[논문]철근콘크리트 패널의 FRP 보강에 의한 방폭 성능 향상에 관한 실험 연구

하주형; 이나현; 김성배; 최종권; 김장호

doi:10.4334/jkci.2010.22.1.093

철근콘크리트 패널의 FRP 보강에 의한 방폭 성능 향상에 관한 실험 연구
Experimental Study on Blast Resistance Improvement of RC Panels by FRP Retrofitting 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.22 no.1, 2010년, pp.93 - 102

하주형 (연세대학교 사회환경시스템공학부) , 이나현 (연세대학교 사회환경시스템공학부) , 김성배 (연세대학교 사회환경시스템공학부) , 최종권 (현대건설기술연구소 재료팀) , 김장호 (연세대학교 사회환경시스템공학부)

초록
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최근, 토목 분야에서의 RC 구조물의 보강을 위한 FRP 사용이 증대되고 있다. 특히, FRP로 보강된 구조물의 폭발저항성능에 대한 관심이 증가하면서 폭발하중에 대한 FRP의 보강 효과에 대한 검토가 필요하게 되었다. 폭발하중을 받는 FRP의 보강 효과를 측정하기 위해 9개의 $1,000{\times}1,000{\times}150\;mm$의 RC 패널 시편을 제작하였으며, 각 시편에는 탄소섬유복합재(CFRP), 폴리우레아, 폴리우레아와 CFRP의 동시 보강한 경우와 현무암 섬유 복합재(BFRP, basalt fiber reinforced polymer)로 보강하여 각 보강 섬유의 폭발 저항 성능을 검토하고자 하였다. 폭발하중은 ANFO 15.88 kg의 장약량을 1.5 m 이격거리로 적용하였으며, 측정하고자 한 데이터는 초기 압력폭발압력하중 뿐만 아니라, 반사압력, 충격량, 중앙부의 처짐, 철근, 콘크리트 및 FRP의 변형률를 측정하였다. 각 시편의 파괴모드는 control 시편인 일반 강도 시편과 비교하였다. 실험을 통해 보강 재료에 따른 방폭 성능을 파악하였으며, 이 실험 결과는 구조물에 요구되는 방호 성능 및 방호도에 따라 보강 재료를 선택하는 기초자료로 활용될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, FRP usage for strengthening RC structures in civil engineering has been increasing. Especially, the use of FRP to strengthen structures against blast loading is growing rapidly. To estimate FRP retrofitting effect under blast loading, blast tests with nine $1,000{\times}1,000{\times}150\;mm$ RC panel specimens, which were retrofitted with carbon fiber reinforced polymer (CFRP), Polyurea, CFRP with Poly-urea and basalt fiber reinforced polymer (BFRP) have been carried out. The applied blast load was generated by the detonation of 15.88 kg ANFO explosive charge at 1.5 m standoff distance. The data acquisitions not only included blast waves of incident pressure, reflected pressure, and impulse, but also included central deflection and strains at steel, concrete, and FRP surfaces. The failure mode of each specimen was observed and compared with a control specimen. From the test results, the blast resistance of each retrofit material was determined. The test results of each retrofit material will provide the basic information for preliminary selection of retrofit material to achieve the target retrofit performance and protection level.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

18 m로 각각 실험을 수행하여 탄소섬유로 보강된 구조물의 강성이 큰 것을 확인하였다. Razaqpur et al.¹⁶⁾과 Tolba²⁰⁾는 철근콘크리트 패널에 직교성의 유리섬유를 부착하여 이격거리 3m에서 ANFO 22.68 kg, 35.38 kg의 폭발하중을 받는 콘크리트 부재의 보강 성능을 파악하고자 하였다.
이상의 문헌조사 분석을 통하여 이 연구에서는 기존 해외 연구에 비해 국내의 연구가 전무하다 할 수 있는 섬유 보강재로 보강된 콘크리트 구조물의 방폭 저항 성능 실험을 국내 최초로 수행하였으며, 서로 다른 섬유 보강재로 보강된 구조물의 거동 응답을 고찰하고 섬유 보강재의 재료적 특성 및 보강 기법에 따른 보강 효과를 규명하고자 한다. 또한, 국내외적으로 많이 사용되고 있는 탄소섬유 이외의 폴리우레아 및 바잘트섬유를 보강 섬유로 사용하였으며, 폴리우레아와 탄소섬유를 결합한 신규 방폭 재료를 개발하여, 그들의 폭발 저항 성능을 파악하고자 한다.
이 연구는 국내 최초로 민수목적에 의해 수행된 폭발 실험이며, 폭발압력하중을 받는 구조물의 영향과 CFRP, 폴리우레아, CFRP와 폴리우레아, BFRP의 보강 재료로 각각 보강된 철근콘크리트 패널 시편의 보강 효과 및 방호성능을 검토하였다. 그러나 국내의 제한된 여건으로 인해 실험 빈도 및 폭약량 산정 등의 충분한 변수 확보가 이뤄지지 않았다.
이상의 문헌조사 분석을 통하여 이 연구에서는 기존 해외 연구에 비해 국내의 연구가 전무하다 할 수 있는 섬유 보강재로 보강된 콘크리트 구조물의 방폭 저항 성능 실험을 국내 최초로 수행하였으며, 서로 다른 섬유 보강재로 보강된 구조물의 거동 응답을 고찰하고 섬유 보강재의 재료적 특성 및 보강 기법에 따른 보강 효과를 규명하고자 한다. 또한, 국내외적으로 많이 사용되고 있는 탄소섬유 이외의 폴리우레아 및 바잘트섬유를 보강 섬유로 사용하였으며, 폴리우레아와 탄소섬유를 결합한 신규 방폭 재료를 개발하여, 그들의 폭발 저항 성능을 파악하고자 한다.

가설 설정

또한, BFRP는 국내 S사의 PNC-Basalt 섬유를 사용하였다. 각 FRP시트는 Tyfo S epoxy를 사용하여 부착하였으므로, 이 연구에서는 보강재와 콘크리트 사이의 부착 성능이 동일하다고 가정하였다. 폴리우레아는 비교적 낮은 인장강도를 가지고 있는 한편, 높은 연신율을 가지고 있으며, BFRP는 높은 인장강도에 비해 비교적 강성이 작으며, CFRP에 비해 단가가 저렴한 특징이 있다.

제안 방법

1) 폭발압력하중을 산정하기 위해 1,000 × 1,000 × 150 mm의 철근콘크리트 패널 구조물의 1.5 m 떨어진 거리에 TNT 15.88 kg의 예비실험으로 구성하였으며, TNT의 경우에는 철제 외피로 인해 구조물의 파손 및 반사압력의 데이터 손실이 발생하였다.
이 실험에서는 control 시편인 일반 강도 콘크리트 시편과 더불어 탄소섬유(CFRP), 폴리우레아(Poly-urea), 탄소섬유와 폴리우레아를 동시에 보강한 경우(CPU), 바잘트섬유(BFRP)를 각 시편의 하부면에 보강한 시편으로 폭파 실험을 실시하였다. CFRP 시편과 BFRP 시편은 단방향의 섬유시트를 2겹으로 보강하여 직교성의 특성을 지니도록 하였으며, CPU 시편은 CFRP 1겹과 폴리우레아를 다른 시편들과 동일한 두께인 3 mm를 유지하도록 하였다. 한편 예비실험을 통해 TNT는 일정한 모양을 유지할 수 있는 장점을 가지고 있으나, TNT 자체의 철제 파편으로 인해 폭발압력에 대한 신호획득이 어렵다는 것을 파악하였다.
따라서 이 실험에서는 파편 발생이 없는 ANFO를 장약으로 선정하였다. 국내 폭발물 취급의 어려움과 예비실험을 통한 처짐량 및 게이지의 측정 범위 등을 고려하여 Fig. 1과 같이 시편과의 이격 거리 1.5 m, ANFO 15.88 kg의 폭발압력하중을 받도록 실험을 구성하였으며, 장약으로부터 5 m 떨어진 자유공간에서 대기 중 폭발 압력(free field pressure)을 측정하였다.
88 kg의 폭발압력하중을 받는 일반 강도 콘크리트 시편은 콘크리트 항복선의 형태에 따라 시편의 하부면에 방사형 균열이 발생하였으며, 휨 균열 및 전단균열의 형태 또한 발생하였다. 그러나 각 복합재료로 보강된 시편의 하부면은 측정할 수 없으므로 상부면 및 옆면을 검토하였다. CFRP로 보강된 시편은 시편 중앙부와 모서리 부분에 박락 및 박리현상이 발생하였으며, 폴리우레아만으로 보강된 시편은 다른 시편들에 비해 많은 박리와 더불어 보강재만 남을 정도의 박락이 발생하기도 하였다.
또한 콘크리트 시편 하부면에 가속도 게이지를 부착하여 충격 가속도 및 충격 강도를 측정하고자 하였으며, 철근의 변형률을 측정하기 위해 철근의 인장부에 총 4개의 변형률 게이지를, 콘크리트의 변형률을 측정하기 위해 상하부면의 중앙, 100 mm, 230 mm의 위치에 총 6개의 변형률 게이지를 부착하였다. 그러나 시편의 하부면에 복합 재료로 보강된 경우에는 복합 재료용 변형률 게이지를 이용하여 측정하였다.
그러므로 이 연구에서는 보강섬유 종류에 따른 폭발저항성능을 평가하기 위하여, 일반 강도 콘크리트 구조물에 탄소섬유(CFRP), 폴리우레아(Poly-urea), 바잘트섬유(Basalt FRP: BFRP)와 이 논문에서 개발한 탄소섬유와 폴리우레아를 결합한 복합섬유 등의 보강 재료를 부착한 후 폭발 실험을 수행하였으며, 1,000 × 1,000 × 150 mm의 철근콘크리트 패널 구조물을 제작하여 국내 민간에서는 최초로 폭파 실험을 국방과학연구소 다락대 시험장에서 수행하였다.
이 연구에서 사용된 동적 측정 장비는 Dewe 2010과 Dewe 5000으로써, 일반 토목 계측에서 사용되는 정적 측정 장비 또는 일반적인 동적 측정 장비에 비해 5배~10,000배인 50~500 kHz의 상당히 높은 샘플링 속도로 신호들을 수집하였다. 더불어 초고속카메라를 사용하여 1초에 5,000~6,800 frame을 촬영할 수 있도록 하였다.
또한 콘크리트 시편 하부면에 가속도 게이지를 부착하여 충격 가속도 및 충격 강도를 측정하고자 하였으며, 철근의 변형률을 측정하기 위해 철근의 인장부에 총 4개의 변형률 게이지를, 콘크리트의 변형률을 측정하기 위해 상하부면의 중앙, 100 mm, 230 mm의 위치에 총 6개의 변형률 게이지를 부착하였다. 그러나 시편의 하부면에 복합 재료로 보강된 경우에는 복합 재료용 변형률 게이지를 이용하여 측정하였다.
시편 지지 구조물은 2,000 × 2,000 × 300 mm의 기초위에 φ19.02 × 150 mm 세트 앵커(set anchor)로 고정하여 기초와 지지 구조물을 강결시켰다.
앞서 언급한 것과 같이 폭발하중을 받는 보강된 철근 콘크리트 구조물의 방폭 성능을 평가하기 위하여 이격거리 1.5 m에서 TNT 15.88 kg의 예비실험과 ANFO 15.88 kg의 실제 실험으로 구성하였으며, Fig. 6은 ANFO를 이용한 실제 폭파 장면이다. 폭발물에 폭원이 점화되면, 폭발물이 매우 빠른 속도로 열, 소리, 압력파의 형태로 에너지를 발산하며, ANFO의 경우에는 주로 고온고압의 가스 형태로 에너지가 발산되는 것을 볼 수 있다.
BFRP 시편을 제외한 각 시편마다 2 세트의 실험으로 수행되었으며, 일반 강도 콘크리트 시편의 1 세트는 예비실험으로 사용되었다. 이 실험에서는 control 시편인 일반 강도 콘크리트 시편과 더불어 탄소섬유(CFRP), 폴리우레아(Poly-urea), 탄소섬유와 폴리우레아를 동시에 보강한 경우(CPU), 바잘트섬유(BFRP)를 각 시편의 하부면에 보강한 시편으로 폭파 실험을 실시하였다. CFRP 시편과 BFRP 시편은 단방향의 섬유시트를 2겹으로 보강하여 직교성의 특성을 지니도록 하였으며, CPU 시편은 CFRP 1겹과 폴리우레아를 다른 시편들과 동일한 두께인 3 mm를 유지하도록 하였다.
이 연구에서는 철근콘크리트 패널 구조물을 대상 구조물로 선정하였으며, 콘크리트 시편을 지면과 동일한 위치에 거치시켜 구조물 부근의 대기 중 자유폭발을 유도하였다. 폭발로 인해 발생할 수 있는 회절 및 간섭 효과를 최소화 하여 콘크리트 시편위에서만 폭발압력하중을 받을 수 있도록 하였다.
이 연구에서는 폭발하중을 받는 보강재에 따른 철근콘크리트 구조물의 방폭 성능 효과를 파악하기 위하여 TNT 15.88 kg의 예비실험과 ANFO 15.88 kg의 실제 실험(maintest)으로 나눠 수행을 하였으며, 실험에 사용된 폭발물과 시편 종류는 Table 1과 같이 정리할 수 있다. BFRP 시편을 제외한 각 시편마다 2 세트의 실험으로 수행되었으며, 일반 강도 콘크리트 시편의 1 세트는 예비실험으로 사용되었다.
4 mm LVDT를 이용하여 기존의 참고문헌에서 쉽게 측정하지 않은 시편의 거동 및 최대 처짐을 측정하였다. 잔류변형(residual displacement)은 폭발압력과 같이 중앙부에서 230 mm떨어진 곳에서 측정하였으며, 더불어 콘크리트 시편의 단부 부분에 잔류변형 LVDT를 추가적으로 설치하여 단부에서의 처짐 여부를 판단하고자 하였다.
2와 같은 시편 지지 구조물을 SM-520, 두께 7 mm의 강재로 제작하였다. 지지 구조물에 250 mm 간격으로 stiffner를 설치하여 폭발하중에 의한 지지 구조물의 변형을 최소화하였으며, 별도의 강재 앵글과 클램프를 제작하여 콘크리트 시편과 지지 구조물이 고정될 수 있도록 하였다. 시편 지지 구조물은 2,000 × 2,000 × 300 mm의 기초위에 φ19.
철근콘크리트 패널 구조물이 받는 폭발압력하중은 Fig. 5에서 보는 것과 같이 시편 상부면의 중앙부와 230 mm(중앙에서 대각선 길이의 1/3지점) 떨어진 위치에서 측정하였다. 폭발하중을 받는 콘크리트 시편의 하부면 중앙부에 unspringed 방식의 ±25.
4와 같이 이루어졌다. 콘크리트 타설 및 양생이 이뤄지고 나면 표면처리를 하여 에폭시 프라이머를 콘크리트 표면에 도포한 뒤, 에폭시로 함침된 FRP 시트를 부착하거나 혹은, 폴리우레아를 스프레이 타설하였다. 한편 사용된 CFRP는 국내 C사에서 제공되는 외국 F사의 Tyfo S-epoxy로 함침된 Tyfo SCH-41S CFRP를 사용하였으며 사용된 폴리우레아는 일반 토목 구조물의 방수코팅에 사용되는 국내 A사의 PT-200제품을 사용하였다.
이 연구에서는 철근콘크리트 패널 구조물을 대상 구조물로 선정하였으며, 콘크리트 시편을 지면과 동일한 위치에 거치시켜 구조물 부근의 대기 중 자유폭발을 유도하였다. 폭발로 인해 발생할 수 있는 회절 및 간섭 효과를 최소화 하여 콘크리트 시편위에서만 폭발압력하중을 받을 수 있도록 하였다.²⁰⁾ 따라서 콘크리트 시편의 거치와 거동 측정을 위하여 Fig.
폭발하중을 받는 콘크리트 시편의 하부면 중앙부에 unspringed 방식의 ±25.4 mm LVDT를 이용하여 기존의 참고문헌에서 쉽게 측정하지 않은 시편의 거동 및 최대 처짐을 측정하였다.
02 × 150 mm 세트 앵커(set anchor)로 고정하여 기초와 지지 구조물을 강결시켰다. 폭파 실험 후 시편의 파괴 형상 측정과 계측 관련 작업을 용이하게 하기 위해 지지 구조물의 한쪽 면을 개방하여 출입구로 사용할 수 있도록 하였다.

대상 데이터

폭발로 인해 발생할 수 있는 회절 및 간섭 효과를 최소화 하여 콘크리트 시편위에서만 폭발압력하중을 받을 수 있도록 하였다.²⁰⁾ 따라서 콘크리트 시편의 거치와 거동 측정을 위하여 Fig. 2와 같은 시편 지지 구조물을 SM-520, 두께 7 mm의 강재로 제작하였다. 지지 구조물에 250 mm 간격으로 stiffner를 설치하여 폭발하중에 의한 지지 구조물의 변형을 최소화하였으며, 별도의 강재 앵글과 클램프를 제작하여 콘크리트 시편과 지지 구조물이 고정될 수 있도록 하였다.
88 kg의 실제 실험(maintest)으로 나눠 수행을 하였으며, 실험에 사용된 폭발물과 시편 종류는 Table 1과 같이 정리할 수 있다. BFRP 시편을 제외한 각 시편마다 2 세트의 실험으로 수행되었으며, 일반 강도 콘크리트 시편의 1 세트는 예비실험으로 사용되었다. 이 실험에서는 control 시편인 일반 강도 콘크리트 시편과 더불어 탄소섬유(CFRP), 폴리우레아(Poly-urea), 탄소섬유와 폴리우레아를 동시에 보강한 경우(CPU), 바잘트섬유(BFRP)를 각 시편의 하부면에 보강한 시편으로 폭파 실험을 실시하였다.
88 kg의 예비실험으로 구성하였으며, TNT의 경우에는 철제 외피로 인해 구조물의 파손 및 반사압력의 데이터 손실이 발생하였다. 그러므로 이 실험에서는 외피에 의한 손상이 없고, 성형이 가능한 ANFO 15.88 kg으로 이 실험을 구성하였다. 1.
한편 예비실험을 통해 TNT는 일정한 모양을 유지할 수 있는 장점을 가지고 있으나, TNT 자체의 철제 파편으로 인해 폭발압력에 대한 신호획득이 어렵다는 것을 파악하였다. 따라서 이 실험에서는 파편 발생이 없는 ANFO를 장약으로 선정하였다. 국내 폭발물 취급의 어려움과 예비실험을 통한 처짐량 및 게이지의 측정 범위 등을 고려하여 Fig.
한편 사용된 CFRP는 국내 C사에서 제공되는 외국 F사의 Tyfo S-epoxy로 함침된 Tyfo SCH-41S CFRP를 사용하였으며 사용된 폴리우레아는 일반 토목 구조물의 방수코팅에 사용되는 국내 A사의 PT-200제품을 사용하였다. 또한, BFRP는 국내 S사의 PNC-Basalt 섬유를 사용하였다. 각 FRP시트는 Tyfo S epoxy를 사용하여 부착하였으므로, 이 연구에서는 보강재와 콘크리트 사이의 부착 성능이 동일하다고 가정하였다.
3에서 보는 것과 같이 12-D10 철근으로 격자형 양단배근으로 제작하였다. 사용된 D10 철근은 항복강도 400 MPa, 극한강도 600 MPa의 이형철근을 사용하였다. 콘크리트는 일반 구조물에 사용되는 강도인 24 MPa로 배합하였으며, 실험 수행 당시에는 평균 25.
이 연구에서 사용된 동적 측정 장비는 Dewe 2010과 Dewe 5000으로써, 일반 토목 계측에서 사용되는 정적 측정 장비 또는 일반적인 동적 측정 장비에 비해 5배~10,000배인 50~500 kHz의 상당히 높은 샘플링 속도로 신호들을 수집하였다. 더불어 초고속카메라를 사용하여 1초에 5,000~6,800 frame을 촬영할 수 있도록 하였다.
이 연구에서 수행된 폭발하중을 받는 콘크리트 시편의 처짐은 중앙부 하단에 설치한 LVDT를 이용하여 Fig. 12와 같은 거동을 측정하였다. Fig.
총 9개의 1,000 × 1,000 × 150 mm 철근콘크리트 패널 시편은 Fig. 3에서 보는 것과 같이 12-D10 철근으로 격자형 양단배근으로 제작하였다.
사용된 D10 철근은 항복강도 400 MPa, 극한강도 600 MPa의 이형철근을 사용하였다. 콘크리트는 일반 구조물에 사용되는 강도인 24 MPa로 배합하였으며, 실험 수행 당시에는 평균 25.6 MPa의 콘크리트 압축강도를 나타내었다. 일반강도 배합표와 보강재료물성의 특성은 각각 Tables 2와 3에서 나타내고 있으며 콘크리트 시편 제작은 Fig.
콘크리트 타설 및 양생이 이뤄지고 나면 표면처리를 하여 에폭시 프라이머를 콘크리트 표면에 도포한 뒤, 에폭시로 함침된 FRP 시트를 부착하거나 혹은, 폴리우레아를 스프레이 타설하였다. 한편 사용된 CFRP는 국내 C사에서 제공되는 외국 F사의 Tyfo S-epoxy로 함침된 Tyfo SCH-41S CFRP를 사용하였으며 사용된 폴리우레아는 일반 토목 구조물의 방수코팅에 사용되는 국내 A사의 PT-200제품을 사용하였다. 또한, BFRP는 국내 S사의 PNC-Basalt 섬유를 사용하였다.

성능/효과

Fig. 12(a)에서 볼 수 있듯이 TNT 15.88 kg로 실험한 일반 강도 콘크리트 시편의 경우에는 LVDT가 측정할 수 있는 범위를 넘었으며, ANFO 15.88 kg의 경우에는 최대 처짐 18.57 mm, 잔류변위 5.79 mm가 발생하였다. CFRP로 보강한 시편의 경우에는 최대 처짐이 17 mm, 12.
88 kg으로 이 실험을 구성하였다. 1.5 m에서의 반사압력과, 5 m 떨어진 대기 중 폭발압력 모두 ConWEP과 유사하게 예측하였으나, 실제 폭파할 당시의 온도, 습도, 바람 등의 환경조건과 다짐 등의 구속조건, 장약량의 형태 및 기폭제의 위치 등의 기폭조건에 따라 각 시편에서 받는 압력하중 및 충격량이 서로 상이한 것을 확인할 수 있었다. 이는 외국의 폭발 실험 문헌자료를 통해 충분히 발생할 수 있는 오차라 판단되므로, 최대처짐 및 잔류변형량의 절대값을 통해 콘크리트의 방호 성능을 평가하는 것뿐만 아니라, 균열 패턴 및 구조물의 거동에 중점을 두고 판단하는 것이 바람직하다고 판단된다.
2) ANFO 15.88 kg의 폭발압력하중을 받는 일반 강도 콘크리트 시편은 콘크리트 항복선의 형태에 따라 시편의 하부면에 방사형 균열이 발생하였으며, 휨 균열 및 전단균열의 형태 또한 발생하였다. 그러나 각 복합재료로 보강된 시편의 하부면은 측정할 수 없으므로 상부면 및 옆면을 검토하였다.
3) 실험 결과를 통해 일반 강도 콘크리트 시편에 대한 CFRP, PU, CPU, BFRP 보강시편의 평균 최대 처짐은 이 폭발 실험의 조건에서는 21.4%, 15.7%, 37.4%, 19.8%, 평균 잔류변형에 대해서는 각 시편별로 67.4%, 43.0%, 63.7%, −11.3%의 보강효과가 있음을 확인하였다.
4) 최대 처짐과 잔류변형 차이율을 비교해 보면 NSC, CFRP, PU, CPU, BFRP는 각각 51.4%, 79.9%, 67.14%, 71.8%, 32.5%와 같다. 즉 CFRP와 CPU 시편의 경우 비교적 큰 에너지 소산 능력이 있음을 확인할 수 있다.
그러나 Table 4에서 볼 수 있듯이 폭발압력하중은 폭파 당시의 바람의 방향, 온도, 습도, 폭발물의 성형 상태에 크게 영향을 받으므로 폭발할 때마다 서로 다르게 압력하중이 발생하였고, 이는 외국실험의 사례들을 통해서도 알 수 있듯이, 폭파 실험에서 충분히 발생할 수 있는 오차로 판단된다. ANFO 15.88 kg을 TNT 등가 환산으로 계산하면 TNT 13.02 kg이며, TNT 15.88 kg와 비교해보면, 대기 중 폭발압력은 약 15.9%, 충격량은 약 13.5% 정도 적은 것을 알 수 있다.
79 mm가 발생하였다. CFRP로 보강한 시편의 경우에는 최대 처짐이 17 mm, 12.289 mm로 측정되었으며, 일반 강도 시편에 비하여 +방향(시편 상부면)으로 바운스되는 경향이 있음을 확인하였다. Fig.
그러나 변형률 게이지의 허용변형률 이상으로 콘크리트가 변형 하더라도, 잔류 변형률은 대략 1,000~5,000 µε으로 다시 회복하는 것을 통해 이 연구에서 사용된 복합 재료가 충분한 연성 및 보강 효과 있다고 판단된다.
그러나 국내의 제한된 여건으로 인해 실험 빈도 및 폭약량 산정 등의 충분한 변수 확보가 이뤄지지 않았다. 그렇지만 이 연구를 통해 확보된 실험 결과를 토대로 CFRP, PU, CPU, BFRP로 보강된 구조물이 일반강도 콘크리트 시편에 비해 강성 및 연성 증가로 인한 에너지 흡수 및 에너지 소산 능력이 증대되었으며, 구조물의 방호 성능과 방호도에 따라 적절한 보강 재료의 사용이 가능하다고 판단되었다. 더불어 추후 향상된 방호 시스템 구축을 위한 콘크리트 패널의 제원 및 정확한 매개변수 등에 대한 연구가 수행되어야 할 것이다.
이 실험에서는 콘크리트 시편에 작용하는 폭발압력하중과 대기 중 폭발압력이 Fig. 8과 같은 경향으로 측정되었으며, ConWEP에 의해 예측된 폭발 압력하중과 비교적 유사하였고, 대기 중 폭발압력에 비해 콘크리트 시편에 작용한 반사압력하중이 대략 10배 정도 차이가 발생하였다. 그러나 Table 4에서 볼 수 있듯이 폭발압력하중은 폭파 당시의 바람의 방향, 온도, 습도, 폭발물의 성형 상태에 크게 영향을 받으므로 폭발할 때마다 서로 다르게 압력하중이 발생하였고, 이는 외국실험의 사례들을 통해서도 알 수 있듯이, 폭파 실험에서 충분히 발생할 수 있는 오차로 판단된다.
3396 MPa-msec으로 측정되었다. 이격거리 5m로 계산한 ConWEP은 압력하중은 0.1970 MPa, 충격량은 0.2326 MPa-msec으로, 측정된 대기 중 폭발압력은 ConWEP에 의한 예측값에 비해 압력하중은 4.77%, 충격량은 46.0% 크게 발생하였다.
이를 통하여 보강 재료에 따른 최대 처짐에 대한 보강 효과는 CFRP는 21.4%, PU는 15.7%, CPU는 37.4%, BFRP는 19.8%이며, 잔류변형에 대해서는 각 시편별로 67.4%, 43.0%, 63.7%, −11.3%의 보강 효과가 있다.
3%의 보강효과가 있음을 확인하였다. 즉 최대 처짐의 경우 폴리우레아와 CFRP를 동시에 보강한 CPU가 폴리우레아의 큰 연신율과 CFRP의 큰 인장강도로 다른 시편에 비하여 높은 보강 효과를 보이고 있으며, 잔류변형에 대한 보강 효과를 판단해보면, CFRP 및 CPU의 보강 효과가 뛰어난 것을 확인할 수 있다. 즉 폴리우레아는 강성의 증가보다는 파편 및 연성증가에 효과적인 것으로 판단된다.
3%의 보강 효과가 있다. 최대 처짐에 대한 최대 변형과 잔류변형 차이의 비율로써 콘크리트 및 보강 재료에 의한 에너지 소산 능력을 살펴보면, NSC는 51.4%, CFRP는 79.9%, PU는 67.14%, CPU는 71.8%, BFRP는 32.5%와 같다. 즉 CFRP와 CPU의 시편의 경우 비교적 큰 에너지 소산 능력이 있음을 확인할 수 있다.

후속연구

즉 CFRP와 CPU 시편의 경우 비교적 큰 에너지 소산 능력이 있음을 확인할 수 있다. 그러므로 최대 처짐, 잔류변형 및 에너지 소산 능력에 따른 적절한 보강 재료를 선택하여 각 구조물의 사용도 및 보수보강 여부, 가격대비 보강 성능에 따라 사용해야 할 것으로 판단된다.
그렇지만 이 연구를 통해 확보된 실험 결과를 토대로 CFRP, PU, CPU, BFRP로 보강된 구조물이 일반강도 콘크리트 시편에 비해 강성 및 연성 증가로 인한 에너지 흡수 및 에너지 소산 능력이 증대되었으며, 구조물의 방호 성능과 방호도에 따라 적절한 보강 재료의 사용이 가능하다고 판단되었다. 더불어 추후 향상된 방호 시스템 구축을 위한 콘크리트 패널의 제원 및 정확한 매개변수 등에 대한 연구가 수행되어야 할 것이다. 이 연구의 폭발 실험 결과를 통해 얻어진 결론은 다음과 같다.
이 연구의 제한된 실험 결과만으로 다양한 역학적 특성을 갖는 복합 신소재 구조의 거동을 결론짓기는 미흡하다고 판단되므로, 추가적인 방폭 실험과 정밀실험 조건을 검토해야 하며, 추후, 정밀 폭발 해석(HFPB)을 수행하여 실험 결과를 분석해야할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	폭발하중을 받는 콘크리트 구조물은 반드시 변형률 속도와 손상 효과를 고려해야 하는 까닭은?	이러한 폭발사고는 구조물에 손상 뿐 아니라 특히 도심지에서는 무고한 인명 피해를 가져오는 결과를 초래하기도 한다. 폭발로 인해 발생하는 폭발하중은 매우 큰 압력과 열을 극도로 짧은 시간에 방출하는 충격하중이므로, 폭발하중을 받는 콘크리트 구조물은 반드시 변형률 속도와 손상 효과를 고려해야한다.1-6)
	섬유 보강재를 부착하여 부재의 단면을 보강하는 방법의 장점은?	구조 부재나 지지 구조물 등을 추가로 설치하여 저항성능을 향상시키는 방법은 공간의 제약과 비용 증가의 문제 등이 발생하며, 이는 경제적 측면 또는 구조적인 측면에서 효율성이 떨어진다. 반면, 섬유 보강재(fiber reinforced polymer, FRP)를 부착하여 주요 구조 부재의 단면을 보강하는 방법은 부재 자체의 성능을 향상시킴과 동시에 별도의 공간을 필요로 하지 않으므로 구조적 성능이나 경제적, 공간적 효율을 높이는데 유리한 대표적인 보강공법이라 할 수 있다.10-12)
	다른 보강섬유에 비해 바잘트섬유(BFRP)의 특징은?	각 FRP시트는 Tyfo S epoxy를 사용하여 부착하였으므로, 이 연구에서는 보강재와 콘크리트 사이의 부착 성능이 동일하다고 가정하였다. 폴리우레아는 비교적 낮은 인장강도를 가지고 있는 한편, 높은 연신율을 가지고 있으며, BFRP는 높은 인장강도에 비해 비교적 강성이 작으며, CFRP에 비해 단가가 저렴한 특징이 있다.

참고문헌 (24)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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