선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- ECC와 고장력 철근으로 보강된 RC보와 기준 RC보의 성능을 검증하기 위하여, 인장 피복부 ECC 단면 교체의 유/무와 보강된 고장력 철근의 개수를 변수로 설정하였다. 또한 탄소 섬유 메쉬(CFM)를 인장 피복부에 일반 콘크리트로 매립하여 보강한 실험체와 인장부에 탄소 섬유판(CFRP)으로 부착 보강한 실험체를 제작하여 ECC와 고장력 철근으로 보강된 RC보의 성능을 검증하고자 하였다.
- 이 연구에서는 ECC와 고장력 철근을 사용한 보강 방법을 제시하고, 그 성능을 평가하고자 하였다. 이를 위하여 탄소 섬유, ECC, ECC와 고장력 철근으로 보강한 보를 제작하여 보강 방법에 따른 휨 거동 특성 즉, 균열 저항성, 박리/박락 방지 성능, 하중-변위 특성을 조사하였으며, 이를 통하여 얻은 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 이러한 보강 공법들의 단점을 개선할 목적으로, 이 연구에서는 ECC를 사용함으로써 균열 저항성 및 박리/박락 방지 휨 성능이 우수하고, 고장력 철근을 사용함으로써 보의 성능을 향상시킬 수 있는 보강 공법을 제시하고 실용화를 위한 기초 자료를 확보하고자 한다. 이를 위하여 탄소 섬유 메쉬, 탄소 섬유판, ECC, ECC와 고장력 철근으로 보강한 보를 제작하여 보강 방법에 따른 휨 거동 특성 즉, 균열 저항성, 박리/박락 방지 성능, 하중-변위 특성을 조사하였다.
제안 방법
- 2) 개발된 공법의 성능검증을 위해 기준 철근콘크리트보 및 기존 보강 공법으로 보강한 철근콘크리트 보와 비교하여 4점 휨 실험을 수행하였다. 실험 결과, ECC 시리즈 실험체는 휨 균열이 발생된 이후에 균열의 폭이 증가하지 않고 일정하게 제어되었다.
- ECC와 고장력 철근으로 보강된 RC보의 성능 검증을 위하여 Table 4와 같이 6개의 RC보 실험체를 제작하여 4점 휨 재하 실험을 수행하였다. ECC와 고장력 철근으로 보강된 RC보와 기준 RC보의 성능을 검증하기 위하여, 인장 피복부 ECC 단면 교체의 유/무와 보강된 고장력 철근의 개수를 변수로 설정하였다. 또한 탄소 섬유 메쉬(CFM)를 인장 피복부에 일반 콘크리트로 매립하여 보강한 실험체와 인장부에 탄소 섬유판(CFRP)으로 부착 보강한 실험체를 제작하여 ECC와 고장력 철근으로 보강된 RC보의 성능을 검증하고자 하였다.
- 9와 10, Tables 5와 6은 실험체 지간의 중앙에서 측정한 하중-처짐 및 모멘트-곡률 관계와 각 실험체에 대한 재하 시험 결과를 비교 정리한 것이다. 곡률은 압축부와 인장부에 위치한 LVDT 측정값을 이용하여 계산하였다. 또한 압축부의 콘크리트 게이지와 인장부의 주철근 게이지에서 측정된 변형률을 갖고서 곡률을 확인하였는데, LVDT 측정값으로 계산한 곡률과 유사한 값을 나타내었다.
- 5는 ECC 시리즈 실험체의 제작 순서를 나타낸다. 기준 실험체와 동일한 RC보의 인장부를 표면으로부터 60 mm까지 제거하여 치핑한 후, 고장력 철근을 치핑면에서 30 mm 이격된 위치에 배근한 다음 ECC를 타설하였다. 한편 실험체 RC-CFM은 ECC 시리즈 실험체와 제작 순서는 같으나 탄소 섬유 메쉬를 설치한 후 설계기준 압축강도 24 MPa의 일반 콘크리트를 현장에서 타설하여 실험체를 제작하였고, 실험체 RC-CFRP는 기준 실험체의 인장부에 탄소 섬유판을 에폭시로 부착하여 제작하였다.
- 6과 같이 4점 재하 방식으로 재하 실험을 수행하였다. 실험체의 양 단부로부터 300 mm위치에 회전단을 설치하여 순지간이 3,400 mm가 되도록 하였다. 2점 하중 가력점 사이의 거리는 800 mm로서, 이 영역에서 순수 휨이 작용하도록 하였다.
- 이러한 보강 공법들의 단점을 개선할 목적으로, 이 연구에서는 ECC를 사용함으로써 균열 저항성 및 박리/박락 방지 휨 성능이 우수하고, 고장력 철근을 사용함으로써 보의 성능을 향상시킬 수 있는 보강 공법을 제시하고 실용화를 위한 기초 자료를 확보하고자 한다. 이를 위하여 탄소 섬유 메쉬, 탄소 섬유판, ECC, ECC와 고장력 철근으로 보강한 보를 제작하여 보강 방법에 따른 휨 거동 특성 즉, 균열 저항성, 박리/박락 방지 성능, 하중-변위 특성을 조사하였다.
- 이 연구에서는 ECC와 고장력 철근을 사용한 보강 방법을 제시하고, 그 성능을 평가하고자 하였다. 이를 위하여 탄소 섬유, ECC, ECC와 고장력 철근으로 보강한 보를 제작하여 보강 방법에 따른 휨 거동 특성 즉, 균열 저항성, 박리/박락 방지 성능, 하중-변위 특성을 조사하였으며, 이를 통하여 얻은 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 철근 변형률 게이지는 콘크리트 타설 전에 미리 주철근 길이에 대하여 중간 지점에 부착하였다. 처짐은 변위계를 이용하여 직접 계측하였고, 곡률은 압축부에 위치한 콘크리트 변형률 게이지와 LVDT, 그리고 인장부의 주철근 변형률 게이지와 LVDT의 측정값을 이용하여 계산하였다.
- 초기 균열 이후 균열 단면에서의 강성을 평가하기 위하여 등가 강성 개념을 도입하였으며, 실험체에서 측정된 값을 이용하여 다음 식에 의해 산정하였다.
- 기준 실험체와 동일한 RC보의 인장부를 표면으로부터 60 mm까지 제거하여 치핑한 후, 고장력 철근을 치핑면에서 30 mm 이격된 위치에 배근한 다음 ECC를 타설하였다. 한편 실험체 RC-CFM은 ECC 시리즈 실험체와 제작 순서는 같으나 탄소 섬유 메쉬를 설치한 후 설계기준 압축강도 24 MPa의 일반 콘크리트를 현장에서 타설하여 실험체를 제작하였고, 실험체 RC-CFRP는 기준 실험체의 인장부에 탄소 섬유판을 에폭시로 부착하여 제작하였다. 모든 실험체는 일반 현장에서 적용하는 보수/보강 방법과 동일한 과정을 거쳐 제작되었다.
대상 데이터
- 3 및 4와 같이, 폭 및 두께 300 × 500 mm 단면에 길이 4,000 mm이고 순경간은 3,400 mm이다.
- ECC를 제조하기 위하여 밀도 3.15 g/cm3의 보통 포틀 랜드 시멘트와 플라이애쉬(fly ash)를 결합재로 사용하였으며, 밀도 2.64 g/cm3, 평균 입경 0.2 mm인 규사(silica sand)를 골재로 사용하였다. 섬유는 일본 K사의 PVA 섬유가 사용되었고 물리·화학적 특성은 Table 2와 같다.
- ECC와 고장력 철근으로 보강된 RC보의 성능 검증을 위하여 Table 4와 같이 6개의 RC보 실험체를 제작하여 4점 휨 재하 실험을 수행하였다. ECC와 고장력 철근으로 보강된 RC보와 기준 RC보의 성능을 검증하기 위하여, 인장 피복부 ECC 단면 교체의 유/무와 보강된 고장력 철근의 개수를 변수로 설정하였다.
- 섬유는 일본 K사의 PVA 섬유가 사용되었고 물리·화학적 특성은 Table 2와 같다.
- 실험체 RC-CFM은 기준 실험체 RC-P와 동일한 휨인장 철근비를 가진다. 인장부를 치핑한 후 탄소 섬유 메쉬와 일반 콘크리트로 보강하였으며, 기존 보강 공법과 ECC를 활용한 보강 공법의 비교를 위해 제작한 실험체이다. 초기 균열은 재하 하중이 55.
데이터처리
- 8은 휨 재하 실험 이후 실험체 중앙 지간 부근에 발생한 휨 균열 패턴을 나타낸다. 또한 균열의 폭은 인장 연단에 위치한 LVDT의 측정 변위를 계측 구간 내에서 발생한 균열 개수로 나누어 평균값을 구하였다.
성능/효과
- 3) ECC와 고장력 철근으로 보강한 철근콘크리트 보는 초기 균열 하중, 항복강도 및 최대 강도, 초기 균열이후 등가 강성 특성에서 우수한 것으로 평가되었다. 이는 높은 연성을 갖고 있는 ECC와 높은 항복 강도를 갖는 고장력 철근의 상호 작용에 의한 것으로 판단된다.
- 4) ECC와 고장력 철근을 활용한 보강 공법은 우수한 균열 제어 능력과 휨 내하력도 증진 효과를 나타내었다. 이는 철근콘크리트 구조물의 보수/보강 이후내구성을 확보하는데 큰 이점으로 작용할 것이다.
- 9) 부식 발생이 없으며 내화학성이 우수하고 인장강도가 1,100 MPa로 철근에 비해 인장강도가 3~5배 높으며 경량으로써 기존 구조물에 하중 부담을 주지 않는 장점이 있으나, 가격이 고가여서 경제성이 떨어지고 이 연구에서 계획한 매립 보강에는 단면적이 커서 시공성이 떨어진다는 단점이 있다.
- 3배로 증가된 것을 알 수 있다. ECC와 고장력 철근으로 보강된 실험체는 이 연구에서 계획한 실험체 형태 및 변수 조건하에서 기존 보강 공법인 RC-CFM 및 RC-CFRP에 비해 향상된 값을 나타냈으며, RC-CFM은 보강면에서의 균열로 인하여 항복강도는 저하되었고 최대 강도의 향상도 미미하였다. RC-CFRP 실험체는 최대강도 이후 탄소 섬유판이 탈락되면서 60 kN의 하중이 저하되는 현상이 나타났다.
- 등가 강성을 비교해 보면, ECC와 고장력 철근으로 보강한 실험체 ECC-3 및 ECC-5의 등가 강성은 각각 23,999 kN·m2, 25,497 kN·m2으로 기준 실험체 RC-P의 15,736 kN·m2보다각각 1.53배 및 1.62배 증가한 것을 알 수 있다.
- 47배 증가한 것을 알 수 있다. 또한 이 연구에서 계획한 실험체 형태 및 변수 조건하에서 RC-CFM 실험체에 비해 각각 1.35, 1.43배가 증가하였고, RC-CFRP 실험체에 비해 각각 1.18, 1.25배 향상되었다. 이는 고인성, 고내구성, 고강도의 특성을 가지는 ECC와 고장력 철근의 상호 작용에 의한 것으로 판단된다.
- 62배 증가한 것을 알 수 있다. 또한 이 연구에서 계획한 실험체 형태 및 변수 조건하에서 기존 보강 공법인 RC-CFM과 RC-CFRP에 비해서도 등가 강성이 향상된 것을 확인할 수 있다. 이는 ECC와 고장력 철근이 초기 균열이 발생한 이후에도 철근콘크리트 보의 강성을 유지시켰기 때문으로 판단된다.
- 또한 휨 균열의 폭은 3개의 실험체 모두가 60~80 µm의 범위로 측정되어 균열 제어 능력이 고장력 철근의 보강 여부에 상관없이 유사한 것으로 평가되었다.
- 이는 단면적이 큰 탄소 섬유 메쉬를 일반 콘크리트로 매립하여 보강했기 때문에 기존의 철근 콘크리트 보와 일체되지 않았기 때문으로 판단된다. 박리가 발생한 후에 기준 실험체인 RC-P에 비하여 최대 하중 및 강성은 증가하였지만 이 실험에서 계획한 실험체 형태 및 변수 조건하에서 균열 저항성 및 박리/박락 방지 측면에서 보강 효과는 크지 않았다. 최종 파괴는 기준 실험체와 같은 인장 지배 파괴의 형태를 나타냈다.
- 2) 개발된 공법의 성능검증을 위해 기준 철근콘크리트보 및 기존 보강 공법으로 보강한 철근콘크리트 보와 비교하여 4점 휨 실험을 수행하였다. 실험 결과, ECC 시리즈 실험체는 휨 균열이 발생된 이후에 균열의 폭이 증가하지 않고 일정하게 제어되었다. 특히 ECC와 고장력 철근으로 보강된 실험체는 미세한 균열이 발생하면서 하중도 크게 증가하여, 균열 제어 능력뿐만 아니라 휨 내하력도 증진되는 우수한 보강 효과를 나타내었다.
- 이후, 하중의 증가와 함께 보강 경계면에서 발생한 휨 균열이 발생된 이후에 균열의 폭이 더 이상 증가하지 않고, 발생된 균열의 주변으로 추가의 미세 균열이 발생하면서 하중이 증가되는 특성을 나타내었다. 실험체 ECC-0는 ECC-3,5와 마찬가지로 휨 균열 주변에 다수의 미세 균열이 발생하였지만 기준 실험체에 비해 하중이 크게 향상되지 않았으며, ECC-5실험체는 ECC-3 실험체에 비해 향상된 휨 내하력을 나타내었다. 또한 휨 균열의 폭은 3개의 실험체 모두가 60~80 µm의 범위로 측정되어 균열 제어 능력이 고장력 철근의 보강 여부에 상관없이 유사한 것으로 평가되었다.
- RC-CFRP 실험체는 최대강도 이후 탄소 섬유판이 탈락되면서 60 kN의 하중이 저하되는 현상이 나타났다. 실험체 ECC-3과 ECC-5는 ECC의 고인성 인장거동과 고장력 철근의 우수한 강도 특성으로 인해 휨 균열이 집중됨에 따라 균열 폭이 증가하는 것을 억제하면서 휨강도도 함께 개선된 것으로 판단된다.
- 위의 실험 결과를 통해 ECC만으로 보강하는 것보다 높은 강도 특성을 가지는 고장력 철근을 함께 보강하면 균열 제어뿐만 아니라 내하력 증진으로 인한 보강 효과가 크게 향상되는 것으로 나타났다.
- 23 kN일 때에 초기 균열이 중앙부 인장 연단의 ECC 보강 경계면에 발생하였다. 이후, 하중의 증가와 함께 보강 경계면에서 발생한 휨 균열이 발생된 이후에 균열의 폭이 더 이상 증가하지 않고, 발생된 균열의 주변으로 추가의 미세 균열이 발생하면서 하중이 증가되는 특성을 나타내었다. 실험체 ECC-0는 ECC-3,5와 마찬가지로 휨 균열 주변에 다수의 미세 균열이 발생하였지만 기준 실험체에 비해 하중이 크게 향상되지 않았으며, ECC-5실험체는 ECC-3 실험체에 비해 향상된 휨 내하력을 나타내었다.
- 2와 같다. 인장강도는 3.7~4.2 MPa, 평균 압축강도는 29.16 MPa이며, 평균 변형률은 3.0%이상으로 높은 변형 능력을 나타내었다. 고장력 철근의 특성은 Table 1과 같다.
- 하중이 점차 증가함에 따라 중립축이 상부로 이동하면서 휨 균열이 상부로 진전하고, 동시에 인장부의 균열 폭이 확대 되면서 처짐이 증가하였다. 최종 파괴 시점에서는 인장부에 발생한 균열이 성장하여 상부까지 도달하였고 철근의 항복 이후에 최종적으로 상부 콘크리트가 파쇄되는 저보강 RC보의 전형적인 휨파괴 형태를 나타내었다.
- 실험 결과, ECC 시리즈 실험체는 휨 균열이 발생된 이후에 균열의 폭이 증가하지 않고 일정하게 제어되었다. 특히 ECC와 고장력 철근으로 보강된 실험체는 미세한 균열이 발생하면서 하중도 크게 증가하여, 균열 제어 능력뿐만 아니라 휨 내하력도 증진되는 우수한 보강 효과를 나타내었다.
- 39 kN일 때에 초기 균열이 중앙부 인장 연단에서 발생하였고, 이후 하중이 증가되다가 콘크리트 면과 CFRP판을 부착하고 있던 에폭시가 떨어지면서 60 kN의 하중이 감소하였다가 다시 서서히 증가하였다. 하중 증가량은 RC-P, RC-CFM에 비해 크게 증가하였으나, 하중과 처짐량이 증가하면서 인장부의 휨균열이 확대되고 순간적으로 탄소 섬유판이 큰 소음과 함께 피복 콘크리트와 함께 떨어지는 단부 파괴 박리 거동을 나타내었다. 최종 파괴는 기준 실험체와 마찬가지로 인장 철근의 항복 이후에 콘크리트가 압축부가 파쇄되는 형태를 나타내었다.
후속연구
- 1) ECC와 고장력 철근을 활용한 보강 공법은 고인성, 고내구성의 재료인 ECC를 보수 모르타르 대신에 사용하고, 열화로 인해 성능이 저하된 철근콘크리트 구조물에 고강도의 고장력 철근으로 보강하는 공법이다. ECC와 고장력 철근을 함께 적용함으로써 기존의 보강 공법에 비해 단면 두께를 축소시킬 수 있으며, 높은 연성 능력과 강도 특성을 나타낼 것으로 기대된다.
- 이는 높은 연성을 갖고 있는 ECC와 높은 항복 강도를 갖는 고장력 철근의 상호 작용에 의한 것으로 판단된다. 이는 상세한 분석은 추후 해석적인 연구를 통하여 수행할 계획이다.
- 또한 휨 균열의 폭은 3개의 실험체 모두가 60~80 µm의 범위로 측정되어 균열 제어 능력이 고장력 철근의 보강 여부에 상관없이 유사한 것으로 평가되었다. 이러한 균열 제어 성능은 구조물의 보수/보강 이후에 충분한 내구성을 확보하는데 큰 이점이 될 것으로 기대된다.
- 이는 철근콘크리트 구조물의 보수/보강 이후내구성을 확보하는데 큰 이점으로 작용할 것이다. 향후 실용화를 위해 시공 공정과 구조 상세에 관한 추가적인 연구를 통해 현장 적용이 가능한 공법으로의 개발이 가능할 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.