[논문]섬유복합재료(FRP)의 건설 적용 사례 연구 (건축편)

한복규; 권영진; 박성우; 홍건호

doi:10.7234/kscm.2006.19.3.037

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In the past, the technology of strengthening structures using FRP composites was still in its infancy, with very few publications on the technology available. However, recently strengthening of Reinforced concrete (RC) and other structures using advanced fibre-reinforced polymer/plastic(FRP) composi...

In the past, the technology of strengthening structures using FRP composites was still in its infancy, with very few publications on the technology available. However, recently strengthening of Reinforced concrete (RC) and other structures using advanced fibre-reinforced polymer/plastic(FRP) composites has become very popular in the last few years. As the well-known advantages of FRP composites including both good corrosion resistence and ease for site handling due to their light weight, also its design methods have been ensured the safe and economic use of this new technology, FRPs have been used widely and demonstrated in the field of aero industries etc. The purpose of this paper is to report the examples of the many diverse applications of Fiber Reinforced Plastic in construction materials of structures.

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문제 정의

Fig 6과 7에서는 GFRP로 보-기둥 접합부를 보강한 시험체를 보여주고 있다. 그림과 같은 보강공법은 구조물 접합부 보강에 보다 효율적인 방법을 찾기 위한 실험으로 진행되었다. 많은 실험결과를 통하여 섬유복합재료를 접합부에 적용할 경우 구조물 접합부의 전단강도를개선시키고 파괴를 연성적인 보의 힌지 메커니즘으로 변경시킬 수 있는 것으로 나타났다.
본고에서는 섬유복합재료의 국내외 건축 구조물 적용사례를 소개함으로써 향후 복합재료(FRP)의 다양한 활용 가능성을 제시하고자 하였다.

제안 방법

Table 1에서는 기존 와이어매쉬와 섬유 강화 시멘트 복합재료의 장.단점을 비교 정리 하였다.
보다 효과적인 콘크리트 구조물 보수.보강 공법의 선정을 위하여 추후에발생할 수 있는 지진에 대비하기 위하여 내진보강과 함께 병행하여 기둥보강을 실시하는 것으로 계획하였으며, 검토 결과 아라미드 섬유를 이용한 구조물(기둥) 내진보강을 Fig 3과같이 실시하였다. 본 공법에 적용된 아라미드 섬유는 섬유의 특성상 압축강도가 낮은 단점이 있으나, 인장강도가 매우 높으며, 일반적인 유기섬유에 비해 인장탄성률 및 강도가 우수한 특성을 나타내고 있다.
Fig 8에서는 섬유 강화 시멘트 복합재료를 수원에 위치한 농산물 도매시장에 적용한 예를 보여주고 있다. 본 공사는 최초 균열방지를 위하여 WIRE MESH를 매입하게 되어 있었으나, 시공 시 피복 유지의 어려움 등으로 인하여 균열 방지 효과를 기대할 수 없는 것으로 예상되어 섬유 보강재를 사용하여 콘크리트의 건조 수축에 따른 균열 발생을 억제하도록 하였다. 공법의 적용 결과는 미소균열 발생의 최소화와 작업성을 향상시킬 수 있는 것으로 판명되어 공법의 가능성을 확인할 수 있었다.

대상 데이터

또한, Fig 10에서는 1999년 스위스에 건축된 5층 규모의 사무실 건축물로서 본 건물은 철골부재와 GFRP 부재가 병행하여 세워졌으며, 건물의 주요 골조가 순수 GFRP로 만들어진 트러스 기둥 골조이다. GFRP는 재료의 특성상 철에 비해 열전도성이 현저히 낮기 때문에, 본 건축물은 특별한 보온 설계 없이 건물의 파사드(Facade)에 직접적으로 구조부재를 설치하였다.
구조물이다. 또한, Fig 10에서는 1999년 스위스에 건축된 5층 규모의 사무실 건축물로서 본 건물은 철골부재와 GFRP 부재가 병행하여 세워졌으며, 건물의 주요 골조가 순수 GFRP로 만들어진 트러스 기둥 골조이다. GFRP는 재료의 특성상 철에 비해 열전도성이 현저히 낮기 때문에, 본 건축물은 특별한 보온 설계 없이 건물의 파사드(Facade)에 직접적으로 구조부재를 설치하였다.

성능/효과

본 공사는 최초 균열방지를 위하여 WIRE MESH를 매입하게 되어 있었으나, 시공 시 피복 유지의 어려움 등으로 인하여 균열 방지 효과를 기대할 수 없는 것으로 예상되어 섬유 보강재를 사용하여 콘크리트의 건조 수축에 따른 균열 발생을 억제하도록 하였다. 공법의 적용 결과는 미소균열 발생의 최소화와 작업성을 향상시킬 수 있는 것으로 판명되어 공법의 가능성을 확인할 수 있었다. 섬유를 이용한 시멘트 강화 복합재료는 현재 국내에서 건축구조물의 슬래브 구조물(지하주차장, 누름콘크리트 등), 벽체 및 바닥미장 모르타르와 그 외 콘크리트 포장 구조물(고속도로, 교량상판, 농로 등)에 사용되고 있으며, 토목구조물에서도 터널라이닝, 해양 구조물 등 콘크리트 균열이 예상되는 부분에 다수 활용되고 있다.
그림과 같은 보강공법은 구조물 접합부 보강에 보다 효율적인 방법을 찾기 위한 실험으로 진행되었다. 많은 실험결과를 통하여 섬유복합재료를 접합부에 적용할 경우 구조물 접합부의 전단강도를개선시키고 파괴를 연성적인 보의 힌지 메커니즘으로 변경시킬 수 있는 것으로 나타났다.

후속연구

건축물은 화재로부터 생명과 재산을 보호하기 위하여 건축물의 내외장재를 난연재로 사용하도록 규정하고 있는 것이 세계적인 추세이다. 이와 같은 요구 조건을 만족할 수 있는 복합재료는 난연 고밀도 섬유 판재 등을 개발하여 단독주택 및 극장 등의 내외장재로 활용하고 있으며, 앞으로 많은 발전이 있을 것으로 기대된다.

참고문헌 (4)

明嵐政司外, '纖維强化プラスチッグの土木構造材科への適用に關する同硏究報告書(I)', 建設省土木硏究所, 1998
Wei Ling Lin, 'Toughness Behavior of Fiber Reinforced Concrete,' Fiber Reinforced Cement and Concrete. Edited by R. N. Swamy, RILEM, 1992
Balaguru, Perumalsamy N., and Shah, Surendra P., 'Fiber Reinforced Cement Composites,' New York, McGraw-Hill, Inc., 1992
Benjamin Tang and Walter Podolny, Jr., 'A Successful Beginning for Fiber Reinforced Polymer (FRP) Composite Materials in Bridge Applications', FHWA Proceedings, International Conference on Corrosion and Rehabilitation of Reinforced Concrete Structures, 1998

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