본 논문은 복합재료 패널로 보강된 철근 콘크리트 보의 휨 실험과 해석을 통하여 패널의 보강효과에 대하여 알아보고자 한다. FRP 복합재료 패널은 전통적인 재료인 강재와 콘크리트에 비해 단위 무게당 강도 및 강성이 크고 부식에 대한 높은 저항성, 절연성, 고내구성 및 낮은 열전도성 등 우수한 물성으로 유지관리 측면에서 매우 유리하여 최근 많은 연구가 이루어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 범용 유한요소 해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 복합재료 패널로 보강된 철근 콘크리트 보의 극한 하중을 예측하고 실험을 수행하여 그 보강효과에 대한 고찰하였다. 복합재료 패널은 복합재료 패널 층의 유리섬유직조 형태에 따라 LT, DB, DBT로 구분하고 복합재료 패널의 층 개수에 따라 2ply, 3ply로 구분하였다. 실험을 수행한 결과, 해석과 일치하였으며 복합재료 패널로 보강한 철근 콘크리트 보가 극 한강도 측면에서 효율적이었다는 결론도 얻었다.
본 논문은 복합재료 패널로 보강된 철근 콘크리트 보의 휨 실험과 해석을 통하여 패널의 보강효과에 대하여 알아보고자 한다. FRP 복합재료 패널은 전통적인 재료인 강재와 콘크리트에 비해 단위 무게당 강도 및 강성이 크고 부식에 대한 높은 저항성, 절연성, 고내구성 및 낮은 열전도성 등 우수한 물성으로 유지관리 측면에서 매우 유리하여 최근 많은 연구가 이루어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 범용 유한요소 해석 프로그램인 ABAQUS를 이용하여 복합재료 패널로 보강된 철근 콘크리트 보의 극한 하중을 예측하고 실험을 수행하여 그 보강효과에 대한 고찰하였다. 복합재료 패널은 복합재료 패널 층의 유리섬유직조 형태에 따라 LT, DB, DBT로 구분하고 복합재료 패널의 층 개수에 따라 2ply, 3ply로 구분하였다. 실험을 수행한 결과, 해석과 일치하였으며 복합재료 패널로 보강한 철근 콘크리트 보가 극 한강도 측면에서 효율적이었다는 결론도 얻었다.
Experiment on flexural analysis of RC beams strengthened with composite material panel is presented. Recently, the strengthening of reinforced concrete structures using advanced fiber reinforced plastic (FRP) composites, and in particular the behavior of FRP-reinforced concrete structure is topic th...
Experiment on flexural analysis of RC beams strengthened with composite material panel is presented. Recently, the strengthening of reinforced concrete structures using advanced fiber reinforced plastic (FRP) composites, and in particular the behavior of FRP-reinforced concrete structure is topic that has become very popular because of good corrosion resistance and easy for site handling due to their light weight. In this study, an efficient computational analysis using ABAQUS to predict the ultimate moment capacity of reinforced concrete beams strengthened with FRP is presented. Test parameters in this study are the shape of fiber arrangement (LT, DB, DBT) and the number of carbon fiber sheets (2ply, 3ply). When comparing with results of the analytical model, results of the experiments show similar values. Furthermore, reinforced concrete beam with FRP obtains improved effects for ultimate strength.
Experiment on flexural analysis of RC beams strengthened with composite material panel is presented. Recently, the strengthening of reinforced concrete structures using advanced fiber reinforced plastic (FRP) composites, and in particular the behavior of FRP-reinforced concrete structure is topic that has become very popular because of good corrosion resistance and easy for site handling due to their light weight. In this study, an efficient computational analysis using ABAQUS to predict the ultimate moment capacity of reinforced concrete beams strengthened with FRP is presented. Test parameters in this study are the shape of fiber arrangement (LT, DB, DBT) and the number of carbon fiber sheets (2ply, 3ply). When comparing with results of the analytical model, results of the experiments show similar values. Furthermore, reinforced concrete beam with FRP obtains improved effects for ultimate strength.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
복합재료 패널의 휨 보강 성능을 확인하기 위하여 본연구에서는 최소철근비 이하의 실험체 B와 일반적인 균형 철근비의 실험체 D로 구분하여 실험을 진행하였다. 콘크리트의 강도는 50MPa이고, 철근의 인장강도는 400MPa이다.
복합재료는 거시적(macroscopic scale) 관점에서 둘 또는 그 이상의 재료를 혼합하여 본래의 성질과는 전혀 다른 우수한 재료를 만드는 것을 목적으로 하고 있다. 따라서 콘크리트 및 철근콘크리트도 광범위하게 보면 복합재료의 한 일부이기도 하다.
이러한 층을 조합하여 두께방향으로 직조(Stitched)되며, CSM등을 부착하여 사용되어질 수 있다. 본 과제에서는 섬유 배열이 LTE0/90], DB[+45/-45], DBTE+45/90/-45] 세 종류에 대한 복합재료 패널에 대하여 연구를 하였다.
본 실험은 인발성형 공법으로 제작된 복합재료 패널의 휨 보강 성능을 파악하기 위해 실험을 실시하였다. 철근콘크리트 보의 하단에 긴결재를 이용하여 복합재료 패널을 접합하고, MTS 사의 250kN 용량의 액츄에이터 (Actuator)를 사용하여 변위 제어 방법으로 가력 하였으며, FlexTest GT 제어기(Controller)를 사용하여 실험을 제어하였다.
본 연구에서는 섬유 적층 각 최적화 방법을 이용한 비접착식 구조보강용 복합재료 패널을 개발 하였다. ABAQUS를 이용한 구조해석 결과와 구조실험을 통해서 다음과 같은 결론을 얻었다.
가설 설정
NK54의 전체 길이는 54mm이지만 헤드부분(5mm)와 복합재료의 두께 (4mm)를 제외하면 최대 삽입 길이는 45mm이다. 고강도 콘크리트를 사용하기 때문에 실제 삽입길이는 최대삽입 길이의 60%(27mm)로 가정을 하였다. 그림 9의 그래프는 삽입 된 길이에 따른 긴결재의 강도를 나타내며, 본 연구의 긴결재 강도를 4kN으로 설정하였다.
D-LT-2는 긴결재를 단부에 앵커볼트를 설치하고, 중앙부에는 160mm 간격으로 긴결재를 설치하였고, 실험체 D-LT-2A는 단부와 중앙부 모두를 80mm 간격으로 "B" TYPE LT-2 지압 파괴 "D'TYPE LT-2 지압 파괴 설치하였다. 그림 11(e)에서와같이 최대하중 및 최대 처짐까지의 하중-변위 관계가 일치하였다.
구조해석 모델은 철근콘크리트의 강도, 유효철근비와 복합재료 패널의 보강 종류에 따라 구별하였으며, 구조해석 모델의 종류 및 해석 시 입력된 재료값을 표 3에 나타내었다. /密는 압축
구조해석 모델의 콘크리트와 복합재료 패널의 부재 요소는 CPS4R(Plane stress)를 적용하였고, 철근은 T2D2(Tmss)를 적용하였다.
복합재료는 매트릭스라는 임의 물질에 일정한 방향을 가진 섬유를 첨가함으로서 하나의 일체화된 재료로 만들어지게 된다. 그러므로 기계적 특성 및 복합재료의 구성은 필요한 용도에 따라 다르게 설계될 수 있으며, 구조물을 제작하기 위한 제조공정뿐만 아니라 선택된 재료의 종류 및 양이 기계적 특성 및 성능에 영향을 미칠 수 있으므로 구조용 부재에 사용될 수 있는 섬유 및 수지의 특성을 분석하였다.
본 연구에서는 기존 실험 결과 8⑩와 연구 결과成에 대하여 고찰하고, 위에서 언급한 것과 같은 복합재료 패널로 보강된 보에 대한 복합재료 패널 층의 섬유직조 형태에 따라 LT, DB, DBT로 구분하고, 패널을 구성하는 층의 개수에 따라 2ply, 3ply로 구분하여 철근 콘크리트 보의 극한강도를 해석연구를 하였다. 복합재료 패널로 보강된 철근 콘크리트 보의 해석을 위해서 범용 유한요소해석프로그램인 ABAQU沙挽를 이용하였다.
그러나 국내에서는 긴결재를이용한 접합방법에 관한 연구가 많이 이루어지고 있, 지 않다. 본 연구에서는 표 5에서와같이 많은 장점을 가진 긴 결재를 이용한 접합방식을 이용하였다.
철근콘크리트 보의 하단에 긴결재를 이용하여 복합재료 패널을 접합하고, MTS 사의 250kN 용량의 액츄에이터 (Actuator)를 사용하여 변위 제어 방법으로 가력 하였으며, FlexTest GT 제어기(Controller)를 사용하여 실험을 제어하였다. 또한, 변형률 및 변위측정을 위하여 일본 TDS 303 데이터로 거(Data logger)를 사용하였다.
167을 사용하였다. 최소철근비 이하의 모델은 전 단면에 대해서 인장이 작용할 것으로 보고 탄성계수를 압축부분의 탄성계수(31.034GPa)의 1/10(3.103GPa) 을 사용하였다. 최소철근비 이상의 모델인 경우 철근콘크리트의 탄성계수를 인장 부분과 압축 부분을 나누어 모델링을 하였고, 인장 부분의 탄성계수는 압축부분의 탄성계수의 vioi- 사용하였다.
대상 데이터
최소철근비 이상의 모델인 경우 철근콘크리트의 탄성계수를 인장 부분과 압축 부분을 나누어 모델링을 하였고, 인장 부분의 탄성계수는 압축부분의 탄성계수의 vioi- 사용하였다. 각각의 해석 모델은 보강재의 종류에 따라 무보강보, DB2, LT2와 LT3로 4가지 해석을 하였다. 경계조건은 단순 지지이며, 하중은 양단부에서 각각 750mm 떨어진 지점에 가하였다.
철근콘크리트 보의 하단에 긴결재를 이용하여 복합재료 패널을 접합하고, MTS 사의 250kN 용량의 액츄에이터 (Actuator)를 사용하여 변위 제어 방법으로 가력 하였으며, FlexTest GT 제어기(Controller)를 사용하여 실험을 제어하였다. 또한, 변형률 및 변위측정을 위하여 일본 TDS 303 데이터로 거(Data logger)를 사용하였다. 그림 5는 실험전경을 나타내고 있다
5 MPa의 실험체에 NK 47을 사용하였다. 본 연구에서는 실험체의 콘크리트 강도가 50MPa로 강도가 높아 긴결재가 충분히 들어갈 수 있도록 함과 동시에 효율적인 작업을 위하여 NK 54를 선택하였다. NK54의 전체 길이는 54mm이지만 헤드부분(5mm)와 복합재료의 두께 (4mm)를 제외하면 최대 삽입 길이는 45mm이다.
철근의 탄성계수와 항복강도는 각각 210GPa, 400MPa를 사용하였고, 철근과 콘크리트의 프아송비는 0.3과 0.167을 사용하였다. 최소철근비 이하의 모델은 전 단면에 대해서 인장이 작용할 것으로 보고 탄성계수를 압축부분의 탄성계수(31.
데이터처리
복합재료 패널을 ABAQUS를 이용하여 해석한 극한하중 값을 표 4에 비교하였다.
이론/모형
극한강도를 해석연구를 하였다. 복합재료 패널로 보강된 철근 콘크리트 보의 해석을 위해서 범용 유한요소해석프로그램인 ABAQU沙挽를 이용하였다.
본 연구에서는 복합재료 패널의 보강 효과를 알아보기 위하여 범용 유한요소 프로그램인 ABAQUS를 사용하였다. 구조해석 모델의 콘크리트와 복합재료 패널의 부재 요소는 CPS4R(Plane stress)를 적용하였고, 철근은 T2D2(Tmss)를 적용하였다.
성능/효과
(1) B-LT2와 B-LT2A의 실험 결과와 ABAQUS를 이용한 해석을 비교해 본 결과 본 연구에 사용된 긴결재 NIC를 사용한 결과와 앵커볼트를 사용한 결과가 매우 유사하다. 따라서 본 연구에 사용된 긴결재(NK)는 철근콘크리트와 복합재료 패널을 접합하기 위해 충분한 것으로 사료된다.
(2) 보강면적 전체에 긴결재를충분히 이용하여 접합하지 않으면 복합재료를 이용한 보강의 효과가 큰 오차를 보이고 있음을 알 수 있다.
(3) 본 연구에 사용된 복합재료 패널은 최대 31%의 우수한 보강효과를 보였다. 접합 방법으로는 긴결재를 이용하여 시공이 간단하며, 시간도 매우 절약됨을 알 수 있다
(4) 본 연구에서 사용된 복합재료 패널은 긴결재 접합에서 발생하는 쪼개짐이나 전단파괴 형태의 급격한 파괴 형태가 아닌 유리섬유 방향을 적절히 보강함으로서 파괴 형태 중 가장 바람직한 지압 파괴 양상을 유도하였다
DB-2ply의 보강 효과는 19%~35%를 나타냈으며 평균적으로 26%이며, DB-3ply의 보강효과는 21%~36% 를 나타냈으며 평균적으로 29%이다. LT 패널의 경우 LT-2ply의 보강효과는 23%~34%를 나타냈으며 평균적으로 29%이며, LT-3ply는 24%~42%를 나타냈으며 평균적으로 34%의 높은 보강 효과를 보였고 DBT 패널의 보강효과는 10%~30%를 나타냈으며 평균적으로 20%로 다른 패널에 비해 다소 낮은 보강 효과를 보였다.
나타냈으며 평균적으로 29%이다. LT 패널의 경우 LT-2ply의 보강효과는 23%~34%를 나타냈으며 평균적으로 29%이며, LT-3ply는 24%~42%를 나타냈으며 평균적으로 34%의 높은 보강 효과를 보였고 DBT 패널의 보강효과는 10%~30%를 나타냈으며 평균적으로 20%로 다른 패널에 비해 다소 낮은 보강 효과를 보였다.
따라서 본 연구에 사용된 긴결재(NK)는 철근콘크리트와 복합재료 패널을 접합하기 위해 충분한 것으로 사료된다.
따라서 본 연구에서 사용된 복합재료 패널은 접착제를 사용하지 않고 볼트와 같은 긴결재를 이용하여 구조물의 저 면에 밀착시키고 철근콘크리트 구조물에 접합하여 구조성능을 향상시킴으로써 구조보강 기술을 획기적으로 발전시킬 수 있다.
복합재료의 제조 방법으로 수적층 성형법, 필라멘트 와인딩, VARTM(Vacuum Aassisted Resin Transfer molding)성형법, 인발성형(Pi也usion)등의 많은 제조공법이 있으나 일정한 단면을 가진 구조부재를 대량으로 생산 가능한 인발성형공법이 가장 적합한 것으로 판단된다. 그림 1■은 인발성형 제조공정으로 연속섬유에 수지를함침 시켜 일정한 단면 형상의 가열된 금형을 통과하면서 연속적으로 제품이 성형되는 자동화된 제작 방법이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.