 이루어지고 있다. 교량의 대표적인 부재인 바닥판은 교량 전체 유지관리 예산에서 큰 비중을 차지하고 있으며, 주요 손상원인은 제설제 염화물의 콘크리트 침투현상이다. 기존 콘크리트 염화물 침투현상에 관한 연구는 주로 해양조건에 의한 영향을 고려하였고 주로 수압에 의한 염화물의 콘크리트 침투 또는 이온반응에 의한 염화물 확산에 대하여 집중되었다. 하지만 제설제 염화물의 콘크리트 침투현상은 주로 흡수현상에 지배되며, 콘크리트로 침투되는 염화물량은 제설제의 염화물 농도와 콘크리트 구성물질의 상태에 의해 결정된다. 본 연구에서는 이러한 현상을 실험적으로 분석하였다. 실제 공용중인 교량의 조건을 반영하기 위하여 제설제 침투에 영향을 미치는 환경조건으로 동해현상을 고려하였다.
균열 폭에 따른 콘크리트 구조물에서의 염화물 흡수 평가
김건수 ( Kun-soo Kim ),박기태 ( Ki-tae Park ),김재환 ( Jaehwan Kim ) 한국구조물진단유지관리공학회 2020 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.24 No.6
철근 콘크리트 구조물에서의 염화물 침투에 따른 구조물의 열화는 주요한 문제로 이와 관련하여 현재까지 많은 연구들이 수행되고 있다. 콘크리트 구조물의 염화물 침투에 있어서 염화물 확산 이외에도 염화물 흡수에 의한 침투도 고려되어야 하며, 구조물의 사용기간 중에 발생되는 균열은 염화물 침투의 주 경로가 될 수 있기 때문에 이러한 변수들이 구조물의 내구성능 평가에 고려되어야 한다. 본 연구에서는 철근 콘크리트에 두 가지 균열 폭 (0.1 mm, 0.3 mm)을 발생 시킨 후, 염화물 흡수 실험을 실시하였다. 염화물 흡수 실험으로부터 흡수에 따른 무게 변화와 AgNO3 용액을 이용한 변색법으로 균열면에서의 염화물 침투 정도를 확인하였다. 변색 범위를 이용한 이미지 분석 또한 실시하였다. 흡수 시간 및 균열 폭이 증가하면 염화물 흡수량이 증가하는 것을 확인 하였다. 모든 균열 폭에서 1 시간 이내에 염화물이 철근 깊이까지 도달하였다. 또한 철근 계면을 통한 염화물 이동 가능성을 확인하였으며, 이는 철근 부식의 주요한 원인으로 작용할 수 있어 추가적인 실험을 통한 검증이 필요할 것으로 판단된다. Deterioration of reinforced concrete structure caused by chloride ingress is the main issue and regrading this, many studies have been investigated with both experiments and computational modelling. In addition to chloride diffusion, chloride sorption should be considered as a chloride transport mechanism in concrete structure and cracks formed in concrete structures are the main variable to evaluate the performance of the structures. In this study, after making two types of cracks width (0.1 and 0.3 mm) in reinforced concretes, chloride absorption tests were performed. Weight change and colour change using 0.1 AgNO<sub>3</sub> solution from the samples were performed to measure chloride ingress. Image processing was also carried out to quantify range of colour change in carck face. From the result, it were confirmed that the amount of chloride absorption increases with exposure time and increasing crack width, and chlorides reached at steel depth within 1 hour. It would be possible that chloride can move through interface bewteen steel and concrete, thereby further study regarding this is required.
김건수 ( Kim Kun-soo ),박기태 ( Park Ki-tae ),김재환 ( Kim Jaehwan ) 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.26 No.2
대표적인 도로시설인 교량은 도로 관리주체의 유지관리 주요 대상이며, 지속적인 성능확보를 위한 유지관리, 점검진단, 보수보강 행위가 이루어지고 있다. 교량의 대표적인 부재인 바닥판은 교량 전체 유지관리 예산에서 큰 비중을 차지하고 있으며, 주요 손상원인은 제설제 염화물의 콘크리트 침투현상이다. 기존 콘크리트 염화물 침투현상에 관한 연구는 주로 해양조건에 의한 영향을 고려하였고 주로 수압에 의한 염화물의 콘크리트 침투 또는 이온반응에 의한 염화물 확산에 대하여 집중되었다. 하지만 제설제 염화물의 콘크리트 침투현상은 주로 흡수현상에 지배되며, 콘크리트로 침투되는 염화물량은 제설제의 염화물 농도와 콘크리트 구성물질의 상태에 의해 결정된다. 본 연구에서는 이러한 현상을 실험적으로 분석하였다. 실제 공용중인 교량의 조건을 반영하기 위하여 제설제 침투에 영향을 미치는 환경조건으로 동해현상을 고려하였다.
김건수 ( Kim Kun-soo ),박기태 ( Park Ki-tae ),김재환 ( Kim Jaehwan ) 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.26 No.2
대표적인 도로시설인 교량은 도로 관리주체의 유지관리 주요 대상이며, 지속적인 성능확보를 위한 유지관리, 점검진단, 보수보강 행위가 이루어지고 있다. 교량의 대표적인 부재인 바닥판은 교량 전체 유지관리 예산에서 큰 비중을 차지하고 있으며, 주요 손상원인은 제설제 염화물의 콘크리트 침투현상이다. 기존 콘크리트 염화물 침투현상에 관한 연구는 주로 해양조건에 의한 영향을 고려하였고 주로 수압에 의한 염화물의 콘크리트 침투 또는 이온반응에 의한 염화물 확산에 대하여 집중되었다. 하지만 제설제 염화물의 콘크리트 침투현상은 주로 흡수현상에 지배되며, 콘크리트로 침투되는 염화물량은 제설제의 염화물 농도와 콘크리트 구성물질의 상태에 의해 결정된다. 본 연구에서는 이러한 현상을 실험적으로 분석하였다. 실제 공용중인 교량의 조건을 반영하기 위하여 제설제 침투에 영향을 미치는 환경조건으로 동해현상을 고려하였다.