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문제 정의
- 적용할 수 있다. 따라서 본 연구진에서는 보다일반적으로 적용할 수 있는 부착파괴 방지상세를 개발하고자 하였으며, 순수 에폭시 수지의 인장전단강도를유지하고, 접착계면에서의 부착파괴를 억제할 수 있는에폭시 수지 전단키를 고안하였다.
- 본 연구에서는 선행연구⑷에서 탄소섬유쉬트의 조기박리 파괴를 방지하기 위하여 제안되었던 보강상세를아라미드섬유쉬트를 대상으로 검증함과 동시에 본 연구진에 의하여 개발된 에폭시 전단키 보강상세의 적용성을 검증하고자 한다.
- 본 연구에서는 아라미드섬유쉬트로 휨 보강된 RC 보의 부착파괴를 방지하기 위한 기존의 보강상세 및본 연구에서 제안된 전단키 보강상세에 대한 실험적연구를 수행하였으며, 실험결과로부터 다음과 같은 결론을 도출하였다.
제안 방법
- 003)에 도달하는 것으로 나타났다. 따라서 본 실험에서는 아라미드섬유쉬트의 보강으로 인한 콘크리트 연단에서의 압괴를 방지하기 위하여 축소모형 실험체의 압축철근으로 2-D13, 인장철근을 2-D10으로 배근하였다. 전단보강근은 휨 파괴를 유도하기 위하여 D10 철근을 100mm 간격으로 배근하였다.
- 3과 같이 가력골조를 설치하고 250kN 용량의 Actuator로 3점 가력하였다. 변위 및 변형률의 측정부위는 최대모멘트가 발생되는 중앙부에서의 측정하였으며 , 각각 콘크리트의 압축연단, 인장. 압축철근 및아라미드섬유쉬트의 변형률을 측정하였다.
- 변위 및 변형률의 측정부위는 최대모멘트가 발생되는 중앙부에서의 측정하였으며 , 각각 콘크리트의 압축연단, 인장. 압축철근 및아라미드섬유쉬트의 변형률을 측정하였다.
- 이에 따라 본 연구진은 선행연구⑷에서 부착파괴 방지상세로 중앙부 U보강 공법을 제안하였으며, 탄소섬유쉬트 보강 실험체를 대상으로 그 효용성을 입증하였다. 이러한 중앙부 U보강 공법은 Fig.
- 따라서 본 실험에서는 아라미드섬유쉬트의 보강으로 인한 콘크리트 연단에서의 압괴를 방지하기 위하여 축소모형 실험체의 압축철근으로 2-D13, 인장철근을 2-D10으로 배근하였다. 전단보강근은 휨 파괴를 유도하기 위하여 D10 철근을 100mm 간격으로 배근하였다. 각 실험체의 형상 및치수는 Fig.
대상 데이터
- 실험체 제작에 사용된 콘크리트는 설계압축강도 24MPa의 레미콘이며, 인장, 압축 및 전단철근은 항복강도가 400MPa인 D10, D13 철근을 사용하였다. 보강재로 사용된 아라미드섬유쉬트와 함침용 에폭시수지의 재료시험 결과는 Table 1 및 Table 2와 같다.
- 실험체는 총 5개로 무보강 실험체와 단순 부착된 B1실험체, 밑면 보강 후에 중앙부 가력점에서 100 mm 떨어진 위치에 폭 200mm의 아라미드섬유쉬트를이용하여 U 보강한 UCB2와 보강재 단부에 폭 200mm로 U 보강한 UEB2 실험체 및 폭 20mm, 깊이 20mm의 에폭시 전단키를 100mm 간격으로 보강 면에 매립한 SB1 실험체로 구성된다. 각 실험체의세부상세를 정리하면 Table 3과 같다.
- 실험체는 폭 150mm 높이 250mm로, 지점길이 2, 400mm, 전체 실험체 길이 3, 000mm로 계획하였다. 일반적인 철근콘크리트 보에서는 인장철근의 단면적이 압축철근 단면적보다 큰 것이 정상이나 아라미드섬유쉬트로 보강된 축소모형 실험체에서는 단면해석결과 아라미드섬유쉬트가 파단변형률에 이르기 전에 콘크리트 연단에서 압축극한변형률(q=0.
성능/효과
- 1) 단순부착된 아라미드섬유쉬트는 기존 설계지침에서제안하는 부착길이를 확보한 상태에서도 중앙부에서 발생되는 박리균열에 의해 조기부착파괴되었다.
- 2) 박리파괴를 방지하기 위하여 기존에 제안되었던 「단부 U보강」상세는 단부에서 최종박리파괴를일부 지연시킬 수 있으나, 중앙부로부터 발생되어단부로 진전되는 아라미드섬유쉬트의 박리를 근본적으로 억제할 수는 없는 것으로 나타났다.
- 3) 「중앙부 U보강」상세는 중앙부에서의 초기박리를효과적으로 억제하여 충분한 보강성능을 발휘하면서 최대하중에 도달하였다. 따라서 중앙부 U보강상세는 섬유쉬트의 박리를 억제 .
- 4) 에폭시 전단키에 의한 부착파괴 방지상세는 중앙부에서의 초기박리 및 박리의 진행을 지속적으로 억제하여 보강성능을 극대화 할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 제시하는 에폭시 전단키형 정착상세는 아라미드섬유쉬트의 부착파괴 방지상세로 적용 가능할 것으로 판단된다.
- 단순부착실험체와 동일하게 나타난다. 그러나 단부의 U형 정착에 의해 일시적으로 박리의 진행이 억제되었으며, 단부 U 보강 경계면에서 아라미드섬유쉬트가 파단되면서 최종파괴되었다.
- 이에 대하여 본 연구진에 의해 제안된 아라미드섬유쉬트로중앙부를 U보강한 EG1-UCB2 실험체는 박리발생이예상되는 가력점 주변을 U형으로 보강함으로써 초기박리를 효과적으로 억제하기 때문에 박리에 의한 강성저하 없이 아라미드섬유쉬트의 파단하중에 도달한다. 따라서 박리가 예상되는 중앙부의 위험단면을 U형 보강하는방법은 박리파괴를 효과적으로 억제하며, 재료의 극한강도를 유도할 수 있는 효율적인 보강상세로 판단된다.
- 또한 보강효과가 상실되는 시점의 하중차로부터 평가되는 아라미드섬유쉬트의 보강성능을 비교하면 단순부착 실험체에 비하여 에폭시 전단키를 매립한 실험체의 보강성능은 대략 2배 이상 증가한 것으로 나타났다. 따라서 에폭시 전단키에 의한 보강상세는 아라미드섬유쉬트의 부착파괴를 방지하고 보강성능을 극대화할 수 있는 매우 유용한 방법으로 판단된다.
- 반면, 본 연구에서 제안한 에폭시 전단키를 매립하고 아라미드섬유쉬트 1매를 보강한 실험체는 앞에서언급한 바와 같이 박리파괴를 유발하는 위험단면의 위치에서 국부적인 박리가 발생되었으나, 인접한 에폭시전단키에 의해서 박리의 진행이 효과적으로 억제되었다. 또한, 하중의 증가에 따라 부재의 소성역은 점차단부로 확장되며 이에 따라 휨-전단균열에 의한 추가적인 박리발생 구역도 확장되었지만 길이방향으로 매설된 에폭시 전단키에 의해 추가적인 박리는 발생하지않았다.
- 그러나 U 보강 면에서의 응력집중으로 재료변형률의 73%에서아라미드섬유쉬트가 파단되었다. 반면, 에폭시 전단키를 매립한 실험체는 아라미드섬유쉬트의 박리를 억제함과 동시에 재료변형률의 100% 이상을 발휘하며 최종적으로 파단되었다. 이상의 결과로부터 단순부착과같이 아라미드섬유쉬트의 박리파괴를 기준으로 보강설계를 실시할 경우에는 아라미드섬유쉬트의 극한변형률의 50%까지 강도저하를 고려하여야 하며, 본 연구에서 제안하는 에폭시 전단키를 정착상세로 적용할 경우에는 아라미드섬유쉬 트의 극한변형률을 100% 활용하여 설계가 가능할 것으로 판단된다.
- 여기서 1), 2)의 콘크리트 압괴에 의한 파괴와 3) 의 FRP 보강재의 파단에 의한 파괴는 각각의 구성재료가 극한응력에 도달하여 파괴되는 경우로 기존의 휨이론을 적용하여 충분히 예측이 가능하다. 또한 4)의 FRP복합체의 단부탈락 파괴모드는 많은 연구자⑻⑼ 에 의해 실험적, 이론적 접근이 이루어졌으며, 일정길이 이상의 정착길이를 확보하거나 정착상세에 의해 충분히 방지할 수 있는 것으로 고려되고 있다.
- 반면, 에폭시 전단키를 매립한 실험체는 아라미드섬유쉬트의 박리를 억제함과 동시에 재료변형률의 100% 이상을 발휘하며 최종적으로 파단되었다. 이상의 결과로부터 단순부착과같이 아라미드섬유쉬트의 박리파괴를 기준으로 보강설계를 실시할 경우에는 아라미드섬유쉬트의 극한변형률의 50%까지 강도저하를 고려하여야 하며, 본 연구에서 제안하는 에폭시 전단키를 정착상세로 적용할 경우에는 아라미드섬유쉬 트의 극한변형률을 100% 활용하여 설계가 가능할 것으로 판단된다.
- 이에 대하여 중앙부를 U보강한 실험체는 가력점 하부에서 휨균열의 확장에 의해 부분적인 박리가 관찰되었지만 인접한 U보강에 의해서 박리의 진행이 억제되었으며, 주된 박리파괴를 유발하는 가력점으로부터 유효깊이만큼 떨어진 위치에서의 휨 전단균열에 의한 박리는 U보강에 의해 초기부터 효과적으로 억제되어 나타나지 않았다. 따라서 Photo 4에서 나타난 바와 같이 중앙부에서 아라미드섬유쉬트의 파단에 의해 최종 파괴되었다.
- 일반적인 철근콘크리트 보에서는 인장철근의 단면적이 압축철근 단면적보다 큰 것이 정상이나 아라미드섬유쉬트로 보강된 축소모형 실험체에서는 단면해석결과 아라미드섬유쉬트가 파단변형률에 이르기 전에 콘크리트 연단에서 압축극한변형률(q=0.003)에 도달하는 것으로 나타났다. 따라서 본 실험에서는 아라미드섬유쉬트의 보강으로 인한 콘크리트 연단에서의 압괴를 방지하기 위하여 축소모형 실험체의 압축철근으로 2-D13, 인장철근을 2-D10으로 배근하였다.
- 계산하여 나타낸 것이다. 조기부착파괴가 발생한 단순부착실험체는 재료변형률의 48%에서 파괴된것으로 나타났으며, 기존에 보편적으로 사용되어온 단부 U보강 실험체는 재료변형률의 60%에서 파괴되었다. 즉, 단부 U보강 실험체에서는 비록 아라미드섬유쉬트의 파단에 의해 최종파괴되었지만 이미 부재 전구간에 걸쳐 박리가 진행되었으며, 비부착 거동에 의해최대하중에 도달하였기 때문에 보강효과는 크지 않았다.
- 이와 같이 정착상세를 적용하지 않고 단순부착된 실험체는 박리파괴에 의해 지배되며, 이때 ACI440(17)에서 제시하는 정착길이를확보하여도 박리파괴는 발생하는 것으로 나타났다. 즉, 기존 설계지침에서 제안하는 부착길이의 확보는단부탈락에 의한 파괴에는 효과적이나, 중앙부 박리에의한 파괴는 방지할 수 없을 것으로 판단된다. 따라서아라미드섬유쉬 트의 부착길 이를 확보함으로써 부착파괴를 방지하는 기존의 설계용 부착강도 개념은 아라미드섬유쉬트의 경우에는 적합하지 않은 것으로 판단된다.
후속연구
- 따라서 에폭시 전단키에 의한 보강상세는 아라미드섬유쉬트의 부착파괴를 방지하고 보강성능을 극대화할 수 있는 매우 유용한 방법으로 판단된다. 단, 전단키 매립에 의한 보강상세는 전단키의 형상 및 매립정도에 따라 보강성능에 영향을 미칠 수 있으므로 추가적인 연구를 통한 규명이 필요할 것으로 판단된다.
- 따라서 본 연구에서 제시하는 에폭시 전단키형 정착상세는 아라미드섬유쉬트의 부착파괴 방지상세로 적용 가능할 것으로 판단된다.
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