최근 우리사회는 탄소배출량 저감 등 녹색 성장을 위해 노후 된 구조물의 보수, 보강에 관한 관심이 높아져 있다. 기존의 철근, PC강재, 강판 등을 사용한 보강방법은 자중의 증가와 부식 및 내구성의 문제점을 야기할 수 있는 반면, FRP 섬유를 이용한 보강 방법은 기존 보강 방법의 문제점을 해결하는 동시에 간편하게 시공할 수 있어 1990년대 초반부터 활발히 연구되어 왔다. 하지만 FRP섬유 보강 방법은 FRP섬유가 탄성-선형거동을 하여 보강된 구조물이 ...
최근 우리사회는 탄소배출량 저감 등 녹색 성장을 위해 노후 된 구조물의 보수, 보강에 관한 관심이 높아져 있다. 기존의 철근, PC강재, 강판 등을 사용한 보강방법은 자중의 증가와 부식 및 내구성의 문제점을 야기할 수 있는 반면, FRP 섬유를 이용한 보강 방법은 기존 보강 방법의 문제점을 해결하는 동시에 간편하게 시공할 수 있어 1990년대 초반부터 활발히 연구되어 왔다. 하지만 FRP섬유 보강 방법은 FRP섬유가 탄성-선형거동을 하여 보강된 구조물이 취성파괴를 일으키는 단점을 가지고 있다. 따라서 이러한 FRP섬유의 취성 파괴 특성을 보완하고자 서로 다른 성질을 갖는 하나 이상의 섬유를 조합하여 각각의 장점을 활용하고자 하는 연구로 탄소, 유리, 아라미드 섬유 등 FRP섬유 제조 시 두 가지 이상의 섬유를 사용하여 제조하는 하이브리드(hybrid)FRP시트에 관한 연구가 수행되어 왔다. 이러한 하이브리드 FRP섬유로 보강된 콘크리트의 거동은 하이브리드 시트가 인장을 받는 경우에는 강성이 높은 섬유가 일정한 변형률에서 먼저 파단하고, 이후에 두 번째 섬유가 인장에 저항하여 높은 연성을 확보하고자 하는 개념이다. 하이브리드 FPR시트로 보강된 철근콘크리트 보는 보강재의 파괴 시 큰 변형으로 인해서 상당한 처짐을 보여주며, 강성이 높고 극한 변형률이 작은 섬유가 먼저 파단 시 큰 소음으로 구조물의 붕괴상태에 근접했다는 경고를 주는 효과를 얻을 수 있다. 따라서 본 연구에서는 고강도 탄소섬유 및 유리섬유를 혼합하여 제작된 하이브리드FRP섬유로 보강한 철근 콘크리트 보의 보강 성능을 평가하기 위하여 보강 유무와 보강량, 보강형태 및 부착공법에 따라 10개의 실험체를 계획, 제작 하였고 실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 1) 실험체 파괴모드 휨 실험체의 경우, 하이브리드 FRP 패널로 보강된 대부분의 실험체가 Rip-off 파괴로 최종파괴 되었으며, 시트로 보강된 실험체는 보강재가 박리되는 Debonding 파괴와 압축 파괴 (Compressive)과 동시에 진행되며 파괴되었다. 전단실험체의 경우, 여러개의 패널을 사용하여 가로 혹은 세로로 압착 보강된 RSCGP-300-2, RSCGP-300-3 실험체는 콘크리트 압축연단이 파괴되는 양상을 나타냈었다. 하지만 하나의 패널로 주입 보강한 RSCGP-300-1 실험체는 보강재가 콘크리트를 물고 떨어지는 Rip-off 파괴양상을 보여주었다. 2)최대내력 평가 실험결과 휨 실험체는 패널로 보강된 실험체들이 Rip-off 파괴모드를 보이며 기준 실험체 대비 15~16%의 내력 증가를 보인 반면, 시트를 하부 및 단부에 U형으로 보강한 실험체가 기준 실험체보다 내력이 최대 52% 높게 나타났다. 이는 단부에 U형으로 보강한 시트가 하부 휨 보강 시트의 박락을 구속해 준다는 의미로 기존연구에서도 제시된 바와 같이 보강재의 Debonding 파괴나 Rip-off 파괴를 방지하기 위해서는 단부의 적절한 구속이 필요하다는 의미이다. 전단실험체의 경우, RSCGP-300-1 실험체가 기준 실험체보다 최대내력이 124%로 높은 최대 내력을 나타내었으나 최대 내력이후 Rip-off 파괴 양상을 보이며 급격히 내력이 떨어지는 취성적인 파괴양상을 보여 주었다. RSCGP-300-2, RSCGP-300-3 실험체의 경우 기준 실험체 대비 각각 22%, 29%의 높은 내력을 보여주었고, 최대 내력 이후에도 매우 연성적인 거동을 보여주면서 최종적으로 실험체가 압축파괴 되었다. 이는 하이브리드 FRP 패널이 전단 균열에 효과적으로 기여하는 것으로 판단된다. 3) 부착공법에 따른 영향평가 휨 실험체의 경우 부착방법을 달리한 RBCGP-300-1(압착보강), RBCGP-300-2(주입보강) 실험체 모두 최대내력은 97.0kN으로 동일하게 나타내었고, 변위연성비를 평가한 결과 0.23, 0.20으로 근소한 차이를 보였다. 하지만 보강재의 1차 파단 후 내력은 압착공법을 사용한 RBCGP-300-2 실험체가 조금 더 높은 것으로 나타났으나 이는 RBCGP-300-2 실험체가RBCGP-300-1 실험체에 비해 보강재의 양이 1.5배 많았기 때문으로 판단된다. 추후 보강 량을 동일하게 한 경우에 대해 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다. 전단실험체의 경우, 주입보강을 한 RSCGP-300-1 실험체는 기준 실험체 대비 2배가 넘는 내력을 보였지만 Rip-off 파괴 후 취성적 양상을 나타내었고, 압착보강을 한 RSCGP-300-2, RSCGP-300-3 실험체는 RSCGP-300-1실험체에 비하여 낮은 내력을 보여주었지만 최대내력 이후 연성적인 거동을 보이다 최종적으로 실험체가 압축파괴 되는 양상을 나타내었다. 그 결과 구조물과 하이브리드 FRP 패널의 부착공법은 주입보강 보다는 압착보강이 보강 효과적인 것으로 판단된다. 4) 보강 량에 따른 영향평가 실험결과 보강 량이 1.5배 많은 RBCGS-200-2 실험체가 RBCGS-200-1 실험체보다 최대내력에서는 5% 높은 것으로 나타났지만, 변위연성비는 30% 적은 것으로 나타났다. 하부 3겹의 시트로 보강한 RBCGS-200-2실험체의 경우 첫 번째 보강재의 파단이후 비교적 빠른 Debonding 파괴 양상을 보여주었다. 이는 하이브리드FRP 시트의 구조물 보강 성능은 보강량 보다는 부착성능이 더 크게 지배되는 것으로 판단된다. 5) 보강형태에 따른 영향평가 실험결과 최대내력 면에서 하나의 패널로 보강된 RSCGP-300-1 실
최근 우리사회는 탄소배출량 저감 등 녹색 성장을 위해 노후 된 구조물의 보수, 보강에 관한 관심이 높아져 있다. 기존의 철근, PC강재, 강판 등을 사용한 보강방법은 자중의 증가와 부식 및 내구성의 문제점을 야기할 수 있는 반면, FRP 섬유를 이용한 보강 방법은 기존 보강 방법의 문제점을 해결하는 동시에 간편하게 시공할 수 있어 1990년대 초반부터 활발히 연구되어 왔다. 하지만 FRP섬유 보강 방법은 FRP섬유가 탄성-선형거동을 하여 보강된 구조물이 취성파괴를 일으키는 단점을 가지고 있다. 따라서 이러한 FRP섬유의 취성 파괴 특성을 보완하고자 서로 다른 성질을 갖는 하나 이상의 섬유를 조합하여 각각의 장점을 활용하고자 하는 연구로 탄소, 유리, 아라미드 섬유 등 FRP섬유 제조 시 두 가지 이상의 섬유를 사용하여 제조하는 하이브리드(hybrid)FRP시트에 관한 연구가 수행되어 왔다. 이러한 하이브리드 FRP섬유로 보강된 콘크리트의 거동은 하이브리드 시트가 인장을 받는 경우에는 강성이 높은 섬유가 일정한 변형률에서 먼저 파단하고, 이후에 두 번째 섬유가 인장에 저항하여 높은 연성을 확보하고자 하는 개념이다. 하이브리드 FPR시트로 보강된 철근콘크리트 보는 보강재의 파괴 시 큰 변형으로 인해서 상당한 처짐을 보여주며, 강성이 높고 극한 변형률이 작은 섬유가 먼저 파단 시 큰 소음으로 구조물의 붕괴상태에 근접했다는 경고를 주는 효과를 얻을 수 있다. 따라서 본 연구에서는 고강도 탄소섬유 및 유리섬유를 혼합하여 제작된 하이브리드FRP섬유로 보강한 철근 콘크리트 보의 보강 성능을 평가하기 위하여 보강 유무와 보강량, 보강형태 및 부착공법에 따라 10개의 실험체를 계획, 제작 하였고 실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 1) 실험체 파괴모드 휨 실험체의 경우, 하이브리드 FRP 패널로 보강된 대부분의 실험체가 Rip-off 파괴로 최종파괴 되었으며, 시트로 보강된 실험체는 보강재가 박리되는 Debonding 파괴와 압축 파괴 (Compressive)과 동시에 진행되며 파괴되었다. 전단실험체의 경우, 여러개의 패널을 사용하여 가로 혹은 세로로 압착 보강된 RSCGP-300-2, RSCGP-300-3 실험체는 콘크리트 압축연단이 파괴되는 양상을 나타냈었다. 하지만 하나의 패널로 주입 보강한 RSCGP-300-1 실험체는 보강재가 콘크리트를 물고 떨어지는 Rip-off 파괴양상을 보여주었다. 2)최대내력 평가 실험결과 휨 실험체는 패널로 보강된 실험체들이 Rip-off 파괴모드를 보이며 기준 실험체 대비 15~16%의 내력 증가를 보인 반면, 시트를 하부 및 단부에 U형으로 보강한 실험체가 기준 실험체보다 내력이 최대 52% 높게 나타났다. 이는 단부에 U형으로 보강한 시트가 하부 휨 보강 시트의 박락을 구속해 준다는 의미로 기존연구에서도 제시된 바와 같이 보강재의 Debonding 파괴나 Rip-off 파괴를 방지하기 위해서는 단부의 적절한 구속이 필요하다는 의미이다. 전단실험체의 경우, RSCGP-300-1 실험체가 기준 실험체보다 최대내력이 124%로 높은 최대 내력을 나타내었으나 최대 내력이후 Rip-off 파괴 양상을 보이며 급격히 내력이 떨어지는 취성적인 파괴양상을 보여 주었다. RSCGP-300-2, RSCGP-300-3 실험체의 경우 기준 실험체 대비 각각 22%, 29%의 높은 내력을 보여주었고, 최대 내력 이후에도 매우 연성적인 거동을 보여주면서 최종적으로 실험체가 압축파괴 되었다. 이는 하이브리드 FRP 패널이 전단 균열에 효과적으로 기여하는 것으로 판단된다. 3) 부착공법에 따른 영향평가 휨 실험체의 경우 부착방법을 달리한 RBCGP-300-1(압착보강), RBCGP-300-2(주입보강) 실험체 모두 최대내력은 97.0kN으로 동일하게 나타내었고, 변위연성비를 평가한 결과 0.23, 0.20으로 근소한 차이를 보였다. 하지만 보강재의 1차 파단 후 내력은 압착공법을 사용한 RBCGP-300-2 실험체가 조금 더 높은 것으로 나타났으나 이는 RBCGP-300-2 실험체가RBCGP-300-1 실험체에 비해 보강재의 양이 1.5배 많았기 때문으로 판단된다. 추후 보강 량을 동일하게 한 경우에 대해 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다. 전단실험체의 경우, 주입보강을 한 RSCGP-300-1 실험체는 기준 실험체 대비 2배가 넘는 내력을 보였지만 Rip-off 파괴 후 취성적 양상을 나타내었고, 압착보강을 한 RSCGP-300-2, RSCGP-300-3 실험체는 RSCGP-300-1실험체에 비하여 낮은 내력을 보여주었지만 최대내력 이후 연성적인 거동을 보이다 최종적으로 실험체가 압축파괴 되는 양상을 나타내었다. 그 결과 구조물과 하이브리드 FRP 패널의 부착공법은 주입보강 보다는 압착보강이 보강 효과적인 것으로 판단된다. 4) 보강 량에 따른 영향평가 실험결과 보강 량이 1.5배 많은 RBCGS-200-2 실험체가 RBCGS-200-1 실험체보다 최대내력에서는 5% 높은 것으로 나타났지만, 변위연성비는 30% 적은 것으로 나타났다. 하부 3겹의 시트로 보강한 RBCGS-200-2실험체의 경우 첫 번째 보강재의 파단이후 비교적 빠른 Debonding 파괴 양상을 보여주었다. 이는 하이브리드FRP 시트의 구조물 보강 성능은 보강량 보다는 부착성능이 더 크게 지배되는 것으로 판단된다. 5) 보강형태에 따른 영향평가 실험결과 최대내력 면에서 하나의 패널로 보강된 RSCGP-300-1 실
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