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초록
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섬유복합체 (Fiber Reinforced Polymer, FRP)는 비강도가 높고, 비부식성 재료라는 특징을 가지고 있어서 건설 분야에서 철근을 대체할 수 있는 보강근 재료로 인식되고 있다. 몇몇 유리섬유 복합체 (Glass FRP, GFRP) 보강근이 상용화되어 있지만 GFRP는 철근에 비해 가격이 비싸고 상대적으로 낮은 탄성계수와 취성 파괴 특성 때문에 다소 경쟁력이 떨어진다. GFRP 보강근의 재료가격을 낮출 수 없다면 사용된 재료의 성능을 최대로 하여 보강근의 성능을 높이는 것이 상대적인 가격을 낮추는 방법이 될 수 있다. 일반적으로 FRP 보강근의 직경이 커질수록 인장강도는 감소하는 것으로 알려져 있다. 이의 원인 중 하나는 보강근이 인장을 받을 때 외력이 중앙에 위치한 섬유에 충분히 전달되지 못하여 외측에 위한 섬유들만이 인장에 저항하기 때문이다. 따라서 본연의 역할을 수행하지 못하는 섬유는 제거함으로써 보강근의 단가를 낮추면서 보강근이 소정의 성능을 발휘하도록 한다면 가격대비 성능이 최적화된 FRP 보강근을 제작할 수 있다. 본 연구에서는 직경 19 mm의 GFRP 보강근에 대해 단면 내에 중공이 존재하는 경우 중공비율에 따른 인장특성의 변화를 실험적으로 관찰하였다. 중공이 없는 GFRP 보강근 세 개, 네 가지 중공비율에 대해 각각 여섯 개의 GFRP 보강근 시편을 준비하여 인장실험을 실시하였으며 결과 분석을 통하여 인장특성 변화를 도출하였으며 이를 바탕으로 최적의 중공비율을 제안하였다.

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Fiber-reinforced polymer (FRP) has been generally accepted by civil engineers as an alternative for steel reinforcing bars (rebar) due to its advantageous specific tensile strength and non-corrosiveness. Even though some glass fiber reinforced polymer (GFRP) rebars are available on a market, GFRP is...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 7은 회귀분석으로부터 구한 인장강도, 섬유량, 탄성계수의 감소율을 함께 도시한 것이다. 그림에서 보듯이 인장강도는 사용된 섬유량의 감소율과 동일한 감소율을 나타내고 있으므로 인장강도 또는 섬유량의 감소율과 탄성계수의 감소율을 비교하고자 한다.
  • 본 연구에서는 GFRP 보강근의 단가 대비 성능을 효율화하기 위해서 단면 중앙이 비어있는 중공형 GFRP 보강근의 인장성능 검토를 실시하였다. 직경이 19 mm인 세 개의 원형 보강근과 네 가지 중공비율에 대해 각각 여섯 개의 인장 시편을 제작하여 인장실험을 실시하였다.
  • 본 연구에서는 직경이 증가할수록 인장성능이 감소하는 GFRP 보강근의 특성을 활용하여 단가 대비 성능을 효율화하기 위한 연구를 수행하였다. 직경이 19 mm이며 단면 중앙이 비어있는 중공형 GFRP 보강근을 대상으로 하여 인장성능을 검토하였으며 분석결과 도출된 결론은 다음과 같다.
  • GFRP 보강근을 제작하는 데 있어서 최적화를 위한 목표는 보강근의 인장강도, 탄성계수, 단가, 제작성 등 상황에 따라 여러 가지가 있을 수 있다. 본 절에서는 중공면적이 증가함에 따라 인장강도와 탄성계수의 변화가 다르기 때문에 주어진 조건 내에서 두 성능을 최대화할 수 있는 최적 중공비율을 찾고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
GFRP 보강근이 건설 부재로써 널리 사용되고 있지 못한 원인은 무엇인가? 그러나 현재까지도 GFRP 보강근은 건설 구조물에 소극적으로 적용되고 있으며 주부재로 적용된 사례는 많지 않다. 많은 장점을 가졌음에도 GFRP 보강근이 건설 부재로써 널리 사용되고 있지 못한 원인 중 하나로는 철근에 비해 고가인 점을 들 수 있다.
전단지연이란 무엇인가? 철근과 같이 동질재료이면서 강성이 크면 전단변형이 크지 않기 때문에 표면의 변형은 거의 그대로 단면 중앙에 전달된다. 그러나 복합체의 경우에는 강화섬유와 수지 등 다양한 재료가 혼합된 것이고 강성이 큰 재료 (예: 강화섬유)와 강성이 작은 재료 (예: 수지)로 구성된 경우에는 강화섬유와 수지 사이의 강성의 차가 매우 크기 때문에 단면 중앙으로 갈수록 전단변형이 크게 발생하여 표면의 응력과 중앙의 응력이 다르게 된다 (Lee et al., 2007).
GFRP 보강근의 단가를 낮추기 위한 방법은 무엇이 있는가? GFRP 보강근의 단가를 낮추기 위해서는 재료나 제작비를 감소시키는 직접적인 방법과 단가 대비 성능을 향상시키는 간접적인 방법이 있다.
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참고문헌 (13)

  1. Ahmadi, M. S., Johari, M. S., Sadighi, M., and Esfandeh, M. (2009), An experimental study on mechanical properties of GFRP braid-pultruded composite rods, eXPRESS Polymer Letters, 3(9), 560-568. 

  2. American Concrete Institute (ACI) (1996), State-of-the-Art Report on Fiber Reinforced Plastic (FRP) Reinforcement for Concrete Structures, ACI 440R-96, Committee 440, 3. 

  3. Bank, L. C. (2006), Composites for Construction: Structural Design with FRP materials, John Wiley & Sons, Inc.. 

  4. Daniel, I. M., and Ishai, O. (1994), Engineering Mechanics of Composite Materials, Oxford University press, 72-85. 

  5. Hughes Brothers Inc. (2014), http://aslanfrp.com/aslan100/Resources/Aslan100a.pdf, confirmed at 2014.04.24. 

  6. ISIS Canada (2001), Design Manual 3: Reinforcing concrete structures with fiber reinforced polymers, The Canadian Network of Centers of Excellence on Intelligent Sensing for Innovative Structures. 

  7. Johnson, D. T. C. (2009), Investigation of glass fibre reinforced polymer reinforcing bars as internal reinforcement for concrete structures, MSc Thesis, Department of Civil Engineering, University of Toronto. 

  8. Ko, F. K., Somboonsong, W., and Harris, H. G. (1997), Fiber architecture based design of ductile composite rebars for concrete structures, Proceedings of the 11th International Conference of Composite Materials, Ed. Scott, M.L, Gold Coast, Austrailia, 4. 

  9. Korea Institute of Construction Technology (KICT) (2006), Design and construction technology for concrete structures using advanced composite materials, Interim report submitted to the Korea Research Council of Public Science and Technology, Korea (in Korean). 

  10. Lee, D. G., Jeong, M. Y., Choi, J. H., Cheon, S. S., Chang, S. H., and Oh, J. H. (2007), Composite materials, Hongrung publishing company, Seoul, 166. 

  11. Renee, C., and Yunping, X. (2003), THE BEHAVIOR OF FIBER-REINFORCED POLYMER REINFORCEMENT IN LOW TEMPERATURE ENVIRONMENTAL CLIMATES, Report No. CDOT-DTD-R-2003-4, Department of Civil, Environmental & Architectural Engineering, University of Colorado. 

  12. Wang, Z., Goto, Y., and Joh, O. (1999), Bond strength of various types of fiber reinforced plastic rods, Fourth International Symposium on Fiber Reinforced Polymer Reinforcement for Reinforced Concrete Structures, SP-188, Editors Charles W., Dolan, Sami H. R., and Antonio N., 1127. 

  13. Zenon, A., and Kypros, P. (2004), Bond behavior of fiber reinforced polymer bars under direct pullout conditions, Journal of composites for construction, 8, 173-181. 

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