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문제 정의
- 본 연구에서는 10, 000시간에서 크리프 변형률값이 10%에 근접한 부가하중을 결정하기 위하여 GRI Test Method GS-10의 시험방법에 따라 단기 속성 크리프 시험을 실시하였다. 시험을 위해서 본 연구에서는 항온 챔버(chamber)를 제작하여 온도를 조절할 수 있는 온도조절장치를 부착하여 온도를 컨트롤하면서 시험을 수행하였다.
- 본 연구에서는 섬유보강재의 크리프 특성평가에 대한 데이터의 빈약과 설계인자 적용의 합리성과 신뢰성 을 확보하기 위해 국내 보강토옹벽공법에 적용되는 띠형 섬유보강재의 크리프 특성을 평가하였으며 적용되는 설계인자로서 크리프 감소계수를 도출하였다.
제안 방법
- 따라서 본 연구에서도 각각의 띠형 섬유보강재의 시료 채취 시 한 가닥의 strand 만을 채취하여 크리프 시험을 실시하였다. 그러므로, 각각의 샘플링 조건에서 기인 되는 최종 크리프 변형률값의 편차의 정도를 평가하기 위하여 표 4와 같은 샘플링 조건을 설정하여 부가하중 60%에서 추가 실험을 실시하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 각각의 띠형 섬유보강재에 대하여 50%, 60%에 대한 장기 크리프 시험을 1,000시간 동안 실시한 후 1Q000시간까지 외삽하여 10, 000시간에 서의 크리프 거동을 평가하였다. 그리고, 높이 2m, 길이 2m, 폭 0.8m의 강재 프레임에 4개의 시료를 동시에 시험할 수 있는 크리프 시험장비를 이용하여 크리프 시험을 수행하였으며, 시료 중심부에 LVDT를 부착하여 시 간경과에 따른 인장변형을 자동으로 측정하였다. 그림 8에 장기크리프 시험장치를 나타내었다.
- 따라서 본 연구에서도 각각의 띠형 섬유보강재의 시료 채취 시 한 가닥의 strand 만을 채취하여 크리프 시험을 실시하였다. 그러므로, 각각의 샘플링 조건에서 기인 되는 최종 크리프 변형률값의 편차의 정도를 평가하기 위하여 표 4와 같은 샘플링 조건을 설정하여 부가하중 60%에서 추가 실험을 실시하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 각각의 띠형 섬유보강재에 대하여 50%, 60%에 대한 장기 크리프 시험을 1,000시간 동안 실시한 후 1Q000시간까지 외삽하여 10, 000시간에 서의 크리프 거동을 평가하였다. 그리고, 높이 2m, 길이 2m, 폭 0.
- 띠형 섬유보강재를 대상으로 공학적 특성인 인장특 성, 크리프 특성 등을 시험, 평가하고, 크리프에 의한 감소 계수를 산정한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 보강기술(주)에서 생산하고 있는 띠형 섬유보강재를 사용하였으며, 생산과정중에서 일정 로트를 취하여, 동일 로트에서 나온 시료에 대해 인장시험과 크리프 평가 등을 실시하였다. 표 1에 본 연구에서 사용된 섬유보강재의 일반적인 특성을, 그림 6에 두 가지 띠형 섬유보강 재를 각각 나타내었다.
- 본 연구에서는 각각의 띠형 섬유보강재에 대하여 ASTM D 5262를 바탕으로 각각의 최대인장강도의 50, 60%의 부가인장하중에서 1,000시간동안 크리프 시험을 실시한 후 크리프 변형률 결과를 10, 000시간까지 외삽 하였다.
- 본 연구에서는 10, 000시간에서 크리프 변형률값이 10%에 근접한 부가하중을 결정하기 위하여 GRI Test Method GS-10의 시험방법에 따라 단기 속성 크리프 시험을 실시하였다. 시험을 위해서 본 연구에서는 항온 챔버(chamber)를 제작하여 온도를 조절할 수 있는 온도조절장치를 부착하여 온도를 컨트롤하면서 시험을 수행하였다. GRI GS-10 방법에 따르면 폴리에스터의 경우는 기준온도가 26笆 이며, 온도 구배는 14℃로 각각의 온도 구간의 시험시간이 10, 000초로 규정되어지고 있다.
- 인장부재가 폴리에스테르 고강력사인 띠형 섬유보강 재의 경우도, 폴리에스터 고강력사로 제조된 지오그리 드와 같은 형태의 크리프 거동을 보이며 같은 시험방법을 따르고 있으므로, GRI Test Method GG-4를 이용하여 크리프에 의한 감소계수를 산출하였다.
- 전체적인 진행과정은 단계적으로 온도를 증가시켜 일정시간 크리프 변형을 측정한 후 이 값을 이용하여 합성 곡선을 얻는 방법으로 총 5단계로 각각의 단계에서 10, 000초의 시험시간을 설정하여 수행하며 최초 26℃ 에서 각각의 단계에서 14℃씩 승온시킨다. 실시간 실험으로 얻은 데이터를 각 온도 단계별로 나타난 실시간 축으로 표현한 후 다시 이동인자를 이용하여 합성곡선을 산출 해 낸다(Thorton & Parague, 1999).
- 이 시험은 ASTM D5262(standard test method for evaluating the unconfined tension creep behavior of geosynthetics) 에 규격화되어 있다. 표준시험방법은 크 리프 시험기에 고정되어 있는 상부 클램프와 하중재하 장치가 붙어있는 하부 클램프 사이에 띠형 섬유보강재 시료를 파지하고, 시료 중심부에 인장변형 측정장치를 설치한 후 흐}중을 재하하여 시간경과에 따른 인장변형 을 측정한다. 크리프 특성평가를 위한 재하하중으로는 띠형 섬유보강재의 최대인장강도에 대한 20%, 30%, 40%, 60%의 하중을 추천하고 있으며, 인장변형 측정은자동계측 시스템을 사용하여 10, 000시간(약 1년 3월)까 지 하는 것을 추천하고 있다.
- 시험방법은 변형제어식 인장시험기의 상 . 하에 장착 된 클램프(clamp)사이의 거리를 100±3mm로 조절한 후 90mm 폭의 띠형 섬유보강재를 장착하고 시험기를 가동, 시료의 파단이 발생하는 시기까지 10±3%/min의 속도로 인장을 하여 인장변형에 따른 인장하중을 측정한다. 그림 7에 인장특성시험 장치를 나타내었다.
이론/모형
- 샘플링 위치와 조건에 따른 크리프 변형률 값의 편차 값에 대한 시험결과를 그림 20~23에 나타내었다. 각각의 띠형 섬유보강재에 대하여 재하하중을 최대인장강도의 60%로 설정하고 SIM법에 의해서 시험을 수행하였다. 시험결과 각각의 띠형 섬유보강재 모두 샘플링 위치에 따른 크리프 변형률 결과 값의 편차는 오차범위 안에 포함됨을 확인할 수 있으며 이로부터 샘플링 위치에 따른 편차는 없는 것으로 판단되어진다.
성능/효과
- (1) 띠형 섬유보강재의 최대인장강도에서의 인장변형률 은 12-13% 범위로, 양호한 인장특성을 보여주고 있다.
- (2) 시간-온도 중첩의 원리를 바탕으로 한 SIM법에 의한 크리프 시험 결과로부터 장기간 후의 크리프특성을 예측해 보면, 띠형 섬유보강재는 최대인장강도의 60% 하중에 대하여도 장기적으로 10% 크리프 변형률을 벗어나지 않는 매우 우수한 크리프 특성을 보여주고 있다.
- (3) 크리프특성에 의한 띠형 섬유보강재의 크리프 감소 계수는 50kN/전폭과 100kN/전폭 제품의 경우에 모두 1.67로서 상당히 우수한 공학적 특성을 나타내는 것으로 평가되었다.
- 77%로 띠형 섬유보강재의 최대인장강도에 서의 변형률값과 거의 유사하였다. 100kN/전폭의 경우 도 50kN/전폭의 경우와 거의 유사한 크리프 변형경향을 보이고 있으며, 역시 재하하중이 70% 이상일 때 10, 000시간에서의 크리프 변형률이 10%를 초과하는 것을 관찰할 수 있었으며, 80% 이상일 때는 시험도중 시료가 파단되었다. 따라서, 50kN/전폭과 100kN/전폭의경우 10, 000시간에서 크리프변형률 10%이하값을 만족 하는 재하하중은 모두 최대인장강도의 60%임을 확인할 수 있었다.
- 100kN/전폭의 경우 도 50kN/전폭의 경우와 거의 유사한 크리프 변형경향을 보이고 있으며, 역시 재하하중이 70% 이상일 때 10, 000시간에서의 크리프 변형률이 10%를 초과하는 것을 관찰할 수 있었으며, 80% 이상일 때는 시험도중 시료가 파단되었다. 따라서, 50kN/전폭과 100kN/전폭의경우 10, 000시간에서 크리프변형률 10%이하값을 만족 하는 재하하중은 모두 최대인장강도의 60%임을 확인할 수 있었다.
- 또한 50kN/전폭의 경우 재하하중이 20%에서 점차로 증가함에 따라 하중에 따른 초기의 변형률값도 점차로 증가하며 재하하중이 70%를 넘어서면 10, 000시 간이후의 크리프변형률값이 10%를 초과하는 것을 알 수 있다. 재하하중이 80%이상일 경우에는 시험도중 시료가 파단되는 결과가 나타났으며 파단 시 크리프 변형률은 12.
- 시험결과 각각의 띠형 섬유보강재 모두 샘플링 위치에 따른 크리프 변형률 결과 값의 편차는 오차범위 안에 포함됨을 확인할 수 있으며 이로부터 샘플링 위치에 따른 편차는 없는 것으로 판단되어진다. 또한, strand 개수에 따른 크리프 시험결과 역시 편차가 거의 없는 것이 확인되었다. 이로부터, 여러 가닥의 strand로 구성된 띠 형 섬유보강재의 크리프 시험에 있어서 시료의 편차는 거의 없다고 판단되어진다.
- 각각의 띠형 섬유보강재에 대하여 재하하중을 최대인장강도의 60%로 설정하고 SIM법에 의해서 시험을 수행하였다. 시험결과 각각의 띠형 섬유보강재 모두 샘플링 위치에 따른 크리프 변형률 결과 값의 편차는 오차범위 안에 포함됨을 확인할 수 있으며 이로부터 샘플링 위치에 따른 편차는 없는 것으로 판단되어진다. 또한, strand 개수에 따른 크리프 시험결과 역시 편차가 거의 없는 것이 확인되었다.
- 그림 10과 11에 각각의 띠형 섬유보강재의 장기 크리프 특성을 나타내고 있다. 여기서 알 수 있듯이 최대인장 강도의 60% 하중에서도 시간에 따른 크리프 인장변형률 이 완만하게 증가하며 10% 미만의 변형에 수렴되어가는 형태를 보이며 10, 000시간의 예측치도 에서 크리프 변형률이 10% 이하의 값을 나타내고 있다. 이것을 통하여 장기적으로 10% 변형률을 벗어나지 않는 안정한 크리프 특성을 가질 것으로 예상된다.
- 이것을 통하여 장기적으로 10% 변형률을 벗어나지 않는 안정한 크리프 특성을 가질 것으로 예상된다. 이러한 장기 크리프 시험 결과는 시간온도 중첩원리를 바탕으로 한 SIM법을 이용하여 장기 크리프 거동을 추정한 단기 크리프 가속시험 결과와도 유사하게 나타났음을 알 수 있다.
- 또한 50kN/전폭의 경우 재하하중이 20%에서 점차로 증가함에 따라 하중에 따른 초기의 변형률값도 점차로 증가하며 재하하중이 70%를 넘어서면 10, 000시 간이후의 크리프변형률값이 10%를 초과하는 것을 알 수 있다. 재하하중이 80%이상일 경우에는 시험도중 시료가 파단되는 결과가 나타났으며 파단 시 크리프 변형률은 12.77%로 띠형 섬유보강재의 최대인장강도에 서의 변형률값과 거의 유사하였다. 100kN/전폭의 경우 도 50kN/전폭의 경우와 거의 유사한 크리프 변형경향을 보이고 있으며, 역시 재하하중이 70% 이상일 때 10, 000시간에서의 크리프 변형률이 10%를 초과하는 것을 관찰할 수 있었으며, 80% 이상일 때는 시험도중 시료가 파단되었다.
- 크리프 특성 시험 결과를 토대로 띠형 섬유보강재의 Tio를 구해보면, 그림에서 보듯이 각각의 띠형 섬유보강 재 모두 최대인장강도의 60%를 최대 크리프 재하하중 으로 고려할 수 있다. 이러한 결과를 토대로 2종의 띠형 섬유보강재에 대한 크리프 감소계수를 산정한 결과는 표 6과 같다.
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