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초록
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철근의 부식을 해결하기 위해 철근의 대체 재료로 적용 가능한 FRP에 대한 연구의 적용성이 대두되었다. 그러나 취성적인 성질과 탄성계수가 낮은 단점을 가지고 있어, FRP rebar로 보강된 휨 부재의 사용성 평가 즉 처짐에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 보강비를 변수로 한, CFRP rebar로 보강된 콘크리트 보의 휨 실험을 수행하였다. 실험 결과, CFRP rebar로 보강된 실험체는 보강비가 증가함에 따라 내력 및 강성이 증가하는 양상을 보였으며, 철근 실험체와 동일한 단면성능을 발휘하기 위해서는 약 1.3배의 보강비가 요구되는 것으로 나타났다. 또한 유효단면2차모멘트에 대한 기존 제안식의 비교 결과, Bischoff & Scanlon이 제안한 식이 가장 정밀해에 가까운 처짐을 예측하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To address the problems caused by the corrosion of steel rebar, active research has recently been carried out on members where fiber-reinforced polymer (FRP) is used in place of rebar. As FRP bar is highly brittle and has a low modulus of elasticity, further research is needed on the evaluation of s...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 균형 보강비 이상의 보강비를 가지는 실험체의 거동에 대해서만 다루기로 하였다. 균형보강비는 ACI 440.
  • 그러나 FRP는 철근과 다른 역학적 성질로 인하여 기존 철근 콘크리트에 대한 품질관리 기준 및 설계방법을 따를 수 없으며(1) 특히 철근에 비해 낮은 탄성계수로 인하여 동일한 단면의 철근 콘크리트보다 더 큰 처짐이 발생시킴으로 처짐에 관련된 사용성이 중요한 검토 사항으로 대두되고 있다. 따라서 본 연구에서는 철근을 대체하여 보강근으로 사용하고자 하는 FRP 중, 국내에서 생산된 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer) 보강근이 적용된 콘크리트 보의 휨 성능을 평가하고자 하였다. 또한 부재의 처짐은 유효단면2차모멘트에 의해 산정되기 때문에 기존 유효단면2차모멘트 산정식에 대한 유효성을 평가하여 향후 FRP 보강근을 사용한 콘크리트 보의 설계 및 적용에 있어 기초적인 자료를 제공하고자 하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 철근을 대체하여 보강근으로 사용하고자 하는 FRP 중, 국내에서 생산된 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer) 보강근이 적용된 콘크리트 보의 휨 성능을 평가하고자 하였다. 또한 부재의 처짐은 유효단면2차모멘트에 의해 산정되기 때문에 기존 유효단면2차모멘트 산정식에 대한 유효성을 평가하여 향후 FRP 보강근을 사용한 콘크리트 보의 설계 및 적용에 있어 기초적인 자료를 제공하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 CFRP 보강근으로 보강된 보의 휨 거동 및 기존 유효단면2차모멘트 산정식의 유효성 평가를 위해 보강비를 변수로 한 실험체 총 6개를 제작하여 실험을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 CFRP 보강근으로 보강한 콘크리트 보의 휨 실험을 통하여 보강비에 따른 휨 성능 및 기존 유효단면2차모멘트 산정식의 유효성을 평가하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
철근의 대체 재료로 적용 가능한 FRP의 단점은 무엇인가? 철근의 부식을 해결하기 위해 철근의 대체 재료로 적용 가능한 FRP에 대한 연구의 적용성이 대두되었다. 그러나 취성적인 성질과 탄성계수가 낮은 단점을 가지고 있어, FRP rebar로 보강된 휨 부재의 사용성 평가 즉 처짐에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 보강비를 변수로 한, CFRP rebar로 보강된 콘크리트 보의 휨 실험을 수행하였다.
철근콘크리트의 장점은? 철근콘크리트는 시공성, 경제성 등의 장점으로 폭넓게 사용되고 있으나 사용연한에 따른 철근 부식 문제는 구조물의 내구성 저하를 유발하게 된다. 이에 콘크리트 피복두께 증가 및 에폭시 도막처리 등 철근의 부식을 제어하기 위한 연구가 오래 전부터 수행되고 있으며 특히, 최근 들어 인장 강도가 우수하고 비부식성, 비자기성, 비전기성 등의 장점을 가지는 Fiber Reinforced Polymer(FRP)를 이용한 보강근이 철근의 대체 재료로써 부각됨에 따라 그에 따른 연구가 활발히 진행되고 있다.
사용연한에 따른 철근 부식 문제는 무엇을 유발하는가? 철근콘크리트는 시공성, 경제성 등의 장점으로 폭넓게 사용되고 있으나 사용연한에 따른 철근 부식 문제는 구조물의 내구성 저하를 유발하게 된다. 이에 콘크리트 피복두께 증가 및 에폭시 도막처리 등 철근의 부식을 제어하기 위한 연구가 오래 전부터 수행되고 있으며 특히, 최근 들어 인장 강도가 우수하고 비부식성, 비자기성, 비전기성 등의 장점을 가지는 Fiber Reinforced Polymer(FRP)를 이용한 보강근이 철근의 대체 재료로써 부각됨에 따라 그에 따른 연구가 활발히 진행되고 있다.
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참고문헌 (13)

  1. ACI Committee 440, Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars(ACI 440.1R-06), Farmington Hills, Michigan, 2006. 

  2. 이영학, 최준호, 김희철, 김동혁, 나성준, “CFRP 보강근의 부착강도에 대한 실험적 연구,” 대한건축학회논문집 구조계, 제24권, 제 11호, 53-60, 2008년 11월. 

  3. Habeeb, M. N., and Ashour, A. F., “Flexural Behavior of Continuous GFRP Reinforced Concrete Beams,” Journal of Composite for Construction, Vol. 12, No. 2, 115-124, 2008 

  4. Benmokrane, B., Chaallal, O., and Masmoudi, R., “Flexural Response of Concrete Beams Reinforced with FRP Reinforcing Bars,” ACI Structural Journal, V. 91, No. 2, 46-55, 1995. 

  5. 신성우, 안종문, 한범석, 서대원, “FRP 보강근을 주근으로 사용한 콘크리트보의 보강비효과,” 대한건축학회논문집 구조계, 22권, 2호, 19-26, 2006년 2월. 

  6. Bischoff, P. H., “Deflection Calculation of FRP Reinforced Concrete Beams Based on Modifications to the Existing Branson Equation,” Journal of Composites for Construction, V. 11, No. 1, 4-14, 2007. 

  7. Nayal, R., Rasheed, H. A., “Tension Stiffening Model for Concrete Beams Reinforced with Steel and FRP Bars,” Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 18, No. 6, 831-841, 2006. 

  8. Rashid, M.A., Mansur, M.A., and Paramasivam, P., “Behavior of Aramid Fiber-Reinforced Polymer Reinforced High Strength Concrete Beams Under Bending,” Journal of Composites for Construction, V. 9, No. 2, 117-127, 2005 

  9. Rafi, M. M., Nadjai, A., Ali, F., and Talamona, D., “Aspects of behaviour of CFRP reinforced concrete beams in bending,” Construction and Building Materials, 22, 277-285, 2008. 

  10. Scanlon, A., and Bischoff, P. H., “Shrinkage Restraint and Loading History Effects on Deflection of Fiber-Reinforced Polymer Reinforced Beams,”ACI Structural Journal, V.105, No. 4, 498-506, 2008. 

  11. ACI Committee 435, Control of Deflection in Concrete Structures(ACI 435R-95), Farmington Hills, Michigan, 1995. 

  12. Bischoff, P. H., and Scanlon, A., “Effective Moment of Inertia for Calculating Deflections of Concrete Members Containing Steel Reinforcement and Fiber-Reinforced Polymer Reinforcement,” ACI Structural Journal, V. 104, No. 1, 68-75, 2007. 

  13. ACI Committee 318, Building Code Requirement for Structural Concrete(ACI 318-05), Farmington Hills, Michigan, 2005. 

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