[논문]음의 포아송비 거동 격자체로 보강한 시멘트 복합체의 압축특성 실험평가

김원우; 이장화; 문재흠

doi:10.14190/jrcr.2017.5.2.198

음의 포아송비 거동 격자체로 보강한 시멘트 복합체의 압축특성 실험평가
Experimental Evaluation of Compressive Characteristics of Cementitious Composites Reinforced by Auxetic Mesh 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.5 no.2, 2017년, pp.198 - 203

김원우 (한국건설기술연구원 구조융합연구소) , 이장화 (한국건설기술연구원 구조융합연구소) , 문재흠 (한국건설기술연구원 구조융합연구소)

초록
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본 연구는 압축하중 하의 콘크리트에 음의 포아송비 거동 격자체를 보강함으로서 역학적 특성에 효과가 있는지를 검토하였다. 이중화살촉 형상의 2차원 음의 포아송비 격자체를 종류별로 제작하여 콘크리트 시험체에 매립하였다. 압축시험을 수행한 결과, 음의 포아송비 격자체를 콘크리트에 매립함으로써 콘크리트의 변형을 구속함에 의해 복합체의 강성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study observed the effects of auxetic mesh reinforcement in concrete on the mechanical characteristics under compression. Series of double arrow type 2-D auxetic mesh were manufactured and embedded into concrete specimens. Compression tests were performed and results showed that the application of auxetic mesh as concrete reinforcement can restrain the deformation of concrete resulting in the enhancement of stiffness of composites.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 Fig. 3에서 보인 음의 포아송비 거동 특성을 가지는 격자 체중 1종류를 선택, 콘크리트에 매립하여 해당 복합체의 압축 거동 특성을 실험적으로 분석하였으며, 이러한 결과로부터 복합체의 부재 강성에 어떠한 효과가 있는지를 검토하였다. ;

제안 방법

2017). 이에 본 연구에서는 이중 화살촉 격자체 중 특정 형상에 대하여 격자체 두께 및 보강량 등을 변수로 하여 격자체를 제작, 콘크리트에 매립한 복합체에 대한 압축 하중 작용 시의 역학적 거동 평가를 위한 실험 연구를 수행하고자 하였다.

대상 데이터

2.1에서 제작된 격자체를 매립한 콘크리트 복합체는 폭 525mm, 높이 395mm, 두께 160mm를 가지는 직육면체로 제작하였다. 또한, Fig.
이에 압축 강도 시험용 격자체는 Fig. 5와 같이 두께 2mm 및 5mm의 SS400 강판을 가지고 Fig. 4의 단위격자체 형상을 θ₁=60^o , θ₂=30^o 로 고정하여 레이저 절삭 가공 방식으로 제작하였다. 또한 z각 격자두께별 격자체를 구성하는 단위 격자의 크기는 Fig.

성능/효과

압축실험 수행 결과, 두께 2mm의 음의 포아송비 격자체를 1% 이하로 보강한 경우는 무보강 시험체와 비교할 때 복합체의 거동에 큰 변화는 발생되지 않았다. 그러나 약 1.5% 수준으로 보강한 경우에 있어서는 압축 하중 방향으로는 큰 변화는 없었으 나, 하중 직교 방향에 있어서는 복합체의 변형이 크게 감소함을 확인할 수 있었다. ;
2. 압축실험 수행 결과, 두께 2mm의 음의 포아송비 격자체를 1% 이하로 보강한 경우는 무보강 시험체와 비교할 때 복합체의 거동에 큰 변화는 발생되지 않았다. 그러나 약 1.
4. 다만 격자체를 매립, 보강함에 있어서 보강량이 일정 수준 이상이 되면 금속 보강체의 자체 강성이 전체 복합체의 역학적 거동을 지배하게 되어 음의 포아송비에 의한 효과는 상대적으로 감소하게 됨을 확인할 수 있었다.
이와 같은 결과를 볼 때, 음의 포아송비 거동 격자체를 콘크리트와 같은 양의 포아송비 거동 재료에 매립, 보강을 함으로써, 외부 압축 하중의 작용으로 인한 단면 부피의 변화 뿐만 아니라, 보강량에 따라 강성의 증대 효과도 기대할 수 있음을 실험적으로 확인하였다.

후속연구

5. 이러한 실험 결과 등을 기반으로 후속 연구에서는 콘크리트 복합체의 역학적 거동 특성의 개선 및 성능 향상을 위한 최적 보강 방식 및 보강량과 관련된 연구 결과를 제시하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	콘크리트의 한계는?	그러나 콘크리트는 우수한 압축 강도 및 강성에 비하여 인장 강도는 상대적으로 매우 낮은 값을 가지기 때문에 콘크리트 자체만 가지고는 구조부재에의 적용에 제한을 받게 된다. 이러한 제한을 극복하고자 부재에 작용하게 되는 인장하중은 철근이 부담하도록 한 철근 콘크리트 구조가 주로 사용되어지고 있는 실정이다.
	콘크리트의 장점은?	콘크리트는 우수한 경제성 및 시공성으로 주요 건설 재료로 이용되어 지고 있으며, 최근 들어서는 다양한 시설물 및 건축물의 규모가 대형화 및 초고층화함에 따라 기존 콘크리트의 역학적 성능 및 내구성을 추가적으로 향상시키는 연구가 활발히 수행되어지 고 있다.
	압축 하중 작용 방향의 직교 방향으로 단면적이 증가함에 따라 균열 파괴가 생기는 이유는?	1에서 보이는 바와 같이 국부적으로 응력이 집중하게 되며 이로 인하여 압축 하중 작용 방향의 직교 방향으로 단면적이 증가함에 따라 균열 파괴에 이르게 된다. 이러한 거동은 대부분의 일반적인 재료와 마찬가지로 양의 포아송비 거동 특성을 가지기 때문이다. 즉, 식 (1)에 나타낸 바와 같이 부재축 방향으로 압축 하중이 작용할 경우 하중 작용 방향으로 음의 변형률, 즉 길이의 감소가 발생할 경우 하중 직교 방향으로는 양의 변형률, 즉 길이의 증가가 발생하게 된다.

참고문헌 (4)

Elipe, Juan C.A., Lantada, Andres D. (2012). Comparative study of auxetic geometries by means of computer-aided design and engineering, Smart Materials and Structures, 21(10), p.105004(12pp)

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Grima, J.N., Gatt, R., Ravirala, N., Alderson, A., Evans, K.E. (2006). Negative poisson's ratios in cellular foam materials, Materials Science and Engineering, 423, 214-218.

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Kim, W.W., Lee, J.H., Moon, J.H. (2017). A preliminary study of applicability of auxetic mesh for construction industry, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance andInspection, (Accepted-to be published in 2017) [in Korean].
Qiao, J.X., Chen, C.Q. (2015). Impact resistance of uniform and functionally graded auxetic double arrowhead honeycombs, Impact Engineering, 83, 47-58.

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