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문제 정의
- 이 연구는 보강이 필요한 사용 중인 보의 손상과 재하상태를 모의하기 위하여, 항복하중의 75%에 대응하는 변위를 재하하여 사전균열을 발생시키고, 재하속도를 달리하는 반복하중 재하실험을 수행하였다. 보강보의 실험을 통해서 얻어진 결론은 다음과 같이 정리된다.
제안 방법
- 500 KN 용량의 가력기(MTS)를 사용하여 4점 지지 휨 실험을 변위제어 방식으로 실시하였다. 재하속도(2, 20, 50 mm/min.
- ), 사전균열 유무, 재하형태 (단조증가재하, 반복하중재하) 등이 실험변수로 사용되었다. 반복하중 실험의 변위제어는 단조증가 재하실험(STS 보)에서 획득한 항복변위( 8 y = 10 mm)를기준으로 하였다.
- 반복하중 재하는 Fig. 3과 같이 항복변위의 25%, 50%, 75%, 100%, 200%, 300%, 400%의 변위를각각 3회씩 재하하고, 이후에는 20%씩 증가시켜 GFSP의 파단으로 보가 파괴될 때까지 실험을 계속하였다.
- 수행하였다. 이 실험에서 GFSP 부착 보강보의 보강성능, 사전균열의 거동, 파단 시의 모재와의 탈착, 파괴특성 등을 규명하였다.
- 면적으로 계산된다. 이 실험에서는 각 하중 단계별로 3회씩의 반복하중을 재하하였다. Fig.
- 이 연구에서는 기존 연구의 이러한 문제점을 극복하기 위하여, 보강이 필요한 보의 손 상모의로서 실험보항복하중의 75%에 대응하는 변위를 재하하여 사전균열을 발생시키고, 재하속도를 달리하는 반복하중 재하실험을 수행하였다. 이 실험에서 GFSP 부착 보강보의 보강성능, 사전균열의 거동, 파단 시의 모재와의 탈착, 파괴특성 등을 규명하였다.
- 재하속도(2, 20, 50 mm/min.), 사전균열 유무, 재하형태 (단조증가재하, 반복하중재하) 등이 실험변수로 사용되었다. 반복하중 실험의 변위제어는 단조증가 재하실험(STS 보)에서 획득한 항복변위( 8 y = 10 mm)를기준으로 하였다.
- 보 처짐은 중앙부에서 LVDT를 사용하여 측정하였다. 한편 실험의 신뢰성을 위하여 각 실험변수에 대해서 3회의 실험을 시행하였다.
대상 데이터
- RC 실험보는 치수 0.15m*0.25m*2.4m의 직사각형 복철근 보로 제작되었다. 사인장파괴를 방지하기 위하여 전단력작용 구간은 0.
- 변형률 측정을 위하여 보 중앙부의 인장 및 압축철근, 상부 콘크리트와 하부 GFSP에 철근게이지와 콘크리트 게이지를 각각 설치하였다. 보 처짐은 중앙부에서 LVDT를 사용하여 측정하였다.
- 1과 같다. 보강보는 보의 하측에 폭 0.15m, 길이 1.8m의 GFSP를 에폭시로 부착하고, 단부에 직경 8 mm, 길이 70mm의 스테인리스 앵커볼트로 정착하였다. 보강보의 보강형태는 Fig.
- 균열 및 항복현상이 뚜렷한 전형적인 RC보의 거동(3 직선)을 잘 나타내었다. 이 실험에서 획득한 항복강도는 50 KN이고 대응되는 항복변위는 10 mm 이었다.
성능/효과
- 1) GFSP 보강보는 무보강보에 비해서 항복 강도와 최대강도가 각각 70% 및 100% 증가되었다. 그러나 GFSP의 균열 및 처짐 제어에 의한 항복 후큰 변형률 경화현상으로 인해 보강보의 연성증가는크지 않으므로 보강보의 취성파괴를 대비하여 보강보 설계 시 GFSP가 분담하는 강도를 예측하는것이 중요하다.
- 2) 모멘트 곡률곡선에서 무보강보(RTS02, RTCO2) 는 초기균열, 항복 등이 뚜렷한 전형적인 RCa동 (3직선)을 나타내는 반면, GFSP 보강보는 초기균열 발생점을 결정하기 어려운 2직선에 유사한 거동을 나타내었다. GFSP는 사전균열의 복원기능은 증대시키지 않지만 휨강도는 현저하게 증가시켰다.
- 3) GFSP의 강한 부착력 및 정착기능에 의해 사전균열외의 추가적인 균열발생이 제어되어 잔류처짐이 현저히 감소하였다. 이러한 현상은 피괴예측의 어려움을 수반 할 수 있으므로 보다 보수적인 강도감소계수를 고려하는 것이 필요하다고 생각된다.
- 4) 재하속도별 하중단계에 따른 반복하중 재하 싸이클당 저장에너지의 변화는, 항복하중 이하에서는 반복재하에 따른 에너지 저장능의 감소는 없었다. 그러나 항복하중을 초과하는 하중단계에서는 첫 싸이클에서 두 번째 싸이클로 이행할 때 에너지 손실량이 가장 크며, 이후 싸이클에서의 손실량은 매우적었다.
- 5) GFSP 보강보는 최대강도에 도달할 때까지 균열의 성장과 전파는 미미하며, 최대강도 도달 후 GFSP 의 유리섬유 파괴와 더불어 균열과 처짐이 급속히 확대되고 증가하면서 급속히 파괴되는 성향을 나타내었다. 따라서 이러한 파괴특성은 보강보의 설계에 있어서 반드시 고려되어야할 부분으로 판단된다.
- 6) GFSP 보강보의 파괴는 보강재의 조기 탈착으로 인해 파괴 되는 것이 아니라 재하점 직하의 전단력 급변점에서 성장된 사전균열의 확대에 의한 GFSP 의 유리섬유파단에 의한 보강능력의 상실에서 시작되므로, GFSP 부착 공법은 섬유시트 보강 공법의 부착강도 미확보에 의한 보강재의 조기 탈락 현상을 충분히 보완한다고 결론지을 수 있다.
- 반복하중으로 인한 하중의 진동, 사전균열 발생을 위한항복하중 재하, 사전균열의 불규칙성 등의 영향으로 변형률 값은 일정치 않았다, 그러나 MTS와 LVDT로측정된 하중과 처짐은 각 실험체가 거의 같은 값을 가지는 것을 알 수 있다. 여기서 시험체명의 끝 숫자는 각 시험체의 번호를 나타낸다.
- RTS02, RTCO2 등의 무보강 보의 휨 거동은 초기균열, 항복 등이 뚜렷한 RC보의 전형적인 거동특성(3직선)을 나타내는 반면에, GFSP 보강보는 초기균열 발생점을 결정하기 어려운 2직선에 유사한 거동을 나타내었다. 이를 통해 GFSP 보강보는 사전균열에 의한 초기 휨강도 손실의 복원효과는 크지 않지만, 휨 강도 및 연성의 증가가 현저하고 파괴 시 까지 휨강도의 증가 양상이 안정적임을 알 수 있다.
- 항복하중 이하에서는 싸이클 증가에 따른 에너지 저장능의 감소가 없지만, 이를 초과하는 하중에서는 첫 싸이클에서 두번째 싸이클로 이행될 때 에너지 저장량 감소가 컸다. 이를 통해 보강보의 에너지 소산능력의 대부분은 항복이후의 비탄성변위에서 기인됨을 알 수 있고, 두번째 싸이클 이후의 감소량은 매우 작으므로 반복하중 재하에서 반복횟수는 3회가 적절한 것으로 판단 할수 있다.
- GFSP는 사전균열의 복원기능은 증대시키지 않지만 휨강도는 현저하게 증가시켰다. 한편 보강보의 모멘트 곡률곡선에서 재하속도가 빠를수록 항복 모멘트와 연성은 증가되었다.
- 이 균열의 확대는 전단력에 의한 보 하부의 단차로 가속되고, 이로 인해 GFSP의 유리섬유가 파단되었다. 한편 재하속도가 빠를수록 새로운 균열의 발생은 적은 반면에 기존균열의 확장속도는 빨랐다.
- 8은 GFSP 보강보의 파괴특성을 조사하기 위해서 무균열보, 사전균열보, GFSP 보강보의 반복하중에 의한 잔류 처짐을 도시한 것이다. 항복이전의 잔류 처짐은 세 경우 차이가 없었지만, 항복 이후의 잔류처짐량은 GFSP의 균열억제 효과에 의해서 보강보에서 현저히 감소되었다. 이러한 것은 파괴의 징후를 예측할수 있는 균열이나 잔류처짐의 관측이 어렵기 때문에 보강보의 파괴예측에 어려움을 수반할 것으로 생각된다.
- 7은 GFSP 보강보의 재하속도에 따른 휨 성능의 변화양상을 조사하기 위해서 모멘트-곡률 곡선의 포락선을 도시한 것이다. 휨 거동과 강성도 저하양상은 재하속도에는 무관하지만, 항복모멘트와 보의 연성은 재하속도가 클수록 증가하였다.
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