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Basalt 섬유쉬트의 철도시설 콘크리트구조물 보강재로서의 부착거동 연구
Bonding Characteristics of Basalt Fiber Sheet as Strengthening Material for Railway Concrete Structures 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.12 no.5 = no.54, 2009년, pp.641 - 648  

박철우 (강원대학교 건설공학부 토목공학) ,  심종성 (한양대학교 건설환경시스템공학)

초록
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최근 철도차량의 속도가 증가함에 따라 철도시설물에도 철근콘크리트 구조물이 많이 적용되고 있는 실정이다. 하지만 이러한 콘크리트 구조물은 공용년수의 증가에 따라 필연적으로 구조적인 보강이 요구된다. 강판보강법 및 섬유복합체(FRP)를 활용한 보강법 등이 가장 일반적으로 적용되는 실정이지만 각 공법마다 나름대로의 단점 역시 존재 한다. 최근 화재나 기타 환경적인 공격에 대하여 강한 내구성을 가진 재료의 개발이 요구되고 있으며 이에 따른 현무암으로부터 추출한 Basalt 섬유를 활용한 섬유보강재가 많은 관심을 받고 있다. 이에 본 연구에서는 Basalt 섬유쉬트를 보강재로 사용할 경우 중요한 특성인 콘크리트와의 부착특성에 관하여 연구를 수행하였다. 실험변수는 보강폭, 길이, 보강겹수를 포함한다. 실험결과, 파괴형태는 계면파괴, 섬유파단, 그리고 rip-off의 형태가 관측되었으며 보강길이보다는 보강폭이 보강강도에 더 많은 영향을 미치는 것으로 판단되었다. 또한 보강길이가 전부 유효하게 작용하지는 않았으며 이에 유효보강길이를 산정하고 이에 따른 부착강도를 산정하였다. 이를 다른 종류의 FRP재료를 활용한 경우에 유효 보강길이와 비교하여 Basalt 섬유쉬트의 부착특성을 분석하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Concrete structures become more common in railway systems with an advancement of high speed train technologies. As the service life of concrete structures increases, structural strengthening for concrete structures may be necessary. There are several typical strengthening techniques using steel plat...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 6에 나타난 것과 같이 시험체에 대하여 위치별 변형률의 차가 거의 발생하지 않는 구간까지를 유효부착길이(cm)로 산정하였고, 이를 적용하여 산출한 유효 부착면적(부착폭X유효부착길이)에 대한 유효 부착 강도를 계산하여 Table 5에 나타내었다. 또한 현재 사용되고 있는 섬유보강재와 콘크리트와의 부착 성능에 관한 여러 가지 연구에 대하여 고찰하였고, 본 연구와 유사한 방법으로 부착실험을 수행한 기존 연구들의 결과를 간략하게 정리하였다. 그 중에서 섬유 보강재의 유효부착길이에 대한 부착 강도를 연구한 실험은 대부분 탄소섬유였는데 이는 최근까지 손상된 구조물의 보강재료로서 가장 많이 사용되어왔기 때문인 것으로 사료된다.
  • 본 연구에서는 Basalt 섬유쉬트의 콘크리트와의 부착 거동을 규명하기 위하여, 설계강도 28MPa의 콘크리트의 표면에 Basalt 섬유쉬트를 부착하여 부착파괴실험을 수행하였다. 실험변수로는 Basalt 섬유쉬트 보강재의 보강길이 (L), 보강폭(B) 그리고 보강재 층(P)을 고려하였으며 극한하중에 이를 때까지의 부착거동과 파괴 형태에 대한 고찰을 수행하였다.
  • 일반적으로 FRP로 보강된 콘크리트 부재의 보강 효과는 보강판의 강성, 두께, 보강길이 등의 변수에 따라 구조적 거동을 달리하지만, 특히 FRP와 콘크리트의 부착성능에 크게 영향을 받는 것으로 알려져 있다[1(M2]. 하지만, 대부분의 FRP 보강에 관한 연구가 기존의 구조보강재로 사용되어 왔던 탄소섬유 및 유리섬유 제품에 관한 연구에 국한되어 있으므로 본 연구에서는 신소재인 Basalt 섬유의 보강재로서의 성능을 규명하기 위한 기초연구의 일환으로서, 콘크리트와 섬유간의 부칙 거동에 관하여 연구하고자 한다. Basalt 섬유쉬트(Basalt fiber sheet)를 보강 길이와 면적, 보강재 층수를 변수로 부착하여 부착인장실험을 하였고, 부착파괴거동과 이에 영향을 미치는 주요 인자들에 대하여 연구를 수행하였다.
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참고문헌 (16)

  1. 심종성, 홍영균, 최완철, 황의승, 이차돈, 배인환, 박성재(1995), "강판 및 탄소섬유sheet로 보강된 R/C보의 피로거동에 관한 연구," 한국콘크리트학회 봄 학술발표회 논문집, 제7권, 1호, pp.319-324 

  2. 심종성, 배인환, 박성재(1996), "손상된 R/C보의 보강 후 피로거동에 관한 실험적 연구," 대학토목확회 논문집, 제16권, 제 I-2호, 대한토목학회, pp.135-142 

  3. 백승덕(2000), "강판과 탄소섬유를 이용한 부착식 보강공법의 조기탈락방지공법 연구," 아주대학교 대학원 학위논문 

  4. 박칠림 황진석, 박형철, 백명종(1997), "탄소섬유쉬트로 보강된 철근콘크리트보의 부착파괴거동에 관한 실험적 연구," 한국콘크리트학회 논문집 Vol. 9, No. 6, pp.157-164 

  5. 임동국(1997), "탄소섬유시트로 보강한 철근콘크리트 보의 전단 거동에 관한 실험연구," 한양대학교 대학원 학위논문 

  6. De Lorenzis, L., Miller, B. and Nanni, A.(2001), "Bond of Fiber-Reinforced Polymer Laminates to Concrete," ACI Materials Journal, American Concrete Institute, Vol. 98, No. 3, pp.256-262 

  7. Nakaba, L., Kanakubo, T., Furuta, T. and Yoshizawa, H.(2001), "Bond Behavior between Fiber-Reinforced Polymer Laminates and Concrete," ACI Structural Journal, American Concrete Institute, Vol. 98, No.3, pp.359-367 

  8. Sim, J., Park., C. and Moon, D. Y.(2005), "Characteristics of Basalt Fiber as a Strengthening Material for Concrete Structures," Composite Part B: Engineering, Elsevier, Vol. 36, pp. 504-512 

  9. BASALT 섬유를 활용한 콘크리트 구조물의 보강기술 개발 (2002), 한국건설기술연구원 

  10. 프리믹스형 보수재료를 적용한 R/C 구조물의 보수 및 섬유보강공법 개발(1999), 건설교통부 

  11. 최기선, 류화성, 최근도, 이한승, 유영찬, 김긍환(2001), "탄소섬유쉬트로 보강된 RC보의 휨 부착성능에 관한 실험적 연구," 한국콘크리트학회 가을 학술발표회 논문집, pp.997-1002 

  12. 유영준 조정래, 정우태, 박종섭, 박영환 (2003). "콘크리트 표면처리와 CFRP 단부정착 방법에 따른 부착특성실험," 한국콘크리트학회 봄 학술발표회 논문집, pp.579-584 

  13. Chajes, M. J., Finch, Jr., W. W., Januszka, T. F. and Thomson Jr., T. A.(1996), "Bond and Force Transfer of Composite Material Plates Bonded to Concrete," ACI Structural Journal, American Concrete Institute, Vol 93, No. 2, pp.208-217 

  14. 최근도,류화성, 최기선, 이한승, 유영찬, 김긍환(2000), "탄소섬유쉬트와 콘크리트의 부착," 한국콘크리트학회 가을 학술발표회 논문집, pp.1019-1024 

  15. 이정훈(2000), "섬유시트와 콘크리트간의 부착거동에 관한 실험적 연구," 부산대학교 대학원 학위논문 

  16. 박영환(2003), "콘크리트 표면처리와 CFRP 단부정착방법에 따른 부착특성 실험," 한국콘크리트 학회 봄 학술발표회, 2003, pp.579-584 

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