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FRP-콘크리트 합성말뚝의 개발
Development of the Hybrid CFFT Pile 원문보기

복합신소재구조학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures, v.1 no.2, 2010년, pp.20 - 28  

최진우 (홍익대학교 토목공학과) ,  주형중 (홍익대학교 토목공학과) ,  남정훈 (홍익대학교 토목공학과) ,  윤순종 (홍익대학교 토목공학과)

초록
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이 논문에서는 기존의 CFFT(Concrete Filled FRP Tube) 복합재 말뚝의 휨강성을 확보하기 위한 새로운 복합재 말뚝형식을 제안하였다. 기존의 CFFT 복합재 말뚝은 필라멘트와인딩 공정으로 제작한 FRP를 사용하기 때문에, 압축력이 편심재하될 경우 휨거동에 대한 안전성을 확보하기 위해 철근 등 별도의 보강재를 필요로 한다. 이 연구에서는 별도의 보강재 없이 휨거동에 대한 저항성을 확보하기 위하여 펄트루젼 방식으로 제작된 FRP를 CFFT 외부에 원주방향으로 부착시킨 FRP-콘크리트 합성말뚝(Hybrid CFFT, HCFFT)을 제안하였다. 이 논문은 HCFFT의 구조적 거동을 검토하기 위한 연구의 일부로서, HCFFT에 사용되는 필라멘트와인딩 FRP의 역학적 특성을 알기 위한 실험을 실시하였다. 또한, 기존 연구 결과를 참조하여 HCFFT의 압축강도를 추정하였으며, 유한요소해석을 통해 얻은 결과와 비교분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, new type CFFT (Concrete Filled FRP Tube) was suggested in order to improve the flexural stiffness. Since the existing CFFT was produced by filament winding process, re-bar for concrete may be necessary in order to ensure structural safety under flexure re-bar. In comparison with exist...

주제어

#FRP-콘크리트 합성말뚝   #펄트루젼 FRP   #필라멘트 와인딩 FRP   #인장시험   #압축시험   #유한요소해석  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 이 연구에서는 축방향 및 원주방향으로 보강섬유가 배치될 수 있도록 모듈화된 펄트루젼 FRP 부재를 제작하고 그 부재의 외부를 필라멘트 와인딩 FRP로 보강하는 복합재 이중구조로서 압축, 휨, 전단에 대하여 뛰어난 성능을 확보할 수 있을 것으로 기대되는 FRP-콘크리트 합성말뚝(Hybrid CFFT, HCFFT)을 제안하였다. 즉, 제안된 HCFFT는 심부콘크리트와 콘크리트에 작용하는 압축력에 의한 구속압력으로 압축강도를 증가시켜주는 역할을 하는 필라멘트와인딩 FRP와 편심하중이 재하되었을 때 휨 및 전단 거동에 저항하는 펄트루젼 FRP로 구성되게 된다.
  • 이 연구에서는 길이에 제한이 없이 연속생산이 가능하며 부재의 축방향으로 보강섬유가 배치되는 펄트루젼 FRP를 도입하여 CFFT에 대한 장점을 그대로 유지하는 반면 휨 및 전단에 대해서도 충분한 구조성능을 확보할 수 있는 HCFFT를 제안하였다. 즉, 펄트루젼 FRP 원통관을 제작하고 외부를 필라멘트와인딩 FRP로 보강하게 되면 휨 및 전단에 대해서는 펄트루젼 FRP 부재가 저항하고 필라멘트와인딩 FRP는 콘크리트를 구속하여 축방향 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

가설 설정

  • 유한요소해석은 FRP와 콘크리트를 3차원 유한요소(Three-dimensional Finite Element)를 사용하여 수행하였으며, FRP는 선형탄성재료, 콘크리트는 비선형으로 가정하였다. 해석모델은 실험체 하부의 모든 절점을 고정단으로 설정하였다.
  • 펄트루젼 FRP와 콘크리트는 탄성계수가 유사하기 때문에 HCFFT의 축방향 파괴변형률과 CFFT의 파괴변형률이 큰 차이가 없는 것으로 가정하여, HCFFT에 대한 축방향 파괴변형률을 식 (7)로 결정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
FRP-콘크리트 합성말뚝이란? FRP-콘크리트 합성말뚝(Concrete Filled FRP Tube Pile, CFFT Pile)은 외기에 노출되는 부분에 FRP를 사용하며 내부를 콘크리트로 충전한 합성부재이다. CFFT는 강재-콘크리트 합성말뚝(Concrete Filled Tube Pile, CFT Pile)에 비하여 부식에 대한 저항성이 매우 뛰어나기 때문에 국내에서도 그에 대한 관심이 증가하고 있다.
FRP-콘크리트 합성말뚝은 휨 및 전단에 대하여 취약한 부재가 될 가능성을 방지하기 위해 필요한 것은? 그러나, FRP-콘크리트 합성말뚝은 보강섬유가 원주방향으로 배치시킨 필라멘트와인딩 FRP를 사용하기 때문에 구속효과에 의한 압축강도의 향상을 기대할 수 있으나 휨 및 전단에 대하여 취약한 부재가 될 가능성이 있다. 이러한 휨 및 전단 거동에 대한 안전성을 확보하기 위하여, FRP-콘크리트 합성말뚝에 압축력이 편심재하될 경우 철근 등 별도의 휨보강재가 필요하다.
FRP-콘크리트 합성말뚝의 장단점은? 그러나, FRP-콘크리트 합성말뚝은 보강섬유가 원주방향으로 배치시킨 필라멘트와인딩 FRP를 사용하기 때문에 구속효과에 의한 압축강도의 향상을 기대할 수 있으나 휨 및 전단에 대하여 취약한 부재가 될 가능성이 있다. 이러한 휨 및 전단 거동에 대한 안전성을 확보하기 위하여, FRP-콘크리트 합성말뚝에 압축력이 편심재하될 경우 철근 등 별도의 휨보강재가 필요하다.
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참고문헌 (11)

  1. 박종화 (2010) PSC 박스거더교 적용을 위한 FRP 스트럿의 압축거동 평가, 박사학위논문, 한양대학교. 

  2. 박주경 (2007) FRP-콘크리트 합성 압축재의 거동 평가 및 예측에 관한 실험적 연구, 박사학위논문,홍익대학교. 

  3. 박준석 (2006) 콘크리트 충전 FRP Tube 합성부재의 압축강도 추정에 관한 연구, 석사학위논문, 홍익대학교. 

  4. ANSYS Inc. (2008) Release 11 .0 Documentation for ANSYS, Philadelphia. 

  5. ASTM D 3039/D 3039M-08 (2008) Standard test method for tensile properties of polymer matrix composite materials, American Society for Testing and Materials. 

  6. Lin, H. J. and Liao C. I. (2004) Compressive Strength of Reinforced Concrete Column Confined by Composite Materials, Composite Structures, No. 65, pp.239-250. 

  7. Park, J. S., Joo, H. J., Park, J. H., Choi, E. S., and Yoon, S. J. (2010) Flexural Behavior of FRP-Reinforced Concrete Composite Member, The First International Conference on Advances in Interaction and Multiscale Mechanics (AIMM'10), Jeju, Korea. 

  8. Richart, F. E., Brandtzaeg, A., and Brown, R. L. (1928) A study of failure of concrete under combined compressive stresses, Engineering Experiment station Bulletin No. 185. 

  9. Saafi, M., Toutanji, H., and Li, Z. (1999) Behavior of concrete columns confined with fiber reinforced polymer tubes, ACI Materials Journal, V. 96, No. 4, pp. 500-509. 

  10. Samaan, M. (1997) Analytical and experimental investigation of FRP concrete composite columns, Ph.D thesis, University of Central Florida. 

  11. Toutanji, H. (1999) Stress-strain relationship of concrete cylinders confined with FRP composites, ACI Materials Journal, V. 96, No. 3, pp. 397-404. 

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