섬유복합체(FRP)는 비부식성 재료라는 특징으로 인해 이상적인 철근 대체재로 주목 받고 있다. 그러나 현재 FRP 보강근은 철근과 달리 일반적으로 수용되는 고정된 형태가 존재하지 않고 다양한 재료와 성분비, 형태 등으로 제작되기 때문에 이에 대한 성능평가 데이터에 근거한 FRP 보강 콘크리트 부재의 거동특성 구명은 상당부분 제한될 수 있다. 더군다나 FRP 보강 콘크리트 부재의 휨거동에 대한 평가는 주로 단기 거동 측면에 집중되어 이루어져 왔다. 이 연구는 GFRP 보강근 및 이를 사용하여 보강된 콘크리트 부재의 장기거동을 평가하기 위한 것으로, 먼저 철근 대체용으로 개발된 GFRP 보강근에 대한 성능평가 결과를 제시하였고, 이의 크리프 거동 특성에 대한 3년간의 계측 결과를 제시하였다. 실험 결과 인장강도의 약 55% 이하의 하중이 지속적으로 재하되는 경우에는 100년 이상의 내구연한을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 GFRP 보강 콘크리트 보의 장기거동을 약 1년간 관찰하였으며 이로부터 FRP 보강 부재의 장기처짐 계산식에 사용되는 수정계수 값 0.73을 도출하였다. 따라서 이 연구로부터 도출된 GFRP 보강근 및 이로 보강된 콘크리트 보의 단기 및 장기 거동 특성값은 FRP 보강 콘크리트 부재의 설계에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
섬유복합체(FRP)는 비부식성 재료라는 특징으로 인해 이상적인 철근 대체재로 주목 받고 있다. 그러나 현재 FRP 보강근은 철근과 달리 일반적으로 수용되는 고정된 형태가 존재하지 않고 다양한 재료와 성분비, 형태 등으로 제작되기 때문에 이에 대한 성능평가 데이터에 근거한 FRP 보강 콘크리트 부재의 거동특성 구명은 상당부분 제한될 수 있다. 더군다나 FRP 보강 콘크리트 부재의 휨거동에 대한 평가는 주로 단기 거동 측면에 집중되어 이루어져 왔다. 이 연구는 GFRP 보강근 및 이를 사용하여 보강된 콘크리트 부재의 장기거동을 평가하기 위한 것으로, 먼저 철근 대체용으로 개발된 GFRP 보강근에 대한 성능평가 결과를 제시하였고, 이의 크리프 거동 특성에 대한 3년간의 계측 결과를 제시하였다. 실험 결과 인장강도의 약 55% 이하의 하중이 지속적으로 재하되는 경우에는 100년 이상의 내구연한을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 GFRP 보강 콘크리트 보의 장기거동을 약 1년간 관찰하였으며 이로부터 FRP 보강 부재의 장기처짐 계산식에 사용되는 수정계수 값 0.73을 도출하였다. 따라서 이 연구로부터 도출된 GFRP 보강근 및 이로 보강된 콘크리트 보의 단기 및 장기 거동 특성값은 FRP 보강 콘크리트 부재의 설계에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
Fiber reinforced polymer (FRP) has been gathering interest from designers and engineers for its possible usage as a replacement reinforcement of a steel reinforcing bar due to its advantageous characteristics such as high tensile strength, non-corrosive material, etc. Since it is manufactured with v...
Fiber reinforced polymer (FRP) has been gathering interest from designers and engineers for its possible usage as a replacement reinforcement of a steel reinforcing bar due to its advantageous characteristics such as high tensile strength, non-corrosive material, etc. Since it is manufactured with various contents ratios, fiber types, and shapes without any general specification, test results for concrete members reinforced with these FRP reinforcing bars could not be systematically used. Moreover, since investigations for FRP reinforced members have mainly focused on short-term behavior, the purpose of this study is to evaluate long-term behaviors of glass FRP (GFRP) reinforcing bar and concrete beams reinforced with GFRP. In this paper, test results of tensile and bond performance of GFRP reinforcing bar and creep behavior are presented. In the creep tests, results showed that 100 years of service time can be secured when sustained load level is below 55% of tensile strength of GFRP reinforcing bar. A modification factor of 0.73 used to calculate long-term deflection of GFRP reinforced beams was acquired from the creep tests for GFRP reinforced concrete beams. It is expected that these test results would give more useful information for design of FRP reinforced members.
Fiber reinforced polymer (FRP) has been gathering interest from designers and engineers for its possible usage as a replacement reinforcement of a steel reinforcing bar due to its advantageous characteristics such as high tensile strength, non-corrosive material, etc. Since it is manufactured with various contents ratios, fiber types, and shapes without any general specification, test results for concrete members reinforced with these FRP reinforcing bars could not be systematically used. Moreover, since investigations for FRP reinforced members have mainly focused on short-term behavior, the purpose of this study is to evaluate long-term behaviors of glass FRP (GFRP) reinforcing bar and concrete beams reinforced with GFRP. In this paper, test results of tensile and bond performance of GFRP reinforcing bar and creep behavior are presented. In the creep tests, results showed that 100 years of service time can be secured when sustained load level is below 55% of tensile strength of GFRP reinforcing bar. A modification factor of 0.73 used to calculate long-term deflection of GFRP reinforced beams was acquired from the creep tests for GFRP reinforced concrete beams. It is expected that these test results would give more useful information for design of FRP reinforced members.
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문제 정의
이를 위해 먼저 철근과 유사한 외형을 가진 인발성형된 GFRP 보강근의 단기성능(인장, 부착)을 평가한 후 GFRP 보강근의 크리프 특성을 조사하기 위해 일정 크기의 하중을 재하하여 그 거동을 관찰하였다. 또한 이를 콘크리트 부재에 활용하기 위한 소요 데이터를 구축하고자 지속하중에 대한 FRP 보강 콘크리트 보의 장기처짐을 약 1년간 계측하여 FRP 보강 콘크리트 보의 장기처짐 예측에 사용되는 수정계수 값을 제안하고자 한다.
이 연구는 철근과 유사한 형상을 가진 인발성형된 유리섬유복합체(glass fiber reinforced polymer, 이하 GFRP) 보강근 및 이로 보강된 콘크리트 부재의 크리프 특성을 구명하기 위한 것이다. 이를 위해 먼저 철근과 유사한 외형을 가진 인발성형된 GFRP 보강근의 단기성능(인장, 부착)을 평가한 후 GFRP 보강근의 크리프 특성을 조사하기 위해 일정 크기의 하중을 재하하여 그 거동을 관찰하였다.
제안 방법
보강근의 기본적인 역학성능을 알아보기 위하여 인장과 부착시험을 수행하였다. 시험법은 CSA24) 방법을 준용하였으나, 부착시험의 경우에는 제시된 제원의 콘크리트 블록이 할렬파괴되어 이보다 큰 크기의 제원을 제시하고 있는 ACI 44025)을 준용하여 실험을 실시하였다.
실험변수는 보강비로써 균형보강비(ACI 4401)의 식 8-3)를 기준으로 과소보강 1종(0.25%), 과대보강 3종(0.50%, 0.75%, 1.10%)으로 총 4종의 콘크리트 보를 제작하였다. 콘크리트의 28일 압축강도는 50 MPa이었다.
이 연구에서는 GFRP 보강 콘크리트 부재의 장기거동 평가용 데이터를 구축하기 위해 이형 GFRP 보강근의 단기성능과 크리프 실험을 약 3년간 수행하였다. 또한 이로 보강된 콘크리트 보에 대한 장기처짐을 약 1년간 계측하였다.
이 연구는 철근과 유사한 형상을 가진 인발성형된 유리섬유복합체(glass fiber reinforced polymer, 이하 GFRP) 보강근 및 이로 보강된 콘크리트 부재의 크리프 특성을 구명하기 위한 것이다. 이를 위해 먼저 철근과 유사한 외형을 가진 인발성형된 GFRP 보강근의 단기성능(인장, 부착)을 평가한 후 GFRP 보강근의 크리프 특성을 조사하기 위해 일정 크기의 하중을 재하하여 그 거동을 관찰하였다. 또한 이를 콘크리트 부재에 활용하기 위한 소요 데이터를 구축하고자 지속하중에 대한 FRP 보강 콘크리트 보의 장기처짐을 약 1년간 계측하여 FRP 보강 콘크리트 보의 장기처짐 예측에 사용되는 수정계수 값을 제안하고자 한다.
대상 데이터
GFRP 보강근에 가해진 지속하중은 최대인장강도의 85%, 70%, 60%, 50%이었고, 실험은 온도와 습도를 일정하게 유지할 수 있는 항온항습실(온도: 23℃±2℃, 습도: 50%)에서 실시하였다. 계측은 파괴가 발생할 때까지 지속되었으며 파괴가 발생하지 않은 인장시편에 대해서는 1200일 이상 계측을 실시하였다.
GFRP 보강근으로 보강된 콘크리트 보의 성능평가를 위해 폭 200 mm, 높이 300 mm 단면에 길이가 3000 mm 인 직사각형 보를 제작하였다. 전단파괴를 방지하기 위하여 D10 스터럽 철근을 100 mm 간격으로 보의 양단에 배근하였으며, 휨거동에 대한 전단 철근의 구속효과를 최소화하기 위해 재하구간에는 스터럽을 배근하지 않았다.
부착시험은 한 변의 길이가 200 mm인 콘크리트 블록 내에 보강근이 직경의 4배만큼 매립되도록 시편을 제작한 후 이를 인발하는 방법으로 수행하였다. 성능 비교분석을 위해 현재 상용화되어 있는 GFRP 보강근 2종(Aslan100, V-Rod)과 철근에 대해서도 시편을 제작하였으며 시편은 각 보강근 종류별로 3개씩 제작하여 시험하였다. 콘크리트 블록의 재령 28일 압축강도는 33.
이 연구에서 사용된 보강근은 E-glass 섬유와 비닐에스터 수지를 주재료로 제작된 GFRP 보강근으로 개선된 인발성형 공정23)으로 제작되었으며 Fig. 1에서 보듯이 철근과 유사한 형태의 돌기를 가지고 있다.
이론/모형
보강근의 기본적인 역학성능을 알아보기 위하여 인장과 부착시험을 수행하였다. 시험법은 CSA24) 방법을 준용하였으나, 부착시험의 경우에는 제시된 제원의 콘크리트 블록이 할렬파괴되어 이보다 큰 크기의 제원을 제시하고 있는 ACI 44025)을 준용하여 실험을 실시하였다.
성능/효과
1) GFRP 보강근에 인장강도의 85% 수준의 응력이 지속적으로 가해진 경우 보강근은 약 11시간 만에 파괴 되었으며, 70% 수준인 경우에는 약 141일에 파괴가 발생하였다. 그러나 60%와 50% 수준인 경우에는 하중이 3년간 지속되었음에도 파괴가 발생하지 않았다.
2) GFRP 보강근의 크리프 시험 결과에 의해 도출된 재하하중비와 파괴시간 그래프로부터 내구연한 100년을 만족하기 위한 재하하중비는 약 55%이다.
3) GFRP 보강 콘크리트 보는 보강비와 재하하중의 크기에 따라 초기 처짐량은 다르지만 초기 처짐량 대비 장기처짐량의 비는 거의 동일한 것으로 나타났다.
4) FRP 보강 콘크리트 보가 평균습도 50%, 온도 23±2℃의 항온상태에서 장기 재하된 경우 ACI 440.1 R-06의 장기처짐 계산식에 사용되는 수정계수 0.6은 보수적이며, 이 실험에서는 0.73인 것으로 관찰되었다.
철근 부착시편에서 할렬파괴는 관찰되지 않았고 최대하중 이후 UTM의 변위만 계속 증가하는 것으로 보아 철근은 약 20 MPa에서 항복한 것으로 판단된다. 이 연구에서 사용된 보강근은 강도 측면에서는 기존 GFRP 보강근보다 우수한 성능을 나타내었으나 미끄럼(slip) 측면에서는 철근과 V-ROD보다 더 많은 증가량을 나타내었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
콘크리트 부재의 장기거동 특성 중 대표적인 것은?
콘크리트 부재의 장기거동 특성 중 대표적인 것은 크리프 특성이다. 철근 보강 보에 대한 크리프 데이터는 방대한 반면 FRP 보강근으로 보강된 콘크리트 구조부재의 크리프 특성에 대한 자료는 많지 않은 실정이다.
섬유복합체의 특징은?
섬유복합체(fiber reinforced polymer, 이하 FRP)는 철근에 비해 높은 비강도를 갖고 경량이면서 비부식성 재료라는 특징으로 인해 이상적인 철근 대체재로 주목 받고 있다.1,2)
FRP가 지속하중을 받게되어 나타는 4단계의 응답거동은?
FRP가 지속하중을 받게 되면 일반적으로 4단계의 응답거동을 나타내게 된다. 1단계는 시편의 초기 변형이 급격히 증가하는 단계이고, 2단계는 응답율이 급격히 감소하는 단계이며, 3단계는 안정된 응답을 보이는 단계, 마지막 단계는 응답이 갑자기 증가하여 파괴되는 단계이다. GRC-0.
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