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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 표면부착 공법에 의해 보강된 휨부재의 조기파괴를 제어하여 CFRP판의 재료성능을 충분히 발휘할 수 있는 CFRP 프리스트레싱 공법의 특성을 다양한 실험변수를 고려한 휨실험을 통해 실험적으로 검토하였다.
- 본 연구에서는 CFRP판 표면부착 공법의 문제점을 개선할 목적으로 프리스트레싱 보강한 RC 휨부재에 대한 휨실험을 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 프리스트레스가 도입된 CFRP판으로 보강한(이하, 프리스트레싱 보강) 철근콘크리트 부재의 휨성능 개선효과를 분석하기 위해 보를 모형화한 실험체를 제작하여 휨실험을 실시하였다.
제안 방법
- 1000 kN 용량의 유압장치를 이용하여 정적하중을 그림 5에 나타낸 것과 같이 변위제어 방식으로 4점재하 하였다. 하중재하에 따라 실험체 중앙에 설치한 2개의 LVDT를 이용하여 변위를 측정하였으며, 각 인장철근의 중앙위치에 부착한 3개의 변형률게이지로부터 인장철근의 변형률을 측정 하였다.
- 실험체는 레미콘을 이용하여 제작하였으며, 레미콘의 설계압축강도는 표 1에 나타낸 것과 같이 각각 21 MPa, 28 MPa, 36 MPa, 40 MPa로 설계되었다. 28일 경과 후 동일한 콘크리트 압축강도를 갖는 실험체의 휨실험을 실시한 당일 ϕ100×200 mm 크기의 원주형 공시체에 대한 압축강도 실험을 실시하였다. 실험결과 실제 콘크리트 압축강도는 20.
- 또한, CFRP판에도 5개의 변형률게이지를 부착하여각 하중단계에서의 CFRP판 변형률을 측정하였다. 그리고 실험체의 초기균열과 균열진행상황, CFRP판의 탈락 및 파단 등을 육안으로 관찰하여 기록하였으며, 각 하중단계에서 발생되는 균열을 부재면에 기록하였다.
- 표 6에 나타낸 것과 같이 본 실험에서는 보강이 이루어지지 않은 기준실험체로 MU-III 실험체만을 제작하여 휨실험을 실시하였으나, MU-III 실험체에 대한 실험결과와 이론적 으로 산정한 파괴하중을 비교할 때 그 차이가 매우 미소하여 이론식으로도 충분한 정확도를 가지고 무보강 실험체의 파괴하중을 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 표 6에 나타낸 실험체 중에서 무보강 기준실험체가 없는 실험체는 이론식을 기준으로 산정한 파괴예상하중을 가지고 보강 효과를 평가하여 제시하였다.
- 하중재하에 따라 실험체 중앙에 설치한 2개의 LVDT를 이용하여 변위를 측정하였으며, 각 인장철근의 중앙위치에 부착한 3개의 변형률게이지로부터 인장철근의 변형률을 측정 하였다. 또한, CFRP판에도 5개의 변형률게이지를 부착하여각 하중단계에서의 CFRP판 변형률을 측정하였다. 그리고 실험체의 초기균열과 균열진행상황, CFRP판의 탈락 및 파단 등을 육안으로 관찰하여 기록하였으며, 각 하중단계에서 발생되는 균열을 부재면에 기록하였다.
- 그림 1에 나타낸 것과 같이 모든 실험체의 단면은 400 mm×220 mm이고, 길이가 3300 mm 이다. 또한, 모든 실험체에는 휨파괴 이전에 전단파괴가 발생하는 것을 방지하기 위해 양 지점부로부터 1050 mm 구간에 150 mm 간격으로 전단철근을 배근하였다. 실험체의 지점으로부터 단부까지의 거리는 150 mm 이며, 전단철근의 하면에 30 mm 스페이서를 설치하여 모든 공시체가 동일하게 30 mm의 피복두께를 확보할 수 있도록 하였으며, 인장철근은 인장철근비 변수에 따라 D10, D13, D16, D19를 3개씩 배근하였다.
- 8% 이다. 실험변수 중 프리스트레싱 수준은 프리스트레싱 도입 시 CFRP판에 부착한 2개의 변형률게이지로부터 얻은 값의 평균치로 설정하였으며, 보강방법에 따른 비교를 위해 무보강 실험체와 단부를 정착 시키지 않은 표면부착 실험체를 각각 1개씩 제작하였다. 실험체명은 표 1에 나타낸 것과 같이 순서대로 콘크리트 압축강도(L: 21, M: 28, H: 36, U: 40 MPa), 프리스트레싱 수준(U: 무보강, A: 표면부착, 0: 0, 4: 0.
- 실험변수로는 콘크리트 압축강도(fck), 주철근비(ρl), 프리스트레싱 수준(ps)를 고려하였다. 실험변수의 범위는 fck: 21, 28, 36, 40 MPa, ρl: 0.
- 실험체에 CFRP판을 보강하기 전 인장부에 묻어 있는 레이턴스를 제거하기 위해 그라인딩을 하고 고압세척을 실시하였다. 프리스트레싱을 가하지 않고 표면부착만 하는 실험체는 부착위치에 에폭시를 얇게 바른 다음 CFRP판을 콘크리트면에 압착하는 방법으로 보강을 실시하였다.
- 또한, 모든 실험체에는 휨파괴 이전에 전단파괴가 발생하는 것을 방지하기 위해 양 지점부로부터 1050 mm 구간에 150 mm 간격으로 전단철근을 배근하였다. 실험체의 지점으로부터 단부까지의 거리는 150 mm 이며, 전단철근의 하면에 30 mm 스페이서를 설치하여 모든 공시체가 동일하게 30 mm의 피복두께를 확보할 수 있도록 하였으며, 인장철근은 인장철근비 변수에 따라 D10, D13, D16, D19를 3개씩 배근하였다.
- 실험체의 파괴형태는 실험 시 콘크리트 균열의 발생과 진전, CFRP판의 탈락유무, 그리고 인장철근과 CFRP판에 부착한 변형률 게이지와 변위계의 값을 참고로 하여 각 실험체의 파괴과정과 최종파괴 형태를 결정하였다. 표 6에 각 실험체별 최종파괴형태를 나타내었다.
- 이론식으로 산정한 기준실험체의 파괴예상하중을 기준으로 CFRP판으로 프리스트레싱 보강한 실험체의 보강효과를 콘 크리트 압축강도에 따라 평가해 보았다. 표 6에서는 콘크리트 압축강도 21.
- 콘크리트 압축강도에 따른 영향을 평가하기 위해 4가지 종류의 압축강도를 고려하였다. 각 강도의 배합표를 표 2에 나타내었다.
- 실험체에 CFRP판을 보강하기 전 인장부에 묻어 있는 레이턴스를 제거하기 위해 그라인딩을 하고 고압세척을 실시하였다. 프리스트레싱을 가하지 않고 표면부착만 하는 실험체는 부착위치에 에폭시를 얇게 바른 다음 CFRP판을 콘크리트면에 압착하는 방법으로 보강을 실시하였다. 탄소판의 보강길이는 그림 2에 나타낸 것과 같이 모든 실험체에서 순경간의 80%로 설정하였다.
- 1000 kN 용량의 유압장치를 이용하여 정적하중을 그림 5에 나타낸 것과 같이 변위제어 방식으로 4점재하 하였다. 하중재하에 따라 실험체 중앙에 설치한 2개의 LVDT를 이용하여 변위를 측정하였으며, 각 인장철근의 중앙위치에 부착한 3개의 변형률게이지로부터 인장철근의 변형률을 측정 하였다. 또한, CFRP판에도 5개의 변형률게이지를 부착하여각 하중단계에서의 CFRP판 변형률을 측정하였다.
- 한편, 초기 손실이 발생한 이후에는 거의 CFRP판의 변형 률에는 변화가 없었으며, 에폭시가 완전히 양생되는 24시간 동안 변형률을 체크한 이후에 실험을 실시하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 CFRP판은 표 4에 나타낸 것과 같이 철근과 비교하여 탄성계수는 거의 동일하지만 7배 이상의 인장강도를 갖는다. CFRP판 부착에 사용된 에폭시는 Swiss S사에서 CFRP판과 함께 생산되는 에폭시 레진 220을 사용하였으며, 에폭시에 대한 재료물성치는 표 5에 제시하였다.
- 그림 1에 나타낸 것과 같이 모든 실험체의 단면은 400 mm×220 mm이고, 길이가 3300 mm 이다. 또한, 모든 실험체에는 휨파괴 이전에 전단파괴가 발생하는 것을 방지하기 위해 양 지점부로부터 1050 mm 구간에 150 mm 간격으로 전단철근을 배근하였다.
- 프리스트레싱 보강을 위해 사용된 CFRP판은 Swiss S사에서 개발한 S&P Laminate(150/2000) 제품을 사용하였다. 본 실험에 사용된 CFRP판은 표 4에 나타낸 것과 같이 철근과 비교하여 탄성계수는 거의 동일하지만 7배 이상의 인장강도를 갖는다. CFRP판 부착에 사용된 에폭시는 Swiss S사에서 CFRP판과 함께 생산되는 에폭시 레진 220을 사용하였으며, 에폭시에 대한 재료물성치는 표 5에 제시하였다.
- 본 실험에서는 보를 모형화한 총 21개의 실험체를 제작하였다. 그림 1에 실험체의 형상 및 배근개요를 나타내었으며, 표 1에는 실험체 제원을 나타내었다.
- 본 연구에서 사용된 인장철근은 KS D3504 이형철근으로 SD400인 D10, D13, D16, D19를 사용하였다. 또한, 모든 실험체에서 압축철근과 전단철근으로는 D10이 사용되었다.
- 실험체는 레미콘을 이용하여 제작하였으며, 레미콘의 설계압축강도는 표 1에 나타낸 것과 같이 각각 21 MPa, 28 MPa, 36 MPa, 40 MPa로 설계되었다. 28일 경과 후 동일한 콘크리트 압축강도를 갖는 실험체의 휨실험을 실시한 당일 ϕ100×200 mm 크기의 원주형 공시체에 대한 압축강도 실험을 실시하였다.
- 실험변수 중 프리스트레싱 수준은 프리스트레싱 도입 시 CFRP판에 부착한 2개의 변형률게이지로부터 얻은 값의 평균치로 설정하였으며, 보강방법에 따른 비교를 위해 무보강 실험체와 단부를 정착 시키지 않은 표면부착 실험체를 각각 1개씩 제작하였다. 실험체명은 표 1에 나타낸 것과 같이 순서대로 콘크리트 압축강도(L: 21, M: 28, H: 36, U: 40 MPa), 프리스트레싱 수준(U: 무보강, A: 표면부착, 0: 0, 4: 0.4, 6: 0.6, 7: 0.7, 8: 0.8%), 주철근비(I: 0.30, II: 0.55, III: 0.86, IV: 1.26%)를 의미한다.
- 프리스트레싱 보강을 위해 사용된 CFRP판은 Swiss S사에서 개발한 S&P Laminate(150/2000) 제품을 사용하였다. 본 실험에 사용된 CFRP판은 표 4에 나타낸 것과 같이 철근과 비교하여 탄성계수는 거의 동일하지만 7배 이상의 인장강도를 갖는다.
성능/효과
- 1. 표면부착이나 단부정착 보강방법에 비해 프리스트레싱 보강법의 휨성능 개선효과가 가장 우수함을 확인하였다.
- 2. 프리스트레싱력을 도입하지 않고 정착장치만을 사용하는 경우 큰 휨내력 증가는 기대할 수 없으나 연성확보 측면에서는 가장 효과적인 보강방법이라는 것을 확인할 수 있 었다.
- 3. CFRP판의 프리스트레싱 수준별 보강을 통해 콘크리트의 초기균열발생시점을 상당히 지연시킬 수 있다는 것을 확인할수 있었다. 또한, 프리스트레싱 보강한 경우 프리스트레싱 수준이 증가함에 따라 파괴하중이 소폭 증가하였다.
- 3. 프리스트레싱 보강한 모든 실험체에서는 파괴 시 CFRP판의 변형률이 사용 CFRP판의 한계변형률 1.2%를 상회하는 것으로 나타나 프리스트레싱 보강방법에 의해 보강하는 경우 CFRP판 재료성능의 100%를 활용할 수 있어 보강구조물의 안전성 및 재료절감 효과를 기대할 수 있을 것으로 생각된다.
- 4. 프리스트레싱 수준이 0.4%, 0.6%인 실험체에서는 콘크리트 압축강도가 증가할수록 최대하중이 소폭 증가하였으나, 프리스트레싱 수준이 0.8%인 실험체에서는 콘크리트 압축 강도의 영향이 거의 나타나지 않았다. 또한, 인장철근비가 프리스트레싱 보강된 실험체의 거동에 주는 영향은 미소한 것으로 평가되었다.
- 6%인 실험체보다 파괴 시 변형률이 크게 나타남을 보이고 있다. 그러나, 그림 11과 12의 모든 실험체의 CFRP판의 최대인장변형률이 본 실험에서 사용한 CFRP판의 극한변형률 1.2%를 상회하는 것으로 나타나 콘크리트 강도에 관계없이 프리스트레싱 보강방법으로 CFRP판의 재료성능을 충분히 활용할 수 있음을 확인할 수 있다.
- 또한, 인장철근비가 프리스트레싱 보강된 실험체의 거동에 주는 영향은 미소한 것으로 평가되었다. 그러나, 인장철근비가 작을수록 휨 성능 개선효율이 증가하는 것으로 나타났다.
- 8%에서 더큰 내력을 보유하고 있음을 나타내고 있다. 그리고 콘크리트 압축강도가 증가할수록 프리스트레싱 수준에 의한 내력증가 량은 작게 나타났으며, 이는 고강도 일수록 충분한 보강효과를 발휘하기 위해서는 프리스트레싱 레벨과 보강량이 동시에 증가되어야 한다는 것을 의미한다.
- 그림 20과 21에서 각 실험체의 초기변형률이 동일하지 않고 실험체에따라 다소 차이를 보이는 것은 유압장치를 제거하는 과정에서 작업자의 숙련도에 따라 크고 작은 프리스트레스 손실이 발생하였기 때문이다. 그림을 통해서 모든 실험체에서 CFRP 판 변형률은 초기균열이 발생하는 시점까지는 인장철근비에 관계없이 동일한 기울기로 증가하였으나 콘크리트 인장부에 균열이 발생하면서 인장철근의 하중 부담률이 증가하게 되어 인장철근비가 작을수록 급격하게 CFRP판의 변형률이 증가하는 거동을 확인할 수 있다. 즉, 프리스트레싱 보강된 실험체는 인장철근비와 관계없이 프리스트레싱 수준에 의해 초기균열 하중이 결정되며, 그 이후의 거동에 있어서는 인장철근량에 의해 거동이 다르게 나타난다는 것을 알 수 있다.
- 그림 14는 보강공법에 따른 실험체 중앙부에서의 CFRP판 변형률의 변화를 나타낸 것이다. 그림을 통해서 알 수 있듯이 표면부착 보강한 MB-III 실험체에서는 CFRP판의 변형률이 약 0.67%에서 계면박리파괴가 발생하여 CFRP판 재료성능의 약 50% 수준까지만 성능을 발휘한 것으로 나타났다. 또한, 단부정착 보강한 M0-III 실험체에서도 처짐이 증가하면서 가력점 부근의 휨균열 폭이 확대되고, 균열부 CFRP판에 응력집중 현상이 발생하여 실험체 중앙부 CFRP판의 변형률이 재료성능의 약 79%에서 휨균열 부근의 CFRP판이 파단되는 거동을 나타내었다.
- 7 kN 증가하였다. 또한, MB-III와 M0-III 실험체의 최대하중은 MU-III와 비교해서 각각 20.6%와 28.0% 증가한 반면, M8-III 실험체는 68.4% 증가 하여 타 공법에 비해 프리스트레싱 보강의 휨성능 개선효과가 가장 우수함을 확인하였다. 한편, 그림 13은 최대하중 이후 거동에 있어서 단부정착 보강한 M0-III의 거동이 가장 연성능력을 확보하고 있음을 보이고 있다.
- 67%에서 계면박리파괴가 발생하여 CFRP판 재료성능의 약 50% 수준까지만 성능을 발휘한 것으로 나타났다. 또한, 단부정착 보강한 M0-III 실험체에서도 처짐이 증가하면서 가력점 부근의 휨균열 폭이 확대되고, 균열부 CFRP판에 응력집중 현상이 발생하여 실험체 중앙부 CFRP판의 변형률이 재료성능의 약 79%에서 휨균열 부근의 CFRP판이 파단되는 거동을 나타내었다.
- 8%인 실험체에서는 콘크리트 압축 강도의 영향이 거의 나타나지 않았다. 또한, 인장철근비가 프리스트레싱 보강된 실험체의 거동에 주는 영향은 미소한 것으로 평가되었다. 그러나, 인장철근비가 작을수록 휨 성능 개선효율이 증가하는 것으로 나타났다.
- 1%의 내력이 증가함을 나타내고 있다. 또한, 콘크리트 압축강도 28.0 MPa인 실험체 중에서 프리스트레싱 수준이 0.6%와 0.8%인 실험체에 대해서 각각 59.4%, 68.4%의 내력증가를 보이며, 콘크리트 압축강도 36.0 MPa인 실험체 중에서 프리스트레싱 수준이 0.6%와 0.8%인 실험체에 대해 각각 66.9%, 67.7%의 내력증가를 나타내고 있다. 즉, 표 6에 나타낸 결과는 3종류의 콘크리트 압축강도 모두에서 프리스트레싱 보강한 실험체에 큰 내력증가가 있음을 나타내고 있으며, 프리스트레싱 수준이 0.
- 0%증가하여 보강효과가 표면부착 및 단부정착 보강에 비해 크게 개선됨을 보이고 있다. 또한, 프리스트레싱 보강된 실험체의 경우 다른 보강방법에 의해 보강된 실험체에 비해 초기균열 발생시점의 하중이 크게 증가하여 초기균열 억제효과가 매우 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 프리스트레싱 보강된 실험체는 CFRP판의 인장파단에 의해 취성적으로 파괴되므로 기준실험체 및 단부정착 보강된 실험체에 비해 파괴 시 처짐은 상대적으로 작게 발생하였다.
- 28일 경과 후 동일한 콘크리트 압축강도를 갖는 실험체의 휨실험을 실시한 당일 ϕ100×200 mm 크기의 원주형 공시체에 대한 압축강도 실험을 실시하였다. 실험결과 실제 콘크리트 압축강도는 20.6 MPa, 26.4(27.0) MPa, 35.6 MPa, 44.1 MPa로 나타났다.
- CFRP판이 파단된 위치는 실험체마다 약간의 차이는 있으나 크게 중앙부 근처에서 파괴된 실험체와 단부 정착판 끝에서 파단되는 실험체로 구분할수 있었다. 이와 같이 CFRP판이 파단되는 위치가 다르게 나타나는 원인에 대해서는 명확한 원인을 찾을 수는 없었으나, CFRP판이 파단될 때의 실험체 중앙부의 인장변형률은 CFRP판 파단위치와 관계없이 CFRP판의 극한변형률 이상의 값을 나타내어 파단위치에 의한 보강효과의 영향은 거의 없는 것으로 판단되었다. 한편, M8-I과 M6-II 실험체는 정착판 설치작업 과정에 실험체에 손상이 발생하여 처짐이 증가 하는 중에 갑작스럽게 단부 정착판 부근 균열의 폭이 급작스럽게 증가하면서 단부 정착판이 박락하여 파괴되었다(그림 8).
- 7%의 내력증가를 나타내고 있다. 즉, 표 6에 나타낸 결과는 3종류의 콘크리트 압축강도 모두에서 프리스트레싱 보강한 실험체에 큰 내력증가가 있음을 나타내고 있으며, 프리스트레싱 수준이 0.6%에 비해 0.8%에서 더큰 내력을 보유하고 있음을 나타내고 있다. 그리고 콘크리트 압축강도가 증가할수록 프리스트레싱 수준에 의한 내력증가 량은 작게 나타났으며, 이는 고강도 일수록 충분한 보강효과를 발휘하기 위해서는 프리스트레싱 레벨과 보강량이 동시에 증가되어야 한다는 것을 의미한다.
- 한편, 그림 13은 최대하중 이후 거동에 있어서 단부정착 보강한 M0-III의 거동이 가장 연성능력을 확보하고 있음을 보이고 있다. 즉, 프리스트레스를 도입하지 않고 정착장치만을 사용하는 경우 큰 휨내력 증가는 기대할 수 없으나 연성확보 측면에서는 가장 효과적인 보강방법이라는 것을 확인할 수 있다.
- 그림 16은 프리스트레싱 도입 유무에 따라 하중-처짐 거동에 있어 큰 차이를 보이고 있다. 즉, 프리스트레싱 수준이 0%인 M0-III 실험체는 다른 실험체에 비해 휨성능이 매우 작은 반면, 연성능력이 프리스레싱 보강된 다른실험체와 비교해서 크게 증가함을 알 수 있다. 또한, 그림 15와 그림 16은 프리스트레싱 수준이 0.
- 1 kN에 발생하였으며, 하중이 증가하면서 실험체 인장부에 휨균열이 일정한 간격으로 발생하기 시작했다. 최대하중 이후 새로운 휨균열은 발생하지 않고 실험체 중앙부 근처의 균열이 압축부로 성장 하면서 균열 폭이 증가하여 처짐이 크게 증가하였다. 최종파괴 시점에서는 인장부에 발생한 균열이 성장하여 압축부까지 도달하였으며, 이로 인해 압축부 콘크리트가 압괴하는 전형적인 휨파괴 양상을 나타내었다.
- 최대하중 이후 새로운 휨균열은 발생하지 않고 실험체 중앙부 근처의 균열이 압축부로 성장 하면서 균열 폭이 증가하여 처짐이 크게 증가하였다. 최종파괴 시점에서는 인장부에 발생한 균열이 성장하여 압축부까지 도달하였으며, 이로 인해 압축부 콘크리트가 압괴하는 전형적인 휨파괴 양상을 나타내었다.
- 프리스트레싱을 도입한 이후에도 에폭시가 완전히 양생될때까지 계속적으로 CFRP판의 변형률을 측정하여 프리스트레스의 손실을 체크하였다. 탄소판 변형률의 변화 추이를 검토한 결과 거의 모든 실험체에서 유압장치를 제거한 직후 약00-700 με정도의 CFRP판 변형률이 감소하였다. 이는 정착 판을 고정시키기 위해서 설치한 앵커볼트와 앵커볼트 구멍 사이에 약간의 공간이 존재하기 때문에 프리스트레싱 도입시 피스톤 방향으로 앵커볼트들이 약간 씩 이동했다가 유압장치를 제거함과 동시에 CFRP판에 걸린 압축력에 의해 반대방향으로 이동하기 때문에 발생하는 현상으로 추정되었다.
- 표 6에 나타낸 것과 같이 본 실험에서는 보강이 이루어지지 않은 기준실험체로 MU-III 실험체만을 제작하여 휨실험을 실시하였으나, MU-III 실험체에 대한 실험결과와 이론적 으로 산정한 파괴하중을 비교할 때 그 차이가 매우 미소하여 이론식으로도 충분한 정확도를 가지고 무보강 실험체의 파괴하중을 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 표 6에 나타낸 실험체 중에서 무보강 기준실험체가 없는 실험체는 이론식을 기준으로 산정한 파괴예상하중을 가지고 보강 효과를 평가하여 제시하였다.
- 이론식으로 산정한 기준실험체의 파괴예상하중을 기준으로 CFRP판으로 프리스트레싱 보강한 실험체의 보강효과를 콘 크리트 압축강도에 따라 평가해 보았다. 표 6에서는 콘크리트 압축강도 21.0 MPa의 실험체에서 프리스트레싱 수준이 각각 0.6%와 0.8%인 경우에 기준실험체보다 약 54.1%, 68.1%의 내력이 증가함을 나타내고 있다. 또한, 콘크리트 압축강도 28.
- 기준실험체 및 CFRP판으로 휨보강된 철근콘크리트 실험체의 휨실험 결과는 표 6과 같다. 표 6은 기준실험체와 비교하여 CFRP판을 표면부착한 실험체 MB-III와 단부정착 보강한 M0-III 실험체의 하중저항능력이 각각 20.6%와 28.0%증가하였으며, 프리스트레싱 보강된 실험체는 46.7~243.0%증가하여 보강효과가 표면부착 및 단부정착 보강에 비해 크게 개선됨을 보이고 있다. 또한, 프리스트레싱 보강된 실험체의 경우 다른 보강방법에 의해 보강된 실험체에 비해 초기균열 발생시점의 하중이 크게 증가하여 초기균열 억제효과가 매우 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
- 프리스트레싱 보강한 모든 실험체의 경우 MB-III나 M0- III와 비교해서 초기균열 발생하중이 크게 증가하였으며, 균열이 지점부까지 균일한 간격으로 발생하였다. 철근의 변형 률이 항복변형률 이상으로 증가하면서 CFRP판과 콘크리트의 부착면에서 약간의 파괴음이 발생하기 시작했다.
- 즉, 프리스트레싱 보강된 실험체는 인장철근비와 관계없이 프리스트레싱 수준에 의해 초기균열 하중이 결정되며, 그 이후의 거동에 있어서는 인장철근량에 의해 거동이 다르게 나타난다는 것을 알 수 있다. 한편, 인장철근비가 작은 실험체에서 인장철근비가 큰 실험체에 비해 보다 큰 휨성능 증대효과를 나타내었다.
- 실험체 중앙부에서의 처짐이 약 30~40 mm 정도 발생할때 모든 실험체에서 CFRP판이 일차적으로 콘크리트 표면으로부터 탈락하였으며, 이 거동은 콘크리트 압축강도와 관계 없이 중앙부 처짐이 약 30~40 mm 정도 발생하게 되면 CFRP판과 콘크리트와의 부착면에 발생한 계면응력이 부착 응력 이상으로 증가하기 때문인 것으로 예상할 수 있다. 한편, 최대하중 이후의 거동에 있어서는 프리스트레싱 수준 0.8%의 실험체에 비해 0.6%의 실험체가 보다 연성적 거동을 나타내는 경향을 보이고 있으나, 프리스트레싱 수준 및 콘크리트 압축강도가 실험체의 최대하중 이후 거동에 미치는 영향은 매우 미비하다는 것을 확인할 수 있다.
후속연구
- 한편, 프리스트레싱 보강한 M8-III 실험체에서는 파괴 시CFRP판 변형률이 1.4%를 상회하는 것으로 나타나 프리스트 레싱 보강방법에 의해 보강하는 경우 CFRP판 재료성능의 100%를 활용할 수 있어 보강구조물의 안전성 및 재료절감 효과를 기대할 수 있을 것으로 생각된다.
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