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
- 이 연구에서는 아라미드 FRP 스트립 및 시트 보강효과를 평가하고자, 기존 RC 기둥의 보강효과를 성능실험으로 평가하였다.
- 이 연구에서는 전단내력 및 에너지 소산능력 등의 내진성능 증진이 필요하다고 판단되는 서울 도시철도 역사 기둥을 대상으로 아라미드 FRP 보강효과에 대한 실물 성능실험을 수행하여, 아라미드 FRP에 의한 전단보강 및 에너지 소산능력 등의 내진보강효과를 평가하고자 한다.
가설 설정
- 에 의거 아래 내력식으로 아라미드 보강 내력을 예측하였다. 이 제안식에서 아라미드 FRP로 보강된 RC 기둥의 내력은 전단강도 및 부착할렬강도 중 낮은 것으로 결정된다.
제안 방법
- 이 연구의 진행과 아울러 실험전 실험체의 최대 내력을 예측하고자 기존 연구 결과를 참조하여 일본건축학회의 連續纖維補强 コソクリ−ト系 構造設計施工指針案3)에 의거 아래 내력식으로 아라미드 보강 내력을 예측하였다.
- 5인 이 실험 결과를 기존 제안식에 적용한 결과를 Table 4에 정리하였다. 이때 아라미드 스트립 보강효과는 미비하여, 이를 고려하지 않았으며 시트 횡보 강만 고려하여 내력을 예측하였다. 이에 의하면 실험 결과 대 계산 결과의 비가 4개 실험체 평균 1.
- 사용된 콘크리트의 압축강도는 24 MPa, 철근의 항복강도는 400 MPa이다. 지진하중에 대한 수평저항 성능을 평가하기 위하여 복곡률(double curvature) 거동이 구현되도록 Fig. 2와 같이 실험장치를 계획하였다. 실험체 가력은 축력에 의한 구속효과를 구현하고자 기둥 단면 10%에 해당하는 약 100 kN의 하중을 기둥 상부에서 일정하게 재하하였으며, 변위이력에 해당하는 수평하중 로딩 싸이클을 Fig.
대상 데이터
- 대상실험체는 기준 실험 체인 비보강 RC 실험체, 폭 40 mm의 아라미드 스트립으로 각 단면당 3개소씩 전체 12개소를 기둥 길이방향으로 보강한 뒤, 기둥 상하 단부에서 폭 300 mm인 아라미드 시트로 단부 구속한 STFSHE 실험체, 폭 40 mm의 아라미드 스트립으로 각 단면당 3개소씩 전체 12개소를 기둥 길이방향으로 보강한 뒤 다시 전체를 아라미드 시트로 구속한 STFSHA 실험체이다. 그리고 스트립 보강 없이 기둥 전체를 아라미드 시트로 횡구속한 SHA 실험체의 총 4개 실험체를 계획하였다. 실험체 기둥 크기는 600 × 600 mm, 높이는 3,000 mm, 주근은 D19-20이며, 스터럽은 D13@300이다.
- 8 GPa로 산정되었다. 기둥 주근인 D19의 항복강도는 431 MPa, 띠철근 D13의 항복강도는 474 MPa로 시험되었다. D10 철근의 인장강도, 탄성계수는 640 MPa, 194 MPa로 평가되었으며, D19 철근의 인장강도, 탄성계수는 561 MPa, 194 MPa로 평가되었다.
- 5이다. 대상실험체는 기준 실험 체인 비보강 RC 실험체, 폭 40 mm의 아라미드 스트립으로 각 단면당 3개소씩 전체 12개소를 기둥 길이방향으로 보강한 뒤, 기둥 상하 단부에서 폭 300 mm인 아라미드 시트로 단부 구속한 STFSHE 실험체, 폭 40 mm의 아라미드 스트립으로 각 단면당 3개소씩 전체 12개소를 기둥 길이방향으로 보강한 뒤 다시 전체를 아라미드 시트로 구속한 STFSHA 실험체이다. 그리고 스트립 보강 없이 기둥 전체를 아라미드 시트로 횡구속한 SHA 실험체의 총 4개 실험체를 계획하였다.
- 실험체 기둥 크기는 600 × 600 mm, 높이는 3,000 mm, 주근은 D19-20이며, 스터럽은 D13@300이다. 사용된 콘크리트의 압축강도는 24 MPa, 철근의 항복강도는 400 MPa이다. 지진하중에 대한 수평저항 성능을 평가하기 위하여 복곡률(double curvature) 거동이 구현되도록 Fig.
- 실험체 기둥 크기는 600 × 600 mm, 높이는 3,000 mm, 주근은 D19-20이며, 스터럽은 D13@300이다.
- 이 연구에 적용하기 위한 대상 구조물은 서울 소재 지하철 역사의 지상 2층을 선정하였으며, 실 구조물 수준으로 실험체를 Table 2와 같이 계획하였다. 주요 변수2,3)로는 아라미드 스트립 휨보강 및 시트의 횡구속효과이며, 실험체의 전간경간비는 2.
- 이 연구에서 적용하는 아라미드 FRP는 시트와 스트립의 2종류이며, 시트는 아라미드 섬유를 직조하여 현장에서 에폭시에 함침하여 적용하는 자재이다(Fig. 1 참조). 또한 아라미드 스트립은 폭 50 mm 전후의 판상형의 자재인데, 스트립 표면에 필플라이(peel ply)를 붙여, 이를 제거시 스트립 표면에 자연스런 요철이 생겨, 모재와의 부착력을 향상시킨 제품이다.
성능/효과
- 1) 강도 능력의 평가 결과, 아라미드 보강효과는 약 1.2배 이상 증진되는 것으로 평가할 수 있으며, 전단면을 시트로 횡구속한 경우의 강도 증진 효과가 우수함을 확인할 수 있었다. 이에 비하여 스트립 보강효과는 미비한 것으로 평가되었다.
- 2) 연성적인 거동을 보인 STFSHA 및 SHA 실험체는 최대하중 이후 완만한 강성저하를 나타내었다. 이에 비해 RC 실험체는 급격히 파괴한 강성저하를 보였다.
- 3) 아라미드 스트립 보강후 전단면 시트 보강한 STFSHA 실험체 및 SHA의 에너지 소산능력이 우수한 것으로 평가되었다. 그렇지만 하중-변위 곡선 및 강도 평가에서 SHA 실험체와 유사한 거동을 보인 STFSHE 실험체는 SHA보다 떨어지는 에너지 소산능력을 보였는데, 이는 최대하중 이후 급격한 아라미드 스트립 부착파괴에 기인한 것으로 파괴된다.
- 4) 전단 및 부착할렬파괴가 나타내는 이 실험에 있어, 스트립의 보강효과는 미비한 것으로 평가되었다. 향후 휨거동이 지배되는 실험체의 응답 특성에 있어 스트립 보강효과 평가가 필요한 것으로 판단된다.
- 5) 일본 건축학회 제안식을 적용하여 내력을 예측한 결과, 실험 결과 대 계산 결과의 비가 평균 1.05로 나타나 거의 정확하게 아라미드 시트보강의 전단내력을 적절히 예측할 수 있는 것으로 평가되었다. 그렇지만 일본건축학회 적용식이 매우 복잡하여 국내 적용에 어려움이 예상되므로, 보다 많은 실험 결과 등을 보완한 적절한 제안식의 개발이 필요한 것으로 판단된다.
- Fig. 12에 실험체의 항복강도 및 최대강도를 나타내었는데, 아라미드 스트립 보강 후 단부를 300 mm 보강한 STFSHE 실험체는 비보강 실험체인 RC 대비 정, 부 사이클 평균 1.18배 증가하였으며, 스트립 보강 후 전단면 시트로 보강한 STFSHA 실험체는 1.26배 강도가 증가하였다. 또한 전단면을 시트로 횡보강한 SHA 실험체는 1.
- 25배 증가하는 것으로 평가되었다. 강도 특성에 있어 아라미드 보강효과는 실험체 전체 평균 약 1.2배 이상 증진되는 것으로 평가할 수 있으며, 전단면을 시트로 횡구속한 경우의 강도 증진 효과가 우수함을 확인할 수 있었다. 이에 비하여 스트립 보강효과는 그리 크지 않음이 확인되었다.
- 전체적으로 아라미드 시트로 충분히 횡보강한 실험체가 풍부한 에너지 소산능력을 나타내었다. 기둥 길이방향으로 아라미드 스트립을 휨 보강한 실험체는 보강효과가 다소 떨어지는 것으로 평가되었다.
- 이에 비해 RC 실험체는 급격히 파괴한 강성저하를 보였다. 또한 스트립 보강한 STFSHE는 RC 대비 약간 상승된 강성 저하를 나타내어, 보강효과가 미비한 것으로 평가되었다.
- 26배 강도가 증가하였다. 또한 전단면을 시트로 횡보강한 SHA 실험체는 1.25배 증가하는 것으로 평가되었다. 강도 특성에 있어 아라미드 보강효과는 실험체 전체 평균 약 1.
- 매 하중가력 싸이클별 면적으로 평가한 단계별 에너지 소산면적을 Fig. 15에 나타내었는데, 스트립 보강 후 전단면 시트 보강한 STFSHA 실험체 및 SHA의 에너지 소산능력이 우수한 것으로 평가되었다. 그렇지만 스트립만 보강한 STFSHE 실험체는 SHA보다 매우 부족한 에너지 소산능력을 보였는데, 이는 최대하중 이후 급격한 파괴에 기인한 것으로 파괴된다.
- 이 연구에 적용한 콘크리트의 압축강도는 26.3 MPa로 시험되어, 배합설계가 적절히 이루어진 것으로 평가되었 으며, 탄성계수는 18.8 GPa로 산정되었다. 기둥 주근인 D19의 항복강도는 431 MPa, 띠철근 D13의 항복강도는 474 MPa로 시험되었다.
- 이때 아라미드 스트립 보강효과는 미비하여, 이를 고려하지 않았으며 시트 횡보 강만 고려하여 내력을 예측하였다. 이에 의하면 실험 결과 대 계산 결과의 비가 4개 실험체 평균 1.05로 나타나 거의 정확하게 아라미드 시트보강의 전단내력을 적절히 예측할 수 있는 것으로 평가되었다. 그렇지만 일본 건축학회 적용식이 매우 복잡하여 국내 적용에 어려움이 예상되므로 보다 많은 실험 결과 등을 보완한 적절한 제안식의 개발이 필요한 것으로 판단된다.
- 13에 나타내었다. 이에 의하면 항복강성은 RC 대비 보강실험체가 다소 높게 나타났으며, 항복하중 후 바로 파괴된 RC 및 STFSHE 실험체가 높은 다소 높은 2차강성 비를 나타내었다. Fig.
- 전체적으로 아라미드 시트로 충분히 횡보강한 실험체가 풍부한 에너지 소산능력을 나타내었다.
- 실험 내내 아라미드 시트가 기둥 단면을 구속하여 항복 전까지 매우 강한 강성을 보여주었다. 최대하중 이후 시트가 부분적으로 파단되었지만 연성적인 거동이 매우 우수한 것으로 평가되었다. SHA 실험체는 125 mm 정가력 첫 번째 사이클 이후 부가력 진행하면서 콘크리트의 전단 및 단부하부 보강 아라미드 시트의 파단으로 최종파괴에 도달하였다(Fig.
- 11에 SHA 실험체의 하중-변위 곡선을 나타내었는데, 기둥 전단면을 구속한 시트의 영향으로 연성능력 및 에너지 소산능력이 증진됨을 확인할수 있었다. 특히 스트립 보강 후 시트로 보강한 STFSHA 실험체보다 좋은 연성거동을 보였는데, 이는 STFSHA 실험체에 부착한 스트립이 모재와 탈락하면서 시트의 구속력을 저하시킴에 의한 것으로 판단된다.
후속연구
- 05로 나타나 거의 정확하게 아라미드 시트보강의 전단내력을 적절히 예측할 수 있는 것으로 평가되었다. 그렇지만 일본 건축학회 적용식이 매우 복잡하여 국내 적용에 어려움이 예상되므로 보다 많은 실험 결과 등을 보완한 적절한 제안식의 개발이 필요한 것으로 판단된다.
- 05로 나타나 거의 정확하게 아라미드 시트보강의 전단내력을 적절히 예측할 수 있는 것으로 평가되었다. 그렇지만 일본건축학회 적용식이 매우 복잡하여 국내 적용에 어려움이 예상되므로, 보다 많은 실험 결과 등을 보완한 적절한 제안식의 개발이 필요한 것으로 판단된다.
- 4) 전단 및 부착할렬파괴가 나타내는 이 실험에 있어, 스트립의 보강효과는 미비한 것으로 평가되었다. 향후 휨거동이 지배되는 실험체의 응답 특성에 있어 스트립 보강효과 평가가 필요한 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.