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조백순,이종한,최은수,Cho, Baiksoon,Lee, Jong-Han,Choi, Eunsoo 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.5
콘크리트 공시체의 압축강도와 연성성능을 향상시키기 위하여 FRP 와이어의 적용을 실험적으로 연구하였다. 와이어 보강겹수와 콘크리트 압축강도의 변화가 고려된 와이어 보강 공시체의 압축실험을 실시하였다. FRP 와이어 보강 공시체 압축실험에서 측정된 축방향변형률, 원주방향변형률, 체적변형률에 의한 와이어 내부 콘크리트의 손상상태를 분석하여 와이어 보강효과를 평가하였다. FRP 와이어 보강 공시체의 응력-변형률 선도는 두 개의 직선구간과 변환구간으로 구성된 것으로 측정되었으며, 균열이후구간에서 응력상승거동하였다. 와이어 보강 공시체의 균열강도와 최대강도는 와이어 보강겹수에 비례하여 증가하는 것으로 평가되었다. 와이어가 3겹 보강된 35 MPa 공시체의 최대강도는 무보강 공시체의 압축강도보다 286% 높게 측정되었다. FRP 와이어 보강 공시체의 내부 콘크리트 파괴형태는 i) 수직균열 또는 경사균열파괴; ii) 수평균열파괴로 구분되었다. 특히, 수평균열파괴는 와이어에 의한 구속약화로 인하여 갑자기 내부 콘크리트가 팽창하는 부분과 와이어가 아직 내부 콘크리트를 효과적으로 구속하는 부분의 전단효과로 발생하였으며, 수평균열은 공시체의 중앙부를 기준으로 여러 면으로 발생하였으며, 와이어에 의한 구속효과가 우수한 공시체에 발생하였다. FRP 와이어 보강 공시체 압축실험에서 와이어 최대파단변형률에 대한 인장파단변형률의 비가 55-90%로 측정되었으며, 평균 69.5%로 나타났다. 이는 일반 FRP 시트 보강 공시체 실험에서 측정된 시트 파단변형률보다 다소 높은 값으로 FRP 와이어 보강 공법의 우수성을 입증한다. The application of FRP wire as a mean of improving strength and ductility capacity of concrete cylinders under axial compressive load through confinement is investigated experimentally in this study. An experimental investigation involves axial compressive test of three confining amounts of FRP wire and three concrete compressive strengths. The effectiveness of FRP wire confinement on the concrete microstructure were examined by evaluating the internal concrete damage using axial, circumferential, and volumetric strains. The axial stress-strain relations of FRP wire confined concrete showed bilinear behavior with transition region. It showed strain-hardening behavior in the post-cracking region. The load carrying capacity was linearly increased with increasing of the amount of FRP wire. The ultimate strength of the 35 MPa specimen confined with 3 layer of FRP wire was increased by 286% compared to control one. When the concrete were effectively confined with FRP wire, horizontal cracks were formed by shearing. It was developed from sudden expansion of the concrete due to confinement ruptures at one side while the FRP wire was still working in hindering expansion of concrete at the other side of the crack. The FRP wire failure strains obtained from FRP wire confined concrete tests were 55~90%, average 69.5%, of the FRP wire ultimate uniaxial tensile strain. It was as high as any other FRP confined method. The magnitude of FRP wire failure strain was related to the FRP wire effectiveness.
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폴리프로필렌 및 강섬유 보강콘크리트의 휨 성능에 관한 비교 연구
조백순,이종한,백성용,Cho, Baiksoon,Lee, Jong-Han,Back, Sung Yong 대한토목학회 2014 대한토목학회논문집 Vol.34 No.6
섬유를 콘크리트의 보강재로 소량 혼입한 섬유 보강 콘크리트는 콘크리트의 인장저항 능력과 연성능력을 향상시킬 수 있다. 최근에는 강섬유의 적용성이 확대됨에 따라 강섬유 길이의 연장을 통해 보강의 효과를 증대시키고 있다. 섬유의 길이 연장은 동일한 시공성과 품질성을 위해 섬유 혼입률을 동시에 감소시킬 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 35mm, 60mm 길이의 강섬유와 화학적인 안정성과 내구성, 경제성 등이 우수한 보강 재료로 평가되어지고 있는 폴리프로필렌 섬유에 대해 섬유혼입률 1.0% 이하에서의 휨 성능을 평가하였다. 강섬유 혼입률이 0.25% 이상, 폴리프로필렌 섬유는 혼입률 0.5% 이상에서 균열강도 도달 후 취성 파괴되는 무보강보의 파괴거동을 개선하는 효과가 나타났다. 다만, 폴리프로필렌 섬유가 혼입된 보강 콘크리트는 균열 이후 deflection-softening 거동을 보였다. 그러나, 0.5%이상의 폴리프로필렌이 혼입된 보강보는 균열 이후 최대강도가 균열강도의 약 60~80%정도 강도회복을 보였으며, 강섬유에 비해 균열 이후 응력감소현상을 지연시키는 경향이 뛰어난 것으로 판단된다. 결론적으로 폴리프로필렌 보강콘크리트는 0.75% 혼입률 이상에서는 충분히 만족할 만한 구조적 휨 성능 향상을 보일 수 있을 것으로 판단된다. 특히, 폴리프로필렌 1.0% 보강 콘크리트의 에너지 흡수 성능은 0.5%, 0.75%가 혼입된 강섬유 보강 콘크리트의 에너지 흡수성능과 거의 비슷한 것으로 평가되었다. Short discrete fibers compounded with concrete can enhance the tensile resistance and ductility of concrete. Recently, the effectiveness of the reinforcement has increased according to the increasing length of steel fiber. However, the lengthening of steel fiber requires reducing the ratio of the fiber content to remain the workability and quality of concrete. Thus, the present study evaluated the flexural performance of fiber reinforced concrete with less than l.0% fiber volume ratios of steel fiber, 30mm and 60mm long, and polypropylene fiber, being evaluated as a good reinforcing material with chemical stability, long-term durability, and cost effectiveness. Concrete with more than 0.25% steel and 0.5% polypropylene fibers improved the brittle failure of concrete after reaching cracking strength. Concrete reinforced with polypropylene exhibited deflection-softening behavior, but that with more than 0.5% polypropylene delayed stress reduction and recovered flexural strength by 60 to 80% after cracking strength. In conclusion, concrete reinforced with more than 0.75% polypropylene could improve structural flexural performance. In particular, energy absorption capacity of reinforced concrete with 1.0% polypropylene fiber was similar to that with 0.5% and 0.7% steel fibers.
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조백순,김성도,백성용,최은수,최용주,Cho, Baik-Soon,Kim, Seong-Do,Back, Sung-Yong,Choi, Eun-Soo,Choi, Yong-Ju 한국전산구조공학회 2010 한국전산구조공학회논문집 Vol.23 No.3
FRP 보강단면의 공칭휨모멘트 산정에 강도설계법의 적용 타당성을 검토하기 위하여 5종류의 콘크리트 압축응력-변형률 모델을 적용하였으며, 컴퓨터 프로그램 언어를 이용하여 보강단면 휨해석을 실시하였다. 그 결과 보강단면의 휨해석에 콘크리트 압축응력-변형률 모델은 거의 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 콘크리트 압축변형률이 0.003일 때, 휨해석으로 산정된 보강단면의 휨모멘트와 강도설계법으로 산정된 공칭휨모멘트는 거의 일치하는 것으로 나타났다. 그러나 보강단면의 인장철근비, FRP비, FRP 파단변형률, 콘크리트 압축변형률 등이 상대적으로 낮을수록, 강도설계법은 보강단면의 휨성능을 과대평가하는 것으로 해석결과에 나타났다. Five concrete compressive stress-strain models have been analyzed to check the validity of the strength method for determining the nominal moment of strengthened members using commercially available computer language. The results show that the concrete stress-strain models do not influence on the flexural analysis. The moment of a strengthened member obtained from the flexural analysis at concrete compressive strain reaching 0.003 is well agreed with nominal moment using the strength method. The flexural analysis results show that when the steel reinforcement, FRP ratio, FRP failure strain, and concrete failure compressive strain are relatively lower, the strength method overestimates the flexural capacity of the strengthened members.
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섬유-강판 복합플레이트로 보강된 RC 보의 휨 거동에 관한 연구
조백순,김성도,Cho, Baik-Soon,Kim, Seong-Do 한국전산구조공학회 2008 한국전산구조공학회논문집 Vol.21 No.5
철근콘크리트 보에 대한 섬유-강판 복합플레이트의 보강효과를 연구하였다. 합계 12개 철근콘크리트 보 중, 7개는 탄소 섬유-강판 복합플레이트(CSP)로 보강되었으며, 4개는 유리섬유-강판 복합플레이트(GSP)로 보강되었고, 나머지 1개는 비교를 목적으로 보강되지 않았다. 보강보 실험결과, 새로 개발된 섬유-강판 복합플레이트 보강시스템은 보강재의 조기탈락을 제어하여 연성파괴를 유도하는 것으로 나타났다. 본 연구에 사용된 CSP 보강보의 연성지수는 $3.01\sim3.81$, GSP 보강보의 연성지수는 $3.55\sim4.95$로 측정되었다. ESP 보강보 및 GSP 보강보의 최대하중은 보강하지 않은 기준보에 비해 각각 115%, 107% 향상된 것으로 측정되었다. 또한, 보강보 실험과 해석 결과들은 잘 일치하는 것으로 나타났다. The effectiveness of a new fiber-steel composite plate designed specifically to be used for strengthening of reinforced concrete members has been investigated. Twelve reinforced concrete beams were tested. Seven of the beams were strengthened with carbon fiber-steel composite plate(CSP), four of the beams were strengthened with glass fiber-steel composite plate(GSP), and one beam was used as a control specimen. The experimental results showed that new strengthening system controls the premature debonding and provides a more ductile failure mode than other conventional strengthening systems. The observed ductility ratios were $3.01\sim3.81$ and $3.55\sim4.95$ for strengthened beam with CSP and GSP, respectively. The maximum load was increased by 115% and 107% for strengthened beam with CSP and GSP, respectively, comparing with control beam. In addition, experimental and analytical results were well agreed.
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섬유-강판 복합플레이트로 보강된 콘크리트 압축부재의 압축성능
조백순(Cho Baik-Soon),최은수(Choi Eunsoo),정영수(Chung Young-Soo),김연욱(Kim Yeon-Wook) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 A Vol.31 No.4A
콘크리트 공시체의 압축강도와 연성성능을 향상시키기 위하여 섬유-강판 복합플레이트 fiber-sheet and steel-plate composite plate(FSP))의 적용을 실험적으로 연구하였다. FSP 보강재료, 앵커볼트 설치방법, 콘크리트 압축강도 등이 고려된 FSP 보강 콘크리트 공시체의 압축실험을 실시하였다. FSP 보강 콘크리트 공시체의 압축실험결과, FSP는 콘크리트 공시체의 압축강도와 변형저항성능을 크게 향상시켰다. FSP 보강 콘크리트 공시체의 압축성능은 FSP 보강재 종류, 앵커볼트 사용방법, 콘크리트 압축강도에 영향을 받는 것으로 나타났다. 앵커볼트를 사용한 FSP 보강 콘크리트 공시체 실험에서 측정된 FSP의 파단변형률은 FRP 보강 콘크리트 압축부재 실험에서 측정된 FRP 파단변형률보다 크게 측정되었다. FSP 파단변형률의 크기는 FSP의 보강효과에 영향을 미친다. FSP 보강 콘크리트 공시체 압축실험에서 측정된 축방향변형률, 원주방향변형률, 체적변형률에 의한 FSP 내부 콘크리트의 손상상태를 분석하여 FSP 보강효과를 평가하였다. 연구결과, FSP 보강공법은 콘크리트 압축부재의 보강방법으로 실용적 기법이라 판단된다. The application of newly developed fiber-sheet and steel-plate composite plate (FSP) as a means of improving strength and ductility capacity of concrete cylinders under axial compression load through confinement is investigated experimentally in this study. An experimental investigation involves axial load tests of two types of FSP strengthening material, two anchoring methods, and three concrete strengths. The FSP-confined cylinder tests showed that FSP provided a substantial gain in compressive strength and deformability. The performance of FRP-confined cylinders was influenced by type of the FSP strengthening material, the anchoring method, and concrete compressive strength. The FSP failure strains obtained from FSP-confined cylinder tests were higher than those from FRP-confined cylinder tests. The magnitude of FSP failure strain was related to the FSP composite effectiveness. The effects of FSP confinement on the concrete microstructure were examined by evaluating the internal concrete damage using axial, radial, and volumetric strains. From the observations obtained in this investigation, it is believed that FSP is one of the best solutions for the confinement of concrete compressive members.
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