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콘크리트 휨부재 보강용 FRP의 부착성능 평가를 위한 실험방법 연구
Experimental Method for Evaluating Debonding Strength of FRPs Used for Retrofitting Concrete Structures 원문보기

복합신소재구조학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures, v.2 no.3, 2011년, pp.36 - 41  

우투이 나디아 (이화여자대학교 건축공학과) ,  김희선 (이화여자대학교 건축공학과)

초록
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본 연구에서는 한국산업표준에서 제시하는 콘크리트 강도 시험용 공시체를 이용하여 콘크리트 보강용 FRP의 부착성능을 평가하기 위한 실험방법을 제안하고 이에 따라 FRP의 부착성능을 평가해 보도록 한다. 따라서 탄소섬유와 유리섬유로 이루어진 FRP를 두 겹으로 보강하여 양생한 철근 콘크리트 보에서 보강재의 탈락이 유도될 수 있도록 실험체를 설계하고, 3점 재하 시 적절한 파괴형상 및 부착강도가 나타나는 지를 실험을 통해 관찰하였다. 실험결과, 보강재의 탈락으로 인한 파괴가 유도되었으므로, 본 연구에서 제안된 실험방법을 통하여 크기가 작은 일반강도 콘크리트 실험체에서 FRP의 부착강도를 평가할 수 있는 것으로 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study proposes a experimental method to evaluate bonding strength of FRPs used for retrofitting concrete structures. Specimens are designed so that debonding failure of FRPs can be induced from reinforced concrete beams retrofitted with two layers of carbon and glass FRPs. And three-point loadi...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 한국산업표준이 제시하는 콘크리트의 강도 시험용 공시체 제작방법(KS F 2403)을 기본으로 하되 콘크리트 보 단부의 전단파괴 및 휨 균열를 방지하기 위하여 보 중앙에 노치(notch)와 철근배근을 계획하고, 콘크리트 휨강도 시험방법 (KS F 2408)에 따라 3점 재하 시험을 수행하여 콘크리트 보강용 FRP의 부착강도를 측정할 수 있는 시험방법을 제안하고, 실험변수별 적용성 및 부착성능을 평가하고자 한다.
  • 본 연구에서는 FRP로 보강한 철근 콘크리트 보에서 부착강도를 측정하기 위한 실험방법을 제시하고 이에 따른 부착성능을 보강재 종류 및 보강재에 따라 평가해 보았다. 실험을 위하여 한국산업표준에서 제시하는 단면 150×150mm에 길이 550mm의 휨 시험용 공시체에 피복 20mm로 이형ㅤ철근인 D10 주철근을 배근하고, FRP로 두 겹 보강한 후, 3점 재하 실험을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 콘크리트에 부착된 FRP의 부착강도를 파악하기 위하여 일반강도 콘크리트 보에 FRP를 두 겹으로 부착하여 보강한 후, 가력실험을 수행하였다. 실험 변수는 Table 1과 같이 섬유의 종류와 부착 순서이며, 각 변수별로 세 개의 실험체를 제작하여 가력 실험을 수행하였다.
  • 실험 변수는 Table 1과 같이 섬유의 종류와 부착 순서이며, 각 변수별로 세 개의 실험체를 제작하여 가력 실험을 수행하였다. 탄소섬유와 유리섬유를 번갈아부착하는 하이브리드 FRP 보강의 경우에는 부착 순서에 따라 보강성능에 차이가 있다는 기존 연구결과에 근거하여, FRP 종류에 따른 부착성능을 연구해 보고자하였다(우투이 나디아, 김희선 2011).
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
FRP 보강의 장단점은? FRP 보강은 형상이 자유롭고 고강도라는 점에서 기존구조물에 적용하였을 때 기대되는 보강효과가 크다는 장점이 있으나 보강효과가 충분히 발휘되기 전에 보강재가 탈락하는 문제점이 있어 정확한 보강성능을 설계하고 파괴시점을 예측하기에 어려움이 있다. FRP로 보강된 부재의 구조 거동을 예측하기 위한 해석연구가 여러 방면으로 수행, 발표되어 왔으며, (최진우 등, 2010, 한택희 등, 2010), 특히 FRP의 부착강도를 예측하기 위한 다양한 해석기법은 그 원리에 따라 크게 전단성능 모델 (shear capacity based model), 콘크리트 치아 모델 (concrete tooth model), 계면응력 모델(interfacial stress based model)로 나눌 수 있다.
FRP의 부착강도를 예측하기 위한 해석기법은 어떻게 나눌 수 있는가? FRP 보강은 형상이 자유롭고 고강도라는 점에서 기존구조물에 적용하였을 때 기대되는 보강효과가 크다는 장점이 있으나 보강효과가 충분히 발휘되기 전에 보강재가 탈락하는 문제점이 있어 정확한 보강성능을 설계하고 파괴시점을 예측하기에 어려움이 있다. FRP로 보강된 부재의 구조 거동을 예측하기 위한 해석연구가 여러 방면으로 수행, 발표되어 왔으며, (최진우 등, 2010, 한택희 등, 2010), 특히 FRP의 부착강도를 예측하기 위한 다양한 해석기법은 그 원리에 따라 크게 전단성능 모델 (shear capacity based model), 콘크리트 치아 모델 (concrete tooth model), 계면응력 모델(interfacial stress based model)로 나눌 수 있다.(Smith and Teng, 2002).
콘크리트 구조물을 고정시킨 상태에서 구조물 밑면에 부착한 탄소섬유를 잡아당기는 형태의 실험을 수행하여 보강재의 부착강도를 측정하였지만 발생한 문제는? , 2006)은 콘크리트 구조물을 고정시킨 상태에서 구조물 밑면에 부착한 탄소섬유를 잡아당기는 형태의 실험을 수행하여 부착강도를 측정한 바 있다. 그러나 이러한 실험에서는 콘크리트 부재에서 편심 및 보강재 단부의 slip 현상이 발생한다는 단점이 있어, 이를 방지하기 위한 고정단을 설계해야 하는 어려움이 있다. 따라서 이러한 어려움을 해결하고 보다 간단한 시험방법을 제안하고자 Gartneret al.
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참고문헌 (12)

  1. 우투이 나디아, 김희선 (2011), 하이브리드 FRP로 보강된 콘크리트 보의 거동 예측을 위한 해석연구, 한국복합신소재구조학회 논문집, 제 2권, 제 2호, pp. 1-6. 

  2. 최진우, 주형중, 남정훈, 윤순종 (2010) FRP-콘크리트 합성말뚝의 개발, 한국복합신소재구조학회 논문집, 제 1권, 제 2호, pp. 20-28. 

  3. 한택희, 김효산, 장영두, 박윤호, 강영종 (2010), 지중 매설 GFRP 관로 및 플랜지의 거동 분석, 한국복합신소재구조학회 논문집, 제 1권, 제 1호, pp. 27-33. 

  4. Ali-Ahmad, M., Subramaniam, K., Ghosn, M., (2006), Experimental investigation and fracture analysis of debonding between concrete and FRP sheets, Journal of Engineering Mechanics, Vol. 132(9), pp. 914-923. 

  5. Bank, L.C., (2006), Composites for Construction, Wiley & Sons, New Jersey, pp. 42, 44, 51. 

  6. Gartner, A., Douglas, E.P., Dolan, C.W., Hamilton, H.R., (2011), Small beam bond test method for CFRP composites applied to concrete, Journal of Composites for Construction, Vol. 15(1), pp. 52-61. 

  7. Qu, Z., Lu, X.Z., Ye, L.P, (2005), Eixe effect of shear contribution of externally bonded FRP U-jackets for RC beams, Proceedings of the International Symposium on Bond Behavior of FRP in Structures, International Institute for FRP in Construction, pp. 363-372. 

  8. Shin, Y.S., Lee, C.D, (2003) Flexural behavior of reinforced concrete beams strengthened with carbon fiber-reinforced polymer laminates at different levels of sustaining load, ACI Structural Journal, Vol. 100(2), pp. 231-239. 

  9. Smith, S.T., Teng, J.G.(2002) FRP-strengthened RC beams. I: review of debonding strength models, Engineering Structures, Vol. 24(2002), pp. 385-395. 

  10. Smith, S.T., Teng, J.G.(2002) FRP-strengthened RC beams. II: assessment of debonding strength models, Engineering Structures, Vol. 24(2002), pp. 397-417. 

  11. Teng, J.G., Yao, J., (2006) Plate end Debonding failures of FRP-or Steel Plated RC Beams: A new Strength Model, Proceedings of the International Symposium on Bond Behaviour of FRP in Structures, pp. 283-290. 

  12. Wenwei, G., Guo, L., (2006) Experimental study and analysis of RC beams strengthened with CFRP laminates under sustaining load, International Journal of Solids and Structures, Vol. 43(2006), pp. 1372-1387. 

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