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[국내논문] 강섬유 및 FRP Sheet로 보강한 2방향 RC 슬래브의 고속 충격저항성능에 대한 해석적 평가
Analytical Evaluation of High Velocity Impact Resistance of Two-way RC Slab Reinforced with Steel Fiber and FRP Sheet 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.17 no.3, 2013년, pp.1 - 9  

이진영 (고려대학교 건축사회환경공학부) ,  신현오 (고려대학교 건축사회환경공학부) ,  민경환 (고려대학교 방재과학기술연구소) ,  윤영수 (고려대학교 건축사회환경공학부)

초록
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본 연구에서는 강섬유와 FRP 시트에 의한 충격 저항성능 향상 효과를 평가하기 위하여 고속 충격하중을 받는 2방향 RC 슬래브에 대한 유한요소 해석을 수행하였다. 유한요소 해석 프로그램으로는 충격해석에 탁월하다고 알려진 LS-DYNA를 사용하였으며, 실험결과와의 비교를 위하여 핀란드 VTT 연구소에서 수행한 고속 충격 실험과 동일한 조건으로 해석을 수행하였다. $2100{\times}2100{\times}250$ mm의 RC 슬래브에 강 (steel)발사체를 통해 충격하중을 가하였으며 발사체의 무게는 47.5kg, 속도는 134.9m/s였다. 본 연구에서는 별도의 재료부재에 대한 충격실험을 통해 해석에 사용할 재료 모델을 검증하였다. 본 해석에서는 SFRC의 비선형적 연화 현상을 모사하기 위해 elastic-plastic hydro model을 적용하였으며, 보통콘크리트와 FRP의 재료모델을 모사하기 위해서 concrete damage model과 orthotropic elastic model을 각각 사용하였다. 해석 결과, 제안된 해석 기법은 충분한 신뢰성을 가지고 있으며, 보강 재료와 보강 기법의 유효성을 평가하는데 효과적으로 적용할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 강섬유와 FRP Sheets 보강방법은 고속충격하중에서 우수한 충격 저항 성능을 보여주는 것을 확인하였다.

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This paper presents high-velocity impact analysis of two-way RC slabs, including steel fibers and strengthening with fiber reinforced polymer (FRP) sheets for evaluating impact resistance. The analysis uses the LS-DYNA program, which is advanced in impact analysis. The present analysis was performed...

Keyword

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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 강섬유 및 FRP sheet로 보강한 2방향 RC 부재의 고속 충격 하중에 대한 저항성능을 유한요소해석을 통해 정량적으로 평가하고자 하였다. 또한 핀란드 VTT 연구소에서 수행된 보통콘크리트 2방향 RC부재에 대한 고속충격하중 실험 결과와의 비교를 통해 해석 결과의 타당성을 확보하고자 하였다 (Ari, 2010).
  • 따라서 본 연구에서는 강섬유 및 FRP sheet로 보강한 2방향 RC 부재의 고속 충격 하중에 대한 저항성능을 유한요소해석을 통해 정량적으로 평가하고자 하였다. 또한 핀란드 VTT 연구소에서 수행된 보통콘크리트 2방향 RC부재에 대한 고속충격하중 실험 결과와의 비교를 통해 해석 결과의 타당성을 확보하고자 하였다 (Ari, 2010). 구조 해석에 필요한 재료 물성 값은 저속 충격 실험을 통해 결정하였으며, 별도의 해석과정을 거쳐 재료 모델을 검증하였다.
  • 본 해석의 목적은 고속 충격 하중을 받는 보통 콘크리트 2방향 RC 부재의 동적 거동을 해석적으로 검증하는 것이며, 해석 결과를 바탕으로 강섬유 및 FRP sheet 보강에 의한 충격 저항성능 향상 효과에 대해 분석하는 것이다. 또한 저속 충격 실험 및 해석을 통해 고속 충격 해석 결과를 검증하고, 하중 재하 속도와 발사체 재료 모델에 따른 해석결과를 분석함으로써 고속 충격 해석 시 적절한 발사체 재료 모델을 제시하였다.
  • 준정적 해석이나 저속 충격 해석에서는 텁 (tup) 혹은 발사체의 재료 모델을 강체 (rigid)로 모델링하는 것이 일반적이지만 본 해석에서와 같이 변형률 속도가 큰 고속 충격의 경우에는 발사체의 재료 모델에 따른 영향을 고려해 줄 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 발사체의 재료 모델에 대한 별도의 해석을 수행하였다. 해석은 Fig.
  • 2방향 RC 슬래브의 해석 및 실험 결과는 Table 7에 정리되어 있다. 본 해석에서는 발사체의 잔류속도, 부재 앞면에서의 처짐, 소산에너지 (dissipated energy), 그리고 스폴링 지름 (spall diameter)을 비교 분석하였으며, 이를 통해 고속 충격 하중을 받는 구조 부재의 충격 저항 성능과 거동 양상을 파악하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 강섬유의 혼입과 FRP sheet에 의한 보강 여부를 변수로 하여 고속 충격하중을 받는 2방향 RC 슬래브에 대한 유한 요소 해석을 수행하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
콘크리트 취성적 파괴 거동과 낮은 인장강도를 극복하기 위한 방법은 무엇인가? 하지만 콘크리트의 단점인 취성적 파괴 거동과 낮은 인장강도는 여전히 극복해야 할 문제점으로 지적되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 섬유에 의한 보강 방법과 FRP (fiber reinforced polymer)에 의한 외부 보강방법이 그 해결책으로 제안되고 있으며, 여러 연구자들에 의해 연구되고 있다.
콘크리트의 장점은 무엇인가? 콘크리트는 건설 재료로서 충격 및 폭발 하중에 대한 저항성이 우수하다고 알려져 있으며 이러한 점 때문에 원자력 발전소나 군사 주요 시설물을 보호하기 위한 방호구조물에 널리 적용되고 있다 (Teng et al., 2008; Zhou et al.
콘크리트는 어디에 사용되는가? 콘크리트는 건설 재료로서 충격 및 폭발 하중에 대한 저항성이 우수하다고 알려져 있으며 이러한 점 때문에 원자력 발전소나 군사 주요 시설물을 보호하기 위한 방호구조물에 널리 적용되고 있다 (Teng et al., 2008; Zhou et al.
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참고문헌 (15)

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  13. Tavarez, F. A., Bank, L. C. and Plesha M. E., "Analysis of Fiber-Reinforced Polymer Composite Grid Reinforced Concrete Beam", ACI Structural Journal, vol. 100, No. 2, 2003, pp.250-258. 

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