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긴급시공이 가능한 FRP 복합재료 보강재로 보강된 기둥의 내진성능평가
An Performance Evaluation of Seismic Retrofitted Column Using FRP Composite Reinforcement for Rapid Retrofitting 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.26 no.1, 2014년, pp.47 - 55  

김진섭 (경상대학교 토목공학과 공학연구원) ,  서현수 (경상대학교 토목공학과 공학연구원) ,  임정희 (경상대학교 토목공학과 공학연구원) ,  권민호 (경상대학교 토목공학과 공학연구원)

초록
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최근 빈번하게 발생하는 대규모의 지진으로 구조물의 내진보강에 관심이 높아지고 있다. 내진설계가 반영되지 않은 기둥의 취성파괴는 구조물 전체 붕괴를 유발하기 때문에 내진보강이 필수적이다. 기존에는 단면증설법, 강판보강법, 섬유보강법이 내진보강법으로 주로 이용되었다. 하지만 이 보강법들은 구조물의 물리적 손상과 넓은 작업공간, 오랜 시간이 소요되는 단점이 있다. 이에 이 연구에서는 기존에 개발된 FRP 보강재의 보강 성능을 평가하였다. 대상 시험체는 학교건물을 실험실 여건에 맞춰 80% 축소하여 제작하였다. 보강재의 재료를 유리섬유와 알루미늄 다공판을 사용하여 보강재를 제작하였다. 평가 결과 두 종류의 보강재를 사용한 모두에서 시험체의 내진성능이 증가하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

As increasing number of large-size earthquake around Korean peninsula, many interests have been focused to the earthquake strengthening of existing structures. The brittle fracture of Non-seismic designed columns lead to full collapse of the building. In the past, cross-sectional extension method, a...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이 연구에서는 긴급시공이 가능한 내진 보강재를 개발하고 내진성능 증가 효과를 실험을 통하여 평가하였다. 긴급 시공이 가능한 내진보강재를 이용한 기둥보강은, 기존 보강법의 시공시간, 공간확보, 자중증가, 양생기간, 시공성 등이 개선되어 긴급보강이 가능하고 협소한 장소에서 시공이 용이하며 벽체를 허물지 않고 작업을 할 수 있다.
  • 따라서 빠른 시간 내 보수, 보강이 가능하고, 기존 기둥에 대한 손상이 적으며, 제작 및 시공경비면에서 기존의 보강방법과 구별되는 신속한 시공이 가능한 보강공법이 필요하다. 이에 이 연구에서는 앵커를 삽입하거나 용접작업을 필요치 않아 긴급한 보수가 가능한 보강재를 개발하였다.
  • 해석을 통한 각 시험체의 연성비를 구하여 실험 결과와 비교하고자 하였다. Table 9에서는 해석을 통하여 획득한 각 시험체의 최대하중, 항복변위 및 최대변위를 이용하여 연성을 계산하고 있다.

가설 설정

  • 철근과 콘크리트는 완전부착으로 가정하였고, 복합재료는 쉘요소로 모델링 하였다. 복합재료는 콘크리트와 완전부착으로 가정하였다. Fig.
  • ABAQUS를 이용한 유한요소해석에서, 콘크리트는 8개 절점을 갖는 고체요소로 3차원 유한요소 모델링을 하였다. 철근과 콘크리트는 완전부착으로 가정하였고, 복합재료는 쉘요소로 모델링 하였다. 복합재료는 콘크리트와 완전부착으로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기존에 주로 사용된 내진보강법에는 어떤 것이 있는가? 내진설계가 반영되지 않은 기둥의 취성파괴는 구조물 전체 붕괴를 유발하기 때문에 내진보강이 필수적이다. 기존에는 단면증설법, 강판보강법, 섬유보강법이 내진보강법으로 주로 이용되었다. 하지만 이 보강법들은 구조물의 물리적 손상과 넓은 작업공간, 오랜 시간이 소요되는 단점이 있다.
섬유보강공법이란 무엇인가? 내진성능보강공법 중의 하나인 섬유보강공법은 재료가 경량이며 시공이 용이하고 내부식성 등으로 인하여 강판부착공법에 비해 선호되고 있는 공법이다. 특히 탄소섬유와 유리섬유를 사용한 FRP(fiber reinforced polymer)를 적용한 콘크리트 구조물의 보수 · 보강공법은 1990년 대부터 많은 연구가 진행되어 왔다.
기존에 사용된 내진보강법의 단점은 무엇인가? 기존에는 단면증설법, 강판보강법, 섬유보강법이 내진보강법으로 주로 이용되었다. 하지만 이 보강법들은 구조물의 물리적 손상과 넓은 작업공간, 오랜 시간이 소요되는 단점이 있다. 이에 이 연구에서는 기존에 개발된 FRP 보강재의 보강 성능을 평가하였다.
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참고문헌 (15)

  1. Kim, K. D., Sim, J. I., Yang, K. H., and Chung, H. S., "Flexural Behavior of Reinforced Concrete Columns with Wire Ropes as Lateral Spiral Reinforcement," Journal of the Architectural Institute of Korea, Vol. 24, No. 12, 2008, pp. 83-90. 

  2. Sim J. S. and Kim G. S., "Application of FRP in Construction," Magazine of the Korea Concrete Institute, Vol. 12, No. 6, 2000, pp. 37-43. 

  3. Chang, C. H., Kwon, M. H., Kim, J. S. and Joo, C. H. "Numerical Study for Seismic Strengthening of RC columns Using Fiber Reinforced Plastic Composite," Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance Inspection, Vol.16, No.3, 2012, pp.117-127. (doi:http:// dx.doi.org/10.11112/jksmi.2012.16.3.117) 

  4. Mander, J., Priestley, M. and Park, R., "Theoretical Stress Strain Model for Confined Concrete," Journal of the Structural Division, ASCE, Vol. 114, No. 8, 1988, pp. 1804-1826. (doi: http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1988) 114:(1804)) 

  5. Katsumata, H., Kobatake, Y., and Takeda, T., "A Study on Strengthening with Carbon Fiber for Earthquake-Resistant Capacity of existing Reinforced Concrete Columns," NWCEE, Vol. 7, 1988, pp. 517-522. 

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  7. Frangou, M., Pilakoutas, K., and Dritsos, S., "Structural Repair/Strengthening of RC Columns," Construction and Building Materials, Vol. 9, No. 5, 1995, pp. 259-266. (doi: http://dx.doi.org/10.1016/0950-0618(95)00013-6) 

  8. Ye, L. P., Zhang, K., Zhao, S. H., and Feng, P., "Experimental Study on Seismic Strengthening of RC Columns with Wrapped CFRP Sheets," Construction and Building Materials, Vol. 17, No. 6/7, 2003, pp. 499-506. (doi: http://dx.doi.org/10.1016/S0950-0618(03)00047-3) 

  9. Dhakal, R. P. and Meakawa, K., "Reinforcement Stability and Fracture of Cover Concrete in Reinforced Concrete Members," Journal of Structure Engineering, ASCE, Vol. 128, No. 10, 2002, pp. 1253-1262. (doi: http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(2002)128:10(1253)) 

  10. ACI Committee 437, Load Tests of Concrete Structures: Methods, Magnitude, Protocols, and Acceptance Criteria (ACI 437.1R-07), American Concrete Institute, USA, 2012. 

  11. ABAQUS, Dassault Systems Simulia Corp., Abaqus Analysis User's Manual. Version 6.10, 2011. 

  12. Kwon, M. H., Shing. P. B., Mallare. C., and Restrepo, J., "Seismic Resistance of RC Bent Caps in Elevated Mass Transit Structures," Earthquake Spectra, Vol. 27, No.1, 2011, pp.67-88. (doi: http://dx.doi.org/10.1193/1.3533471) 

  13. Kim, J. S., Kwon, M. H., Jung, W. Y., and Kim, K. H., "The Analytical Study on Seismic Performance Evaluation for Reinforcd Columns of Underground Tunnel," Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 12, No. 4, 2012, pp. 9-15. (doi: http://dx.doi.org/10.9798/KOSHAM. 2012.12.4.009) 

  14. Lubliner, J., Oliver, J., Oller, S., and Onate, E., "A Plastic-Damage Model for Concrete," International Journal of Solid and Structures, Vol. 25, No. 3, 1989, pp. 299-326. (doi: http://dx.doi.org/ 10.1016/0020-7683(89)90050-4) 

  15. Lee, J. and Fenvas, G. L., "Plastic-Damage Model For Cyclic Loading of Concrete Structure," Journal of Engineering Mechanics, ASCE, Vol. 124, No. 8, 1998, pp. 892-900. (doi: http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(1998) 124:8(892)) 

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