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철근 보강 고성능 섬유보강 콘크리트의 인장 강성
Tension Stiffening of Reinforced High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites (HPFRCC) 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.22 no.6, 2010년, pp.859 - 866  

이성철 (토론토대학교 토목공학과) ,  김재화 ((주)써포텍 기술연구소) ,  조재열 (서울대학교 건설환경공학부) ,  신경준 (퍼듀대학교 토목공학과)

초록
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콘크리트의 취성적인 인장 거동을 보완하기 위해 섬유를 혼입한 섬유보강 콘크리트에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 그 중 인장균열 이후 변형 경화 거동(strain hardening behavior)을 보이는 고인성 섬유보강 콘크리트(HPFRCC)에 대하여 활발히 연구되고 있다. 하지만, 철근이 없는 HPFRCC의 인장 및 휨거동에 대해 주로 연구가 계속되어온 반면 철근이 배근된 HPFRCC 부재의 인장 거동에 대한 자료는 미흡한 실정이다. 따라서 이 연구에서는 HPFRCC의 인장거동에 대한 철근의 효과를 분석하기 위해 철근이 배근된 HPFRCC 부재를 제작하여 인장 강성(tension stiffening)에 대한 실험을 수행하였고, 인장 강성 실험 결과에서 HPFRCC의 인장 응력-변형률 관계를 도출하였다. HPFRCC는 균열발생 이후에서 항복에 이르기까지 인장 성능을 균일하게 유지하는 것으로 나타났다. 철근이 배근된 HPFRCC의 인장 강도는 철근이 없는 부재에서 측정된 인장강도에 비해 낮아지는 것으로 나타났으며, 이는 HPFRCC의 높은 건조수축량과 철근의 구속효과에 의한 것으로 사료된다. 이 연구에서 확인된 인장강성 실험 결과 및 분석 자료는 HPFRCC를 철근과 함께 적용할 경우 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To overcome weak and brittle tensile characteristics of concrete, many studies have been conducted on fiber reinforced concrete (FRC). Recently, high performance fiber reinforced cementitious composites (HPFRCC), which shows strain hardening behavior, has been actively investigated. However, most of...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 이 논문에서는 철근이 포함된 고성능 섬유보강 콘크리트에 대한 인장강성 실험을 통하여, 철근의 영향을 고려한 HPFRCC의 인장거동을 규명하고, 향후 구조부재에 대한 적용의 기초자료를 제시하고자 한다.

가설 설정

  • 처짐은 부재의 각 부분에 작용하는 모멘트와 곡률을 계산하고, 이를 적분하는 방법으로 계산하였다. HPFRCC의 압축거동에 대해서는 Fig. 4에 나타난 바와 같이 압축강도까지 선형으로 가정하였으며, 인장거동에 대해서는 철근의 유무에 따라 측정된 값을 몇 개의 직선으로 이상화하여 해석을 수행하였다. 해석 과정은 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 논문에서 HPFRCC 배합의 휨성능을 평가하기 위하여 휨 강도시험은 어떻게 수행되었나? HPFRCC 배합의 휨성능을 평가하기 위하여 휨 강도시험을 수행하였다. 굵은 골재를 포함하지 않은 부재이기 때문에, KS F240816)에 제시된 시편보다 크기가 작은 두께 100 mm, 폭 100 mm, 길이 400 mm인 무근 보 시편을 제작하였다. 시편은 탈형 후 수중에서 양생하였으며 28일이 지난 후 KS F256616)에 제시한 4점 재하 방법을 통해 휨강성을 측정하였다. 각 배합 변수마다 3개의 시편이 사용되었으며, 중앙부의 처짐은 JCI-SF417)에 제시된 방법에 따라 전기저항식 변위계를 이용하여 측정하였다.
콘크리트와 같은 시멘트계 재료의 특징은? 콘크리트를 비롯한 대부분의 시멘트계 재료는 우수한 압축강도에 비해 낮은 인장강도를 가지고 있으며, 인장 균열 발생 이후 대부분의 인장성능을 상실하는 취성적인 인장 거동을 보인다. 이러한 취성 거동을 보완하기 위하여 콘크리트에 섬유를 혼입한 섬유보강 콘크리트에 대한 실험 및 이론 연구가 많은 연구자들에 의해 진행되어 왔다.
섬유보강 콘크리트는 어떤 점을 보완하기 위해 만들어진것인가? 콘크리트를 비롯한 대부분의 시멘트계 재료는 우수한 압축강도에 비해 낮은 인장강도를 가지고 있으며, 인장 균열 발생 이후 대부분의 인장성능을 상실하는 취성적인 인장 거동을 보인다. 이러한 취성 거동을 보완하기 위하여 콘크리트에 섬유를 혼입한 섬유보강 콘크리트에 대한 실험 및 이론 연구가 많은 연구자들에 의해 진행되어 왔다.1-6) 철근이 없는 섬유보강 콘크리트는 Fig.
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참고문헌 (21)

  1. Balaguru, P. and Surendra, P., Fiber-Reinforced Cement Composites, McGraw-Hill, 1992, 530 pp. 

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  3. 김영우, 민경환, 양준모, 윤영수, “하이브리드 PVA 섬유를 이용한 HPFRCCs의 휨 및 충격 성능 평가,” 콘크리트학회 논문집, 21권, 6호, 2009, pp. 705-712. 

  4. 김무한, 김재환, 김용로, 김영덕, “마이크로 및 매크로 섬유에 의해 보강된 고인성 시멘트 복합재료의 역학적 특성에 관한 실험적 연구,” 콘크리트학회 논문집, 17권, 2호, 2005, pp. 263-271. 

  5. 류금성, 박정준, 강수태, 고경택, 김성욱, “초고강도 강섬유보강 콘크리트의 휨특성에 관한 연구,” 한국콘크리트학회 봄 학술대회 논문집, 17권, 1호, 2005, pp. 333-336. 

  6. 양인환, 조창빈, 강수태, 김병석, “강섬유로 보강된 초고성능콘크리트의 휨 거동에 관한 실험 연구,” 콘크리트학회 논문집, 21권, 6호, 2009, pp. 737-744. 

  7. Fischer, G. and Li, V. C., International RILEM Workshop on High Performance Fiber Reinforced Cementitoius Composites (HPFRCC) in Structural Applications, E&Fn Spon, 2006, 600 pp. 

  8. Naaman, A. E. and Reinhardt, H. W., High Performance Fiber Reinforced Cement Composites 4 (HPFRCC4), E&Fn Spon, 2003, 393 pp. 

  9. 윤현도, 양일승, 한병찬, Fukuyama, H., 전에스더, 김선우, “고인성 섬유보강 시멘트 복합체의 인장강성,” 한국콘크리트학회 가을 학술대회 논문집, 16권, 2호, 2004, pp. 441-444. 

  10. Fischer, G. and Li, V. C., “Influence of Matrix Ductility on Tension-Stiffening Behavior of Steel Reinforced Engineered Cementitious Composites (ECC),” ACI Structural Journal, Vol. 99, No. 1, 2002, pp. 104-111. 

  11. Fantilli, A. P., Mihashi, H., and Vallini, P., “Strain Compatibility between HPFRCC and Steel Reinforcement,” Materials and Structures, Vol. 38, No. 4, 2005, pp. 495-503. 

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  13. 김윤용, 김정수, 김희신, 하기주, 김진근, “마이크로 역학에 의하여 설계된 ECC (Enginerred Comentitious Composite)의 역학적 특성,” 콘크리트학회 논문집, 17권, 5호, 2005, pp. 705-716. 

  14. Li, V. C., Mishra, D. K., and Wu, H. C., “Matrix Design for Pseudo Strain-Hardening Fibre Reinforced Cementitious Composites,” Materials and Structures, Vol. 28, No. 10, 1995, pp. 586-595. 

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  16. 한국산업규격, http://www.kssn.net/. 

  17. JCI SF4, Method of Test for Flexural Strength and Flexural Toughness of Fiber Reinforced Concrete, Japan Concrete Institute, 1984. 

  18. Li, M. and Li, V. C., “Behavior of ECC/Concrete Layered Repair System under Drying Shrinkage Conditions,” Journal of Restoration of Buildings and Monuments, Vol. 12, No. 2, 2006, pp. 143-160. 

  19. Yang, E. H., Yang, Y., and Li, V. C., “Use of High Volumes of Fly Ash to Improve ECC Mechanical Properties and Material Greenness,” ACI Materials Journal, Vol. 104, No. 6, 2007, pp. 303-311. 

  20. Bischoff, P. H., “Tension Stiffening and Cracking of Steel Fiber-Reinforced Concrete,” Journal of Materials in Civil Engineering, ASCE, Vol. 15, No. 2, 2003, pp. 174-182. 

  21. 장규현, 다중 균열분산 거동을 고려한 HPFRCC부재의 휨해석, 서울대학교 대학원, 석사논문, 2006, 46 pp. 

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