본 연구에서 수행된 GFRP 보강근의 인발실험 결과로부터 보강근의 정착길이에 관한 설계식을 제안하였다. 총 48개의 인발실험 및 수정 인발실험을 완료하였다. 실험 변수는 묻힘길이 (L=10, 15, 20, $30d_b$), 수직 배근 및 수평 배근, 보강근의 높이 (H=100, 300mm) 및 피복두께 $(C=2{\sim}5d_b)$이었다. 실험에는 우리나라에서 개발된 D13 GFRP 보강근을 사용하였다. 수직배근된 모든 보강근 인발실험의 결과 평균부착강도는 6.39 MPa, 5% 분위수는 4.63 MPa이었다. 이 결과로부터 도출된 기본 정착길이에 관한 식은 2003년도 ACI 440 위원회에서 제시한 식과 일치하였다. 그러나 본 연구의 수정 인발실험의 결과는 이 식이 비보수적일 수 있다는 결론을 제시하였으므로, 보수적으로 기본 정착길이를 약11% 상향 조정하였다. 또한, 상부근 효과 및 피복두께의 정착길이에 관한 영향을 실험 결과로부터 결정하였고, 정착길이 식 제안에 포함시켰다. 본 연구에서 제안한 식은 압축강도$20{\sim}24MPa$의 저강도 내지 보통강도 콘크리트 만을 대상으로 한 제약점이 있으나 콘크리트 강도가 증가함에 따라서 정착길이는 감소하므로, 이 식을 보다 높은 강도 콘크리트에 적용하는 경우 안전한 결과를 갖는 것으로 판단된다.
본 연구에서 수행된 GFRP 보강근의 인발실험 결과로부터 보강근의 정착길이에 관한 설계식을 제안하였다. 총 48개의 인발실험 및 수정 인발실험을 완료하였다. 실험 변수는 묻힘길이 (L=10, 15, 20, $30d_b$), 수직 배근 및 수평 배근, 보강근의 높이 (H=100, 300mm) 및 피복두께 $(C=2{\sim}5d_b)$이었다. 실험에는 우리나라에서 개발된 D13 GFRP 보강근을 사용하였다. 수직배근된 모든 보강근 인발실험의 결과 평균부착강도는 6.39 MPa, 5% 분위수는 4.63 MPa이었다. 이 결과로부터 도출된 기본 정착길이에 관한 식은 2003년도 ACI 440 위원회에서 제시한 식과 일치하였다. 그러나 본 연구의 수정 인발실험의 결과는 이 식이 비보수적일 수 있다는 결론을 제시하였으므로, 보수적으로 기본 정착길이를 약11% 상향 조정하였다. 또한, 상부근 효과 및 피복두께의 정착길이에 관한 영향을 실험 결과로부터 결정하였고, 정착길이 식 제안에 포함시켰다. 본 연구에서 제안한 식은 압축강도 $20{\sim}24MPa$의 저강도 내지 보통강도 콘크리트 만을 대상으로 한 제약점이 있으나 콘크리트 강도가 증가함에 따라서 정착길이는 감소하므로, 이 식을 보다 높은 강도 콘크리트에 적용하는 경우 안전한 결과를 갖는 것으로 판단된다.
The development length equations of the GFRP rebars are suggested based on the pullout tests performed in this study. A total of 48 pullout and modified pullout tests were completed. Test variables included embedment length (L=10, 15, 20, and $30d_b$), vertical and horizontal installation...
The development length equations of the GFRP rebars are suggested based on the pullout tests performed in this study. A total of 48 pullout and modified pullout tests were completed. Test variables included embedment length (L=10, 15, 20, and $30d_b$), vertical and horizontal installation of the rebars, height of the rebars (H=100 and 300 mm), and cover thickness $(C=2{\sim}5d_b)$. D13 GFRP rebars domestically developed were used in the experimental program. The average of the bond strength of all vertically installed GFRP rebars was 6.39 MPa with a 5% fractile of 4.63 MPa. A basic development length equation was derived that resulted in an equation equivalent to the one proposed in the ACI 440.1R-03. Careful reevaluation of the bond strength using the modified pullout test indicated that a modification of the design equation was necessary so that the basic development length increases by 11%. The top bar effect of the horizontally installed rebars as well as the effect of the cover thickness were determined and included in the set of suggested equations. Since the current equations were derived from testing rebars embedded in relatively low strength concrete $(f_{ck}=20{\sim}24MPa)$, they result in conservative development lengths when applied to bars embedded in higher strength concretes.
The development length equations of the GFRP rebars are suggested based on the pullout tests performed in this study. A total of 48 pullout and modified pullout tests were completed. Test variables included embedment length (L=10, 15, 20, and $30d_b$), vertical and horizontal installation of the rebars, height of the rebars (H=100 and 300 mm), and cover thickness $(C=2{\sim}5d_b)$. D13 GFRP rebars domestically developed were used in the experimental program. The average of the bond strength of all vertically installed GFRP rebars was 6.39 MPa with a 5% fractile of 4.63 MPa. A basic development length equation was derived that resulted in an equation equivalent to the one proposed in the ACI 440.1R-03. Careful reevaluation of the bond strength using the modified pullout test indicated that a modification of the design equation was necessary so that the basic development length increases by 11%. The top bar effect of the horizontally installed rebars as well as the effect of the cover thickness were determined and included in the set of suggested equations. Since the current equations were derived from testing rebars embedded in relatively low strength concrete $(f_{ck}=20{\sim}24MPa)$, they result in conservative development lengths when applied to bars embedded in higher strength concretes.
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문제 정의
따라서 본 연구에서도 인장을 받는 GFRP 보강근의 부착 성능을 정량화하고, 정착길이를 결정하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 우리나라에서 개발된 GFRP 보강근을 이용하여 총 48개의 인발실험 및 수정인 발 실험을 수행하였고, 정착길 이를 제안하였다.
하는 연구 결과가 발표되고 있다項°). 또한 개발된 GFRP 보강근의 구조설계법을 정립하고자 학회를 중심으로 연구가 진행 중이며, 본 연구는 이러한 연구의 일환으로서 특히 GFRP 보강근의 부착 특성을 고찰하고, 현장 적용을 앞당기기 위한 정착설계식을 개발하는데 주목적이 있다.
가설 설정
Fig. 4(c)와 같이 유압실린더가 콘크리트 면에 직접 접촉하지 않은 상태에서 인발력을 가할 수 있도록 강재 골조를 추가로 사용하고, 강재 면에 유압실린더를 고정하여 가력하였다. 또한 수정 인발실험에서는 Fig.
제안 방법
5(a), (b), (c)는 각각 묻힘 길이가 10, 15, 20必인 경우, 피복두께 (O에 대한 평균 부착강도(砂를 나타낸 것이다. 이때 피복두께는 보강근 중심으로부터 콘크리트 면까지의 거리이고, 부착 강도는 두 가지 다른 강도의 콘크리트를 사용하였으므로 부착 강도를 콘크리트 강도의 제곱근 (" / 后으로 나누어 동일한 조건에서 부착강도를 비교하였다. Fig.
또한 수정 인발실험에서는 Fig. 4(d)와 같이 각 보강근의 자유단 및 하중단에 총 3개 (하중단 2 개 및 자유단 1개)의 LVDT를 설치하여 하중에 대한 보강근의 변위를 결정할 수 있도록 하였다.
1) 본 연구에서는 우리나라에서 개발된 GFRP 보강 근을 이용하여 총 48개의 인발실험 및 수정 인발실험을 수행하였고, 실험 결과에 의하여 인장을 받는 GFRP 보강근의 정착길이를 식 (7) 및 (8)과 같이 제안하고, 또한 상부근 효과 및 피복두께의 영향에 대한 보정계수를 제시하였다.
묻힘길이는 15, 30必, 피복 두께 (보강근 중심으로부터 콘크리트 면까지 거리)는 2, 4dh 및 중앙부였다. 각 실험 변수에 대하여 2개씩 총 12 개의 인발실험을 계획하였다. 수정 인발실험에서는 겹침이음된 보강근의 하중단 및 자유단에 각각 LVDT를 사용하여 변위를 계측하였다.
따라서 본 연구에서도 인장을 받는 GFRP 보강근의 부착 성능을 정량화하고, 정착길이를 결정하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 우리나라에서 개발된 GFRP 보강근을 이용하여 총 48개의 인발실험 및 수정인 발 실험을 수행하였고, 정착길 이를 제안하였다. Table 1 에 GFRP 보강근의 대표적인 기계적 물성 (GFRP-foreign) 과 본 연구에서 사용된 GFRP 보강근 (GFRP-Kor.
3에 나타낸 것과 같이 특수하게 고안하였다. 수정 인발실험에서 FRP 보강근은 모두 350mm 위치에 수평 방향으로 설치, 타설 및 실험하였으며, 겹침이음된 두 개의 보강근에 대하여 동시에 인발력을 가력하였다. 묻힘길이는 15, 30必, 피복 두께 (보강근 중심으로부터 콘크리트 면까지 거리)는 2, 4dh 및 중앙부였다.
각 실험 변수에 대하여 2개씩 총 12 개의 인발실험을 계획하였다. 수정 인발실험에서는 겹침이음된 보강근의 하중단 및 자유단에 각각 LVDT를 사용하여 변위를 계측하였다. 수정 인발실험의 변수를 Table 4에 요약하였다.
수평 방향으로 설치 (수평 배근)한 FRP 보강근에 대하여 총 6개의 인발실험을 수행하였다. 상부근 효과를 조사하기 위하여 수평 배근 상태에서 설치, 타설 및 실험한 인발실험의 변수는 보강근의 높이 (H= 100, 300mm) 였다.
총 30개의 FRP 보강근을 연직 방향으로 설치 (수직 배근) 한상태에서 타설하고 실험을 수행하였다. 이때 묻힘길이 0) 를 10, 15 및 20禹로 변화시켰고, 또한 피복두께 (C= 보강근 중심으로부터 콘크리트 면까지 거리, Fig. 2(a) 참고)를 2~5爲 및 중앙부로 변화시켜서 묻힘길이 및 피복 두께의 부착강도에 대한 영향을 고찰하였다. 각 변수에 대하여 2개의 실험을 계획하였다.
인발실험 및 수정 인발실험에서 모두 GFRP 보강근이뽑힘파괴 (pullout failure)되거나 또는 콘크리트 쪼갬파괴 (concrete splitting)가 발생할 때까지 가력하였고, 유압 게이지 및 LVDT의 데이터를 초당 10세트씩 data logger를 사용하여 기록하였다.
인발실험에서는 콘크리트 면에 직접 중공식 유압실린더를 설치하고, 실린더의 중공을 관통시킨 보강근을 실험 그립을 사용하여 고정시킨 후, 유압실린더로 가력하였다 (Fig. 4(a) 참고).
인발실험의 변수는 보강근의 배근 방향 (수직 배근 및 수평 배근), 묻힘길이, 피복두께, 상부근 효과 등이었다. 총 30개의 FRP 보강근을 연직 방향으로 설치 (수직 배근) 한상태에서 타설하고 실험을 수행하였다.
전술한 바와 같이 본 연구에서는 우리나라에서 개발된 GFRP 보강근을 사용하였고, Fig. 1에 나타낸 것과 같이보강근은 인발성형 후 부착강도의 증진을 위하여 alumina zirconia를 코팅시킨 것이다. 일반적으로 코팅 기술이 적절한 경우에 코팅재가 상이하더라도 GFRP 보강근의 부착 특성은 유사한 것으로 알려져 있다”).
총 30개의 FRP 보강근을 연직 방향으로 설치 (수직 배근) 한상태에서 타설하고 실험을 수행하였다. 이때 묻힘길이 0) 를 10, 15 및 20禹로 변화시켰고, 또한 피복두께 (C= 보강근 중심으로부터 콘크리트 면까지 거리, Fig.
대상 데이터
본 연구에 사용된 GFRP 보강근은 인발 성형 (pulltrusion) 방법으로 제작되었고, 유리섬유와 비닐에스터 수지로 구성되었다. 보강근 총 단면적에 대한 섬유의 면적비는 75% 이었다.
총 6개의 인발실험을 수행하였다. 상부근 효과를 조사하기 위하여 수평 배근 상태에서 설치, 타설 및 실험한 인발실험의 변수는 보강근의 높이 (H= 100, 300mm) 였다. 보의 보강근이 이음된 상태를 모사하기 위하여 Fig.
실험실 인근의 레미콘 공장으로부터 콘크리트를 주문하여 실험체를 제작하였다. 인발실험 수행 시 콘크리트의 압축강도는 20.
성능/효과
(3) k=1.0, 위 (1)에 해당하지 않고 피복두께가 2.5而 이상이고 동시에 인접 철근 중심 거리가 5必 이상인 경우 피복 두께가 2~2.5<4 사이인 경우에는 위에서 제시된 k 값을 직선 보간할 수 있고, 피복두께 가 2db 미 만인 경우는 본 연구에서 제안한 정착길이를 적용할 수 없다.
2) 연구 과정에서 도출된 기본 정착길이 식 (6)은, 본 연구와 같이 인발실험의 결과를 기초로 한 ACI 440.1R- 03에서 제시한 식과 결과적으로 일치하였다. 그러나 콘크리트에 인장균열이 발생할 수 있도록 고안된 수정 인발실험의 결과에 기초하여 이보다 다소 보수적인 새로운 기본 정착길이 식 ⑺을 제시하였다.
식 (1), Table 2 및 Figs. 5 및 6으로부터 수직 배근 총 30개 GFRP 보강근의 인발실험에서 평균 부착강도의 5% 분위수는 4.63 MPa이고, 평균 부착강도를 콘크리트 강도의 제곱근으로 나눈 경우의 5% 분위수는 0.964MPa이다. 3丄2상부근 효과 : 수평 배근
대상으로 한 제약점이 있다. 그러나 콘크리트 강도가 증가함에 따라서 정착길이는 감소하므로, 본연구에서 개발된 식을 보다 강도가 높은 콘크리트에 적용하는 경우 안전한 결과를 갖는 것으로 판단된다.
5(b)는 피복두께의 감소에 따라서 부착 강도가 약간 감소하는 경향을 보여주고 있으나 감소율은 아주 작다. 따라서 수직 배근 보강근의 인발실험 결과, 피복두께가 20, 이상인 경우, 부착강도는 피복두께의 영향을 받지 않는다는 잠정적 결론에 도달하였다.
인발실험에서는 콘크리트에 인장 균열이 발생할 수 없으므로, 인장균열 발생이 허용되는 수정 인발실험의 결과를 따라야 할 것으로 사료되고, 따라서 피복두께 2必는 콘크리트 쪼갬 파괴를 방지하는데 있어서 비보수적일 수 있다는 결론을 도출하였다. 본 연구에서 피복두께는 보강근 중심으로부터 콘크리트 면까지 거리이므로, 실험결과를 바탕으로 순 피복두께를 이상 확보하여야 콘크리트 쪼갬 파괴를 방지할 수 있는 것으로 판단된다. 또한 Table 4 및 Fig.
1 절의인발실험 결과와 다른 거동을 보인 것이다. 인발실험에서는 콘크리트에 인장 균열이 발생할 수 없으므로, 인장균열 발생이 허용되는 수정 인발실험의 결과를 따라야 할 것으로 사료되고, 따라서 피복두께 2必는 콘크리트 쪼갬 파괴를 방지하는데 있어서 비보수적일 수 있다는 결론을 도출하였다. 본 연구에서 피복두께는 보강근 중심으로부터 콘크리트 면까지 거리이므로, 실험결과를 바탕으로 순 피복두께를 이상 확보하여야 콘크리트 쪼갬 파괴를 방지할 수 있는 것으로 판단된다.
후속연구
일반적으로 코팅 기술이 적절한 경우에 코팅재가 상이하더라도 GFRP 보강근의 부착 특성은 유사한 것으로 알려져 있다”). 따라서 본 연구의 결과는 부착강도의 증진을 위하여 코팅재를 적절히 부착시킨 GFRP 보강근에 대하여 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
참고문헌 (14)
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