GFRP 보강적층판 및 GFRP rod를 이용한 낙엽송 집성재 접합부의 모멘트저항 성능평가 Moment Resistance Performance Evaluation of Larch Glulam Joints using GFRP-reinforced Laminated Plate and GFRP Rod원문보기
구조용 집성재라멘 접합부에 일반적으로 사용되는 접합철물을 대신하여 단판과 GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic)를 복합시킨 GFRP 보강적층판과 삽입 접착형 GFRP rod를 접합물로 사용하였다. 이들을 적용시킨 접합부에 대한 모멘트저항 성능평가 결과, 접합철물을 이용한 실험체(Type-1)와 비교하여 GFRP 보강적층판과 GFRP rod 핀을 사용한 실험체의 항복모멘트는 4% 낮게 측정되었으나 회전강성은 29% 높게 측정되었다. 또한 GFRP 보강적층판과 목재(Eucalyptus marginata)핀을 사용한 실험체는 Type-1 실험체와 비교하여 항복모멘트 11%, 회전강성 56% 높게 측정되며 가장 양호한 성능을 나타냈었다. 파괴형상과 완전탄소성 분석을 통해서도 핀에 의한 전단내력으로부터의 취성파괴가 아닌 연성거동을 나타내며, 접합내력이 상승하고 부재의 일체화가 이루어짐을 확인하였다. 반면, GFRP rod를 삽입 접착한 실험체는 접착 불량으로 측정이 불가하거나 접합성능이 매우 낮게 측정되었다.
구조용 집성재 라멘 접합부에 일반적으로 사용되는 접합철물을 대신하여 단판과 GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic)를 복합시킨 GFRP 보강적층판과 삽입 접착형 GFRP rod를 접합물로 사용하였다. 이들을 적용시킨 접합부에 대한 모멘트저항 성능평가 결과, 접합철물을 이용한 실험체(Type-1)와 비교하여 GFRP 보강적층판과 GFRP rod 핀을 사용한 실험체의 항복모멘트는 4% 낮게 측정되었으나 회전강성은 29% 높게 측정되었다. 또한 GFRP 보강적층판과 목재(Eucalyptus marginata)핀을 사용한 실험체는 Type-1 실험체와 비교하여 항복모멘트 11%, 회전강성 56% 높게 측정되며 가장 양호한 성능을 나타냈었다. 파괴형상과 완전탄소성 분석을 통해서도 핀에 의한 전단내력으로부터의 취성파괴가 아닌 연성거동을 나타내며, 접합내력이 상승하고 부재의 일체화가 이루어짐을 확인하였다. 반면, GFRP rod를 삽입 접착한 실험체는 접착 불량으로 측정이 불가하거나 접합성능이 매우 낮게 측정되었다.
Instead of metal connector generally used on the structural glued laminated timber rahmen joints, the GFRP reinforced laminated plates combining veneer and GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic) and bonded type GFRP rod were used as the connectors. As a result of moment resistance performance evaluat...
Instead of metal connector generally used on the structural glued laminated timber rahmen joints, the GFRP reinforced laminated plates combining veneer and GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic) and bonded type GFRP rod were used as the connectors. As a result of moment resistance performance evaluation on the joint part applied with these connectors, the yield moment of specimen using the GFRP reinforced laminated plates and GFRP rod pin was measured 4 % lower in comparison to the specimen (Type-1) using the metal connectors, but the initial rotational stiffness was measured 29% higher. Also, the yield moment and rotational stiffness of the specimen using the GFRP-reinforced laminated plates and wood (Eucalyptus marginata) pin showed were measured 11% and 56% higher in comparison to the Type-1 specimen, showing the best performance. It was also confirmed through the failure shape and perfect elasto-plasticity analysis that it showed ductility behavior, not brittle fracture, from the shear resisting force by the pin and the bonding strength increased and the unification of member was carried out. On the other hand, in case of the specimen bonded with GFRP rod, it was impossible to measure the bonding performance or it was measured very low due to poor bonding.
Instead of metal connector generally used on the structural glued laminated timber rahmen joints, the GFRP reinforced laminated plates combining veneer and GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic) and bonded type GFRP rod were used as the connectors. As a result of moment resistance performance evaluation on the joint part applied with these connectors, the yield moment of specimen using the GFRP reinforced laminated plates and GFRP rod pin was measured 4 % lower in comparison to the specimen (Type-1) using the metal connectors, but the initial rotational stiffness was measured 29% higher. Also, the yield moment and rotational stiffness of the specimen using the GFRP-reinforced laminated plates and wood (Eucalyptus marginata) pin showed were measured 11% and 56% higher in comparison to the Type-1 specimen, showing the best performance. It was also confirmed through the failure shape and perfect elasto-plasticity analysis that it showed ductility behavior, not brittle fracture, from the shear resisting force by the pin and the bonding strength increased and the unification of member was carried out. On the other hand, in case of the specimen bonded with GFRP rod, it was impossible to measure the bonding performance or it was measured very low due to poor bonding.
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문제 정의
종래의 목구조물의 접합부위 보강방법은 대부분이 보강철물을 통한 방법으로 접합구를 증가시키거나 보강강판을 사용하고 있는데, 이러한 방법은 집성재 접합부의 근본적인 취약점인 할렬파단을 보강하지 못한다. 따라서 본 연구에서는 기존의 슬릿 삽입형 강판과 드리프트 핀 접합부를 대체할 목적으로 GFRP 보강적층판과 비금속 핀 접합을 이용한 슬릿 삽입형 접합부와 glued-in rod 방법으로 GFRP rod와 에폭시 접착제를 이용한 삽입 접착형 접합부를 제작하였다. 이번 실험에서는 기둥과 보부재를 강접합한 일방향 구조시스템인 문형라멘구조를 접합방법과 접합구 종류를 달리하여 5타입의 실험체를 제작하였으며, 각 접합부의 모멘트저항 성능을 비교 검토하였다.
제안 방법
시험방법은 변형각이 ± 1/450, ± 1/300, ± 1/200, ± 1/150, ± 1/100, ± 1/75, ± 1/50 rad. 순으로 정부 가력을 1회 실시 후 정방향으로 수평 가력하여 최대 하중의 80%까지 저하될 때까지 하중을 가력하거나, 변형각이 1/15 rad.
따라서 본 연구에서는 기존의 슬릿 삽입형 강판과 드리프트 핀 접합부를 대체할 목적으로 GFRP 보강적층판과 비금속 핀 접합을 이용한 슬릿 삽입형 접합부와 glued-in rod 방법으로 GFRP rod와 에폭시 접착제를 이용한 삽입 접착형 접합부를 제작하였다. 이번 실험에서는 기둥과 보부재를 강접합한 일방향 구조시스템인 문형라멘구조를 접합방법과 접합구 종류를 달리하여 5타입의 실험체를 제작하였으며, 각 접합부의 모멘트저항 성능을 비교 검토하였다.
대상 데이터
이때 강판의 크기는 190 × 380 × 8 (mm), 드리프트 핀의 직경 12 mm, 길이 90 mm이었다. Type-2와 Type-3은 GFRP 보강적층판을 집성재 부재의 슬릿 부위에 삽입하여 에폭시 수지로 접착 후 GFRP rod 또는 목재 핀으로 접합한 실험체로 2개의 GFRP 보강적층판과 GFRP rod 또는 목재 핀을 사용하여 양면에서 접합하였다. 접합구 삽입 전 GFRP 보강적층판과 기둥-보 접합을 위해 에폭시 수지를 도포하여 기둥 접합부 슬릿에 접착한 후, 보부재 접합을 위해 클램프를 이용하여 기둥과 보를 완전히 밀착 접합하였다.
53이었다. 보강재는 직물형태의 유리섬유를 불포화 폴리에스테르 수지를 사용하여 시트의 형태로 가공된 두께 1.3 mm의 GFRP (GFRP Textile-Seet)를 사용하였다. GFRP 보강적층판은 단판 5 ply 각층에 보강재를 삽입한 형태로 Fig.
집성재 제작에 사용된 수종은 국내산 낙엽송(Larix kaemferi Carr.) 층재(두께 30 mm, 폭 200 mm)로서 평균함수율은 13%, 평균비중은 0.55이었다. 집성재 조합을 위해 종진동의 고유 진동수를 이용한 휨 탄성계수로 등급 구분하였으며, 레조시놀 접착제를 사용하여 단면적 190 × 200mm의 7 ply 집성재를 제작하였다.
캔틸레버형 모멘트 저항 실험체는 훈데거 사의 K2i 1259 프리컷 가공기계를 이용하여 가공하였으며, 기둥의 치수는 190 × 200 × 1000 (mm), 보의 치수는 190 × 200 × 1100 (mm)이었다. 실험체는 접합방법과 접합구 종류를 달리하여 5타입의 실험체를 제작하였다(Fig.
성능/효과
기둥-보 모멘트저항 시험편의 반복가력 시험을 통해 GFRP 보강적층판을 집성재 부재의 슬릿 부위에 삽입하여 에폭시 수지로 접착 후 목재 핀으로 접합한 모멘트 저항 실험체(Type-3)가 접합철물을 사용한 실험체(Type-1)와 비교하여 항복모멘트가 11%, 회전강성이 56% 높게 나타났다. GFRP 보강적층판 두께에 의해 집성재의 횡단면 단면적이 줄어들고, 드리프트 핀보다 14배 이상 낮은 강도의 목재핀을 사용함에도 불구하고, 접착과 압체가 이루어짐으로써 접합내력이 상승하고 부재의 일체화가 이루어졌음을 확인하였다. 또한 집성재와 같은 목질재료의 접합부재를 사용하여 일체화시킴으로서 접합구 압입에 의한 파괴 억제와 심미성 향상에 대한 가능성을 확인하였다.
기둥-보 모멘트저항 시험편의 반복가력 시험을 통해 GFRP 보강적층판을 집성재 부재의 슬릿 부위에 삽입하여 에폭시 수지로 접착 후 목재 핀으로 접합한 모멘트 저항 실험체(Type-3)가 접합철물을 사용한 실험체(Type-1)와 비교하여 항복모멘트가 11%, 회전강성이 56% 높게 나타났다. GFRP 보강적층판 두께에 의해 집성재의 횡단면 단면적이 줄어들고, 드리프트 핀보다 14배 이상 낮은 강도의 목재핀을 사용함에도 불구하고, 접착과 압체가 이루어짐으로써 접합내력이 상승하고 부재의 일체화가 이루어졌음을 확인하였다.
GFRP 보강적층판 두께에 의해 집성재의 횡단면 단면적이 줄어들고, 드리프트 핀보다 14배 이상 낮은 강도의 목재핀을 사용함에도 불구하고, 접착과 압체가 이루어짐으로써 접합내력이 상승하고 부재의 일체화가 이루어졌음을 확인하였다. 또한 집성재와 같은 목질재료의 접합부재를 사용하여 일체화시킴으로서 접합구 압입에 의한 파괴 억제와 심미성 향상에 대한 가능성을 확인하였다. 추후 GFRP 보강적층판을 사용한 집성재 부재의 외측보강 및 정밀한 접착공정을 통한 부재의 일체화가 이루어질 수 있다면 접합성능이 더욱 증가될 것으로 생각된다.
후속연구
또한 집성재와 같은 목질재료의 접합부재를 사용하여 일체화시킴으로서 접합구 압입에 의한 파괴 억제와 심미성 향상에 대한 가능성을 확인하였다. 추후 GFRP 보강적층판을 사용한 집성재 부재의 외측보강 및 정밀한 접착공정을 통한 부재의 일체화가 이루어질 수 있다면 접합성능이 더욱 증가될 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 연구에서는 기존의 슬릿 삽입형 강판과 드리프트 핀 접합부를 대체할 목적으로 GFRP 보강적층판과 비금속 핀 접합을 이용한 슬릿 삽입형 접합부와 glued-in rod 방법으로 GFRP rod와 에폭시 접착제를 이용한 삽입 접착형 접합부를 제작한 이유는?
종래의 목구조물의 접합부위 보강방법은 대부분이 보강철물을 통한 방법으로 접합구를 증가시키거나 보강강판을 사용하고 있는데, 이러한 방법은 집성재 접합부의 근본적인 취약점인 할렬파단을 보강하지 못한다. 따라서 본 연구에서는 기존의 슬릿 삽입형 강판과 드리프트 핀 접합부를 대체할 목적으로 GFRP 보강적층판과 비금속 핀 접합을 이용한 슬릿 삽입형 접합부와 glued-in rod 방법으로 GFRP rod와 에폭시 접착제를 이용한 삽입 접착형 접합부를 제작하였다.
섬유강화플라스틱을 이용한 보강방법의 장점은?
섬유강화플라스틱(Fiber Reinforced Plastics; FRP) 을 이용한 보강방법은 금속재료보다 가볍고, 비강도, 비강성, 내식성 등이 우수한 특징을 가지고 있어 건축 및 토목구조물의 보수나 보강에 그 사용이 증가하고 있다. FRP를 이용한 접합부 보강은 효과적인 대안이 될 수 있으며, 지진과 같은 하중에서 에너지를 소산하는 용량 및 성능을 유지하면서 큰 변형에 견딜 수 있는 가능성을 제공한다.
일반적인 집성재 구조물에 대한 접합기술은 무엇인가?
목구조물의 내구성은 목재 자체의 강도 성능뿐만 아니라 목재 접합부의 접합성능에 따라 좌우된다. 집성재 구조물에 대한 접합기술은 접합철물을 이용한 강판 삽입식이 일반적이다. 하지만 강판과 볼트 및 드리프트 핀을 이용한 접합은 목재와 금속의 강도 차이로 인해 목재의 섬유방향 하중 시 할렬파단이 일어나며 이는 취성파괴로 이어져 접합부의 강도를 감소시키는 취약점으로 작용한다.
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