최근 철근콘크리트 건축물의 노후화나 설계상의 오류, 리모델링, 증축 등 인위적인 요인과 지진 등과 같은 자연재해로 인하여 과도한 처짐, 부재의 강도저하 등의 문제가 제기되고 있다. 그래서 이러한 문제점을 보완하고 건축물의 안전을 유지하고자 보수·보강이 많이 이루어지고 있다.
철근콘크리트 건축물 보강의 경우 강판보강과 FRP(Fiber Reinforced Polymer)를 이용한 보강이 많이 이용되고 있는데 최근에는 강판의 중량과 시공의 제한성 등과 같은 문제점으로 인하여 시공성, 가공성, 경량성 등의 측면에서 장점을 지닌 FRP를 Epoxy 등으로 부착하여 보강하는 공법으로 대체되는 경향을 보이고 있다.
FRP를 이용한 보강시스템은 시공방법에 따라 표면부착공법과 표면매입 공법 등이 있다. 표면부착공법은 접착제인 Epoxy를 이용하여 FRP를 구조물의 인장부 표면에 부착하는 것으로 시공이 용이하나 FRP의 구속부족으로 인하여 부착파괴가 일어나 FRP보강재의 내력을 충분히 발휘하지 못하며 그 외에도 보강재의 노출로 인하여 문제점이 발생한다. 반면에 표면매입공법은 구조물의 인장부에 홈을 만들고 Epoxy를 충전 후 FRP를 매입하는 공법으로 부착면적 증가로 부착강도가 우수하고, FRP가 매입되어 외부 환경에 대한 문제점을 줄일 수 있으며, FRP부착면적에 대한 보강재의 내력을 충분히 사용 할 수 있는 장점이 있다. 그러나 FRP시스템은 재료의 특성상 ...
최근 철근콘크리트 건축물의 노후화나 설계상의 오류, 리모델링, 증축 등 인위적인 요인과 지진 등과 같은 자연재해로 인하여 과도한 처짐, 부재의 강도저하 등의 문제가 제기되고 있다. 그래서 이러한 문제점을 보완하고 건축물의 안전을 유지하고자 보수·보강이 많이 이루어지고 있다.
철근콘크리트 건축물 보강의 경우 강판보강과 FRP(Fiber Reinforced Polymer)를 이용한 보강이 많이 이용되고 있는데 최근에는 강판의 중량과 시공의 제한성 등과 같은 문제점으로 인하여 시공성, 가공성, 경량성 등의 측면에서 장점을 지닌 FRP를 Epoxy 등으로 부착하여 보강하는 공법으로 대체되는 경향을 보이고 있다.
FRP를 이용한 보강시스템은 시공방법에 따라 표면부착공법과 표면매입 공법 등이 있다. 표면부착공법은 접착제인 Epoxy를 이용하여 FRP를 구조물의 인장부 표면에 부착하는 것으로 시공이 용이하나 FRP의 구속부족으로 인하여 부착파괴가 일어나 FRP보강재의 내력을 충분히 발휘하지 못하며 그 외에도 보강재의 노출로 인하여 문제점이 발생한다. 반면에 표면매입공법은 구조물의 인장부에 홈을 만들고 Epoxy를 충전 후 FRP를 매입하는 공법으로 부착면적 증가로 부착강도가 우수하고, FRP가 매입되어 외부 환경에 대한 문제점을 줄일 수 있으며, FRP부착면적에 대한 보강재의 내력을 충분히 사용 할 수 있는 장점이 있다. 그러나 FRP시스템은 재료의 특성상 임계온도가 매우 낮기 때문에 보강된 구조물에 어느 이상의 온도가 가해지게 되면 부착 강도가 크게 저하되어 FRP에서 콘크리트로 내력을 전달할 수 없게 된다. 그래서 FRP보강시스템에서는 내화보강이 필요한 실정이다.
본 연구는 고온 환경에서 FRP표면매입공법으로 시공된 건축부재의 내화성능 개선에 관한 연구로서 실험적 연구를 통해 표면만 내화 보강한 실험체와 표면과 매입부를 내화보강한 실험체의 내화재에 따른 열저항성을 파악하고, 열전도 해석을 통해서는 내화재의 열특성을 유추하여 열저항에 대해 연구하고자 하였다.
실험적 연구에서는 부착성능이 우수한 FRP표면매입공법을 내화 보강하였다. 내화보강은 기존 강재의 내화재료로 사용된 내화 뿜칠과 내화보드의 내화성능인증을 바탕으로 표면과 매입부에 내화보강 후 전기 가열로를 이용하여 내화실험을 하였다. 실험결과 표면만 내화보강한 실험체에 비해 표면에 내화보드로 보강하고 표면 매입부에 내화몰탈로 내화보강한 실험체가 열저항성이 우수하게 나와 내화성능이 개선되었다. 비록 내화기준의 최소 대피시간인 1시간의 내화성능은 만족하지 못하였으나, 표면과 매입부를 내화 보강한 실험체가 우수하게 나와 고온에서의 FRP시스템의 내화성능 개선에서는 표면과 매입부를 내화보강하는 방식이 효과적으로 나타났으며 이에 대해서는 지속인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
해석적 연구에서는 실험결과를 바탕으로 내화보강된 FRP시스템의 열전달을 예측하고자 비선형 유한요소 해석 프로그램인 MIDAS FEA를 사용하였다. 해석적 연구를 통해 Calcium Silicate계 보드와 Alumino Silicate계 보드의 열적 특성을 유추하여 해석을 하였는데 Epoxy의 상태변화 및 내화재에 따른 Epoxy의 열전도성이 묘사될 수 있는 것으로 나타났다. 이로부터 이 해석방법은 요구되는 내화시간에 따른 내화재의 두께 등에 대한 설계자료 확보에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
최근 철근콘크리트 건축물의 노후화나 설계상의 오류, 리모델링, 증축 등 인위적인 요인과 지진 등과 같은 자연재해로 인하여 과도한 처짐, 부재의 강도저하 등의 문제가 제기되고 있다. 그래서 이러한 문제점을 보완하고 건축물의 안전을 유지하고자 보수·보강이 많이 이루어지고 있다.
철근콘크리트 건축물 보강의 경우 강판보강과 FRP(Fiber Reinforced Polymer)를 이용한 보강이 많이 이용되고 있는데 최근에는 강판의 중량과 시공의 제한성 등과 같은 문제점으로 인하여 시공성, 가공성, 경량성 등의 측면에서 장점을 지닌 FRP를 Epoxy 등으로 부착하여 보강하는 공법으로 대체되는 경향을 보이고 있다.
FRP를 이용한 보강시스템은 시공방법에 따라 표면부착공법과 표면매입 공법 등이 있다. 표면부착공법은 접착제인 Epoxy를 이용하여 FRP를 구조물의 인장부 표면에 부착하는 것으로 시공이 용이하나 FRP의 구속부족으로 인하여 부착파괴가 일어나 FRP보강재의 내력을 충분히 발휘하지 못하며 그 외에도 보강재의 노출로 인하여 문제점이 발생한다. 반면에 표면매입공법은 구조물의 인장부에 홈을 만들고 Epoxy를 충전 후 FRP를 매입하는 공법으로 부착면적 증가로 부착강도가 우수하고, FRP가 매입되어 외부 환경에 대한 문제점을 줄일 수 있으며, FRP부착면적에 대한 보강재의 내력을 충분히 사용 할 수 있는 장점이 있다. 그러나 FRP시스템은 재료의 특성상 임계온도가 매우 낮기 때문에 보강된 구조물에 어느 이상의 온도가 가해지게 되면 부착 강도가 크게 저하되어 FRP에서 콘크리트로 내력을 전달할 수 없게 된다. 그래서 FRP보강시스템에서는 내화보강이 필요한 실정이다.
본 연구는 고온 환경에서 FRP표면매입공법으로 시공된 건축부재의 내화성능 개선에 관한 연구로서 실험적 연구를 통해 표면만 내화 보강한 실험체와 표면과 매입부를 내화보강한 실험체의 내화재에 따른 열저항성을 파악하고, 열전도 해석을 통해서는 내화재의 열특성을 유추하여 열저항에 대해 연구하고자 하였다.
실험적 연구에서는 부착성능이 우수한 FRP표면매입공법을 내화 보강하였다. 내화보강은 기존 강재의 내화재료로 사용된 내화 뿜칠과 내화보드의 내화성능인증을 바탕으로 표면과 매입부에 내화보강 후 전기 가열로를 이용하여 내화실험을 하였다. 실험결과 표면만 내화보강한 실험체에 비해 표면에 내화보드로 보강하고 표면 매입부에 내화몰탈로 내화보강한 실험체가 열저항성이 우수하게 나와 내화성능이 개선되었다. 비록 내화기준의 최소 대피시간인 1시간의 내화성능은 만족하지 못하였으나, 표면과 매입부를 내화 보강한 실험체가 우수하게 나와 고온에서의 FRP시스템의 내화성능 개선에서는 표면과 매입부를 내화보강하는 방식이 효과적으로 나타났으며 이에 대해서는 지속인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
해석적 연구에서는 실험결과를 바탕으로 내화보강된 FRP시스템의 열전달을 예측하고자 비선형 유한요소 해석 프로그램인 MIDAS FEA를 사용하였다. 해석적 연구를 통해 Calcium Silicate계 보드와 Alumino Silicate계 보드의 열적 특성을 유추하여 해석을 하였는데 Epoxy의 상태변화 및 내화재에 따른 Epoxy의 열전도성이 묘사될 수 있는 것으로 나타났다. 이로부터 이 해석방법은 요구되는 내화시간에 따른 내화재의 두께 등에 대한 설계자료 확보에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
The problems of excessive deflection, strength lowering of member, and others were proposed recently due to artificial factors such as the aging of the reinforced concrete building, error in design, remodeling, extension work, and others and natural disasters such as earthquake and others. Therefore...
The problems of excessive deflection, strength lowering of member, and others were proposed recently due to artificial factors such as the aging of the reinforced concrete building, error in design, remodeling, extension work, and others and natural disasters such as earthquake and others. Therefore, considerable amount of repair and reinforcement is conducted to maintain the safety of building by supplementing such problems.
In regards to the reinforcement of reinforced concrete building, the steel sheet and FRP are mainly used for the reinforcement. Due to the problems such as the weight, limitation in construction, and others of steel sheet, there is a recent trend of substituting it with a construction method to use FRP with the advantages in constructability, manufacturability, light weight, and others by attaching it with epoxy and others.
As the reinforcement system using FRP, there are surface and near-surface mounted construction method and others based on the construction method. The surface mounted construction method is a method to mount FRP to tensile surface of structure by using the adhesive epoxy. Although it enables easy construction, the strength of FRP reinforcement materials is not sufficiently demonstrated as the bond failure is caused by the deficiency in confinement of FRP and problems also occur due to the exposure of reinforcement materials. On the other hand, near-surface mounted construction method is a method to bury FRP after making grooves on tensile section of the structure and filling in the epoxy. It has the advantage of outstanding bond strength with the increase in bonding area, decrease in the problems related to external environment, and sufficient demonstration in the strength of reinforcement materials towards FRP bond area. However, as critical temperature of materials used in FRP system are very low, the bond strength is dramatically lowered when the temperature of over certain degree is imposed to the reinforced structure and it becomes impossible to transfer the strength from FRP to concrete. Therefore, the reinforcement in fire resistance is necessary in FRP reinforcement system.
It is a study on the improvement in fire resistant performance of building member constructed with near-surface mounted construction method of FRP in high temperature environment and the purpose of this study is to grasp the heat resistance based on the fire resisting materials of specimen reinforced of fire resistance only on the surface and specimen reinforced of fire resistance both on the surface and mounted part through experimental research and examine the heat resistance by inferring thermal traits of fire resistant materials through heat conduction analysis.
In experimental research, the fire resistance was reinforced with near-surface mounted construction method outstanding in bond performance. In regards to the reinforcement in fire resistance, the fire resistance test was conducted with the use of electric heating furnace after the fire resistance reinforcement was conducted to the surface and mounted part based on the fire resistance performance certification of fire resistant spray coat and fire resistant board previously used as the fire resistant materials of structural steel. As a result of study, it was revealed that the specimen reinforced of fire resistance through fire resistant board on the surface and fire resistant mortar on near-surface mounted part presented outstanding heat resistance and thus the improvement in fire resistance performance compared to the specimen reinforced of fire resistance only on the surface. Although it did not satisfy the fire resistant performance at 1 hour which is the minimum evacuation time of fire resistant standard, the specimen reinforced of fire resistance both on the surface and mounted part presented outstanding fire resistance thus it was revealed that the method to reinforce the fire resistance of the surface and mounted part is an effective method to improve the fire resistant performance of FRP system at high temperature. It is considered that continuous studies should be conducted regarding it. In order to estimate the heat transference of fire resistance reinforced FRP system based on the experiment result, nonlinear finite element analysis program MIDAS FEA was used in analytical study. In regards to analytical study, the analysis was conducted by inferring thermal traits of calcium silicate board and alumino silicate board. As a result of the analysis, the change in state of epoxy and heat conduction of epoxy based on fire resistant materials were described. It is considered that above analysis method would be effectively utilized in securing the design data on the thickness of fire resistant materials based on demanded fire resistant time and others.
The problems of excessive deflection, strength lowering of member, and others were proposed recently due to artificial factors such as the aging of the reinforced concrete building, error in design, remodeling, extension work, and others and natural disasters such as earthquake and others. Therefore, considerable amount of repair and reinforcement is conducted to maintain the safety of building by supplementing such problems.
In regards to the reinforcement of reinforced concrete building, the steel sheet and FRP are mainly used for the reinforcement. Due to the problems such as the weight, limitation in construction, and others of steel sheet, there is a recent trend of substituting it with a construction method to use FRP with the advantages in constructability, manufacturability, light weight, and others by attaching it with epoxy and others.
As the reinforcement system using FRP, there are surface and near-surface mounted construction method and others based on the construction method. The surface mounted construction method is a method to mount FRP to tensile surface of structure by using the adhesive epoxy. Although it enables easy construction, the strength of FRP reinforcement materials is not sufficiently demonstrated as the bond failure is caused by the deficiency in confinement of FRP and problems also occur due to the exposure of reinforcement materials. On the other hand, near-surface mounted construction method is a method to bury FRP after making grooves on tensile section of the structure and filling in the epoxy. It has the advantage of outstanding bond strength with the increase in bonding area, decrease in the problems related to external environment, and sufficient demonstration in the strength of reinforcement materials towards FRP bond area. However, as critical temperature of materials used in FRP system are very low, the bond strength is dramatically lowered when the temperature of over certain degree is imposed to the reinforced structure and it becomes impossible to transfer the strength from FRP to concrete. Therefore, the reinforcement in fire resistance is necessary in FRP reinforcement system.
It is a study on the improvement in fire resistant performance of building member constructed with near-surface mounted construction method of FRP in high temperature environment and the purpose of this study is to grasp the heat resistance based on the fire resisting materials of specimen reinforced of fire resistance only on the surface and specimen reinforced of fire resistance both on the surface and mounted part through experimental research and examine the heat resistance by inferring thermal traits of fire resistant materials through heat conduction analysis.
In experimental research, the fire resistance was reinforced with near-surface mounted construction method outstanding in bond performance. In regards to the reinforcement in fire resistance, the fire resistance test was conducted with the use of electric heating furnace after the fire resistance reinforcement was conducted to the surface and mounted part based on the fire resistance performance certification of fire resistant spray coat and fire resistant board previously used as the fire resistant materials of structural steel. As a result of study, it was revealed that the specimen reinforced of fire resistance through fire resistant board on the surface and fire resistant mortar on near-surface mounted part presented outstanding heat resistance and thus the improvement in fire resistance performance compared to the specimen reinforced of fire resistance only on the surface. Although it did not satisfy the fire resistant performance at 1 hour which is the minimum evacuation time of fire resistant standard, the specimen reinforced of fire resistance both on the surface and mounted part presented outstanding fire resistance thus it was revealed that the method to reinforce the fire resistance of the surface and mounted part is an effective method to improve the fire resistant performance of FRP system at high temperature. It is considered that continuous studies should be conducted regarding it. In order to estimate the heat transference of fire resistance reinforced FRP system based on the experiment result, nonlinear finite element analysis program MIDAS FEA was used in analytical study. In regards to analytical study, the analysis was conducted by inferring thermal traits of calcium silicate board and alumino silicate board. As a result of the analysis, the change in state of epoxy and heat conduction of epoxy based on fire resistant materials were described. It is considered that above analysis method would be effectively utilized in securing the design data on the thickness of fire resistant materials based on demanded fire resistant time and others.
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