본 연구는 일반철근과 FRPH Bar를 주철근으로 한 철근 콘크리트 보부재를 대상으로 정적실험 및 반복하중 재하실험을 수행하여 에너지 소산성능 및 반복하중 저항성능을 분석하였다. 실험을 위하여 24MPa의 설계강도를 가진 콘크리트 보부재($200{\times}200{\times}2175mm$)를 제작하였으며, 4점 휨 시험을 수행하여 초기균열하중, 항복하중, 파괴하중을 측정하였다. 정적하중 재하실험을 통해 각 시험체에 대한 항복하중과 파괴강도를 측정하였는데, 항복하중은 RC보에서는 48.9kN, FRPH 보에서는 36kN으로 평가되었으며, 파괴하중은 두 시험체 모두 50kN의 강도를 보였다. 정적하중-처짐 결과에서는 FRPH 보는 RC보에 비하여 인장경화특성을 나타내는데, 이는 FRPH bar의 인장경화 특성에 기인한다. 반복하중하에서 FRPH bar를 가진 보에서는 일반 RC보와는 다르게 작은 폭의 균열이 넓게 발생하였으며, 우수한 처짐 복원력을 나타내었다. 정적 동적 에너지 비율을 이용한 에너지 소산능력에서는 RC보에서는 0.62, FRPH 보에서는 0.83으로 평가되었으며, 이를 통해 FRPH를 가진 보부재에서 효과적으로 반복하중에 대하여 저항함을 알 수 있다.
본 연구는 일반철근과 FRPH Bar를 주철근으로 한 철근 콘크리트 보부재를 대상으로 정적실험 및 반복하중 재하실험을 수행하여 에너지 소산성능 및 반복하중 저항성능을 분석하였다. 실험을 위하여 24MPa의 설계강도를 가진 콘크리트 보부재($200{\times}200{\times}2175mm$)를 제작하였으며, 4점 휨 시험을 수행하여 초기균열하중, 항복하중, 파괴하중을 측정하였다. 정적하중 재하실험을 통해 각 시험체에 대한 항복하중과 파괴강도를 측정하였는데, 항복하중은 RC보에서는 48.9kN, FRPH 보에서는 36kN으로 평가되었으며, 파괴하중은 두 시험체 모두 50kN의 강도를 보였다. 정적하중-처짐 결과에서는 FRPH 보는 RC보에 비하여 인장경화특성을 나타내는데, 이는 FRPH bar의 인장경화 특성에 기인한다. 반복하중하에서 FRPH bar를 가진 보에서는 일반 RC보와는 다르게 작은 폭의 균열이 넓게 발생하였으며, 우수한 처짐 복원력을 나타내었다. 정적 동적 에너지 비율을 이용한 에너지 소산능력에서는 RC보에서는 0.62, FRPH 보에서는 0.83으로 평가되었으며, 이를 통해 FRPH를 가진 보부재에서 효과적으로 반복하중에 대하여 저항함을 알 수 있다.
In the present work, a mechanical performances under cyclic loading in RC (Reinforced Concrete) beams with normal steel and FRPH (Fiber Reinforced Plastic Hybrid) bar are investigated. For the work, RC beam members with $200{\times}200{\times}2175mm$ of geometry and 24 Mpa of design stren...
In the present work, a mechanical performances under cyclic loading in RC (Reinforced Concrete) beams with normal steel and FRPH (Fiber Reinforced Plastic Hybrid) bar are investigated. For the work, RC beam members with $200{\times}200{\times}2175mm$ of geometry and 24 Mpa of design strength are prepared, and 4-point-bending tests are performed for evaluation of cracking, yielding, and ultimate loads. Through static loading test, 48.9kN and 36.0 kN of yielding loads are measured for normal RC and FRPH beam, respectively. They have almost same ultimate load of 50.0 kN. Typical tension hardening behavior is observed in FRPH beam, which is caused by the behavior of FRPH bar with tension hardening. In cyclic loading conditions, FRPH beam has more smaller crack width and scattered crack pattern, and it shows more elastic recovery than normal RC beam. The energy dissipation ratio in FRPH beam is 0.83, which is greater than 0.62 in normal RC beam and it shows more effective resistance to cyclic loadings.
In the present work, a mechanical performances under cyclic loading in RC (Reinforced Concrete) beams with normal steel and FRPH (Fiber Reinforced Plastic Hybrid) bar are investigated. For the work, RC beam members with $200{\times}200{\times}2175mm$ of geometry and 24 Mpa of design strength are prepared, and 4-point-bending tests are performed for evaluation of cracking, yielding, and ultimate loads. Through static loading test, 48.9kN and 36.0 kN of yielding loads are measured for normal RC and FRPH beam, respectively. They have almost same ultimate load of 50.0 kN. Typical tension hardening behavior is observed in FRPH beam, which is caused by the behavior of FRPH bar with tension hardening. In cyclic loading conditions, FRPH beam has more smaller crack width and scattered crack pattern, and it shows more elastic recovery than normal RC beam. The energy dissipation ratio in FRPH beam is 0.83, which is greater than 0.62 in normal RC beam and it shows more effective resistance to cyclic loadings.
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문제 정의
본 연구에서는 동일 제원의 RC보를 제작하여 외경이 동일한 일반철근(SD 40)과 FRPH bar를 주철근으로 사용하여 정적 및 반복하중에 따른 역학적 거동을 평가하도록 한다. 본ㅂ연구를 통하여 초기 균열하중, 항복하중, 하중반복에 따른 에너지 소산, 그리고 하중 제하후의 균열 패턴 등이 분석될 것이다.
정적하중 재하실험은 반복하중 재하실험에 앞서 각 보에 대한 항복하중 및 파괴하중을 알아보기 위해 선행하여 실시하였다. 각 보의 초기 균열하중은 RC보 에서는 6.
제안 방법
5에 나타내었다. FRPH bar의 경우는 프리스트레스텐던과 같이 비선형적으로 변형하므로 0.2% offset을 이용하여 항복강도를 추정하였다. 최종 파단 변형률은 하중제어로 인장시험을 수행하여 정확한 값을 도출하지 못하였다.
RC 보의 제조를 위해 총 2 가지 경우에 대한 철근 콘크리트 시험체에 대한 배합은 압축강도 24.0 MPa, 물-시멘트비(w/c:water to cement)비는 0.5, 목표 슬럼프는 180 mm로 하였고 AE제를 시멘트 중량의 0.7%만큼 추가적으로 투입하였다.
중앙지점에서 좌우로 10 cm 이격된 프레임을 사용하여 하중을 재하하였으며, RC보와 FRPH보에 대한 초기균열 하중, 항복하중 및 보에서의 처짐량을 측정하였다. 가력범위를 설정하기 위해, 각 보에 대한 파괴하중(Pu)을 정적시험을 통하여 도출하였으며, 0.85Pu를 최대 가력하중으로 설정한 뒤, Sine 특성을 가진 1Hz의 주기로 100 Cycle을 반복하여 가력하였다. 최대하중의 90%이상을 가력한 경우 반복하중에 대하여 10회 정도에 파괴가 발생하므로 하중수준을 85%수준으로 재하하였다.
본 연구에서는 각각 일반철근과 FRPH bar를 주철근으로 사용하여 전단 보강된 철근 콘크리트 시험체를 제작하였다. 이후 정적·동적 하중을 재하해 구조성능과 각 시험체에 대한 하중거동 특성과 에너지 소산 비율을 비교·분석하였으며, 이를 통한 결과는 다음과 같이 정리할 수 있다.
앞선 정적하중 재하실험결과에서 보여준 각 보에 대한 항복강도가 다르므로 직접적인 에너지 소산을 비교할 수 없으므로 , 정적에너지와 동적에너지의 비율을 이용해 부재 내의 반복하중에 대한 특성을 비교하였다. 반복하중에 따른 하중변위 그래프에서 포락선 면적을 도출하였는데, 이를 이용하여 소산된 에너지 비율을 도출할 수 있다.
이후 정적·동적 하중을 재하해 구조성능과 각 시험체에 대한 하중거동 특성과 에너지 소산 비율을 비교·분석하였으며, 이를 통한 결과는 다음과 같이 정리할 수 있다.
일반 RC보 및 FRPH 보의 정적 및 반복하중 거동을 평가하기 위해 4점 재하법을 이용하여 정적 및 동적 하중 재하 실험을 실시하였다. 중앙지점에서 좌우로 10 cm 이격된 프레임을 사용하여 하중을 재하하였으며, RC보와 FRPH보에 대한 초기균열 하중, 항복하중 및 보에서의 처짐량을 측정하였다.
정적 및 동적 하중에 대한 거동 분석을 위해 주철근인 일반 철근과 FRPH Bar의 중앙에 각 2개씩 총 4개의 철근게이지를 부착하였으며, 100 mm 측정 가능한 변위센서를 콘크리트 지 간에 대해 중앙에 설치하여 처짐을 측정하였다. 정적하중 및 반복하중에 대한 시편은 각 RC 보와 FRPH 보의 경우에 1가지로, 총 4개의 보부재가 제조되었다.
정적하중 재하실험에서 얻은 RC보, FRPH보의 항복강도(Py)를 고려하여 반복하중 100 Cycle을 실시하였다. Table 4 에는 반복하중의 최대·최소하중을 나타내었고, Fig.
일반 RC보 및 FRPH 보의 정적 및 반복하중 거동을 평가하기 위해 4점 재하법을 이용하여 정적 및 동적 하중 재하 실험을 실시하였다. 중앙지점에서 좌우로 10 cm 이격된 프레임을 사용하여 하중을 재하하였으며, RC보와 FRPH보에 대한 초기균열 하중, 항복하중 및 보에서의 처짐량을 측정하였다. 가력범위를 설정하기 위해, 각 보에 대한 파괴하중(Pu)을 정적시험을 통하여 도출하였으며, 0.
85Pu를 최대 가력하중으로 설정한 뒤, Sine 특성을 가진 1Hz의 주기로 100 Cycle을 반복하여 가력하였다. 최대하중의 90%이상을 가력한 경우 반복하중에 대하여 10회 정도에 파괴가 발생하므로 하중수준을 85%수준으로 재하하였다.
35배 정도 크게 측정되었다. 하중-변위 거동을 고려하여 초기균열하중 이후의 선형구간을 분류하여 항복하중을 평가하였다. 최종 파괴하중은 RC보, FRPH 보 모두 50.
대상 데이터
주철근으로 사용한 일반철근은 D13 이형철근을 사용하였고, 일반철근과 직경과 길이가 같은 FRPH bar를 입수하여 시험체를 제작하였다. 본 연구에서 사용된 FRPH bar의 경우 D9의 강재를 심재로 사용하고 유리섬유를 감아서 제작한 뒤, 에폭시로 함침하여 외경을 D13으로 만든 것이다. Fig.
시험체의 크기는 200×200×2,175 mm로 하였고 일반철근과 FRPH bar를 적용하여 정적 및 반복하중에 대한 경우를 고려하여 제작하였다.
정적 및 동적 하중에 대한 거동 분석을 위해 주철근인 일반 철근과 FRPH Bar의 중앙에 각 2개씩 총 4개의 철근게이지를 부착하였으며, 100 mm 측정 가능한 변위센서를 콘크리트 지 간에 대해 중앙에 설치하여 처짐을 측정하였다. 정적하중 및 반복하중에 대한 시편은 각 RC 보와 FRPH 보의 경우에 1가지로, 총 4개의 보부재가 제조되었다.
주철근으로 사용한 일반철근은 D13 이형철근을 사용하였고, 일반철근과 직경과 길이가 같은 FRPH bar를 입수하여 시험체를 제작하였다. 본 연구에서 사용된 FRPH bar의 경우 D9의 강재를 심재로 사용하고 유리섬유를 감아서 제작한 뒤, 에폭시로 함침하여 외경을 D13으로 만든 것이다.
성능/효과
1) FRPH bar를 가진 RC보에서는 항복단계에서의 하중이 36.0 kN으로 일반 RC보의 약 73%수준의 강도를 보였으나, 정적·동적 재하 실험 모두 철근 항복 이후에서도 하중이 증가하는 인장경화 발생하였다.
2) 정적하중 재하 시, 파괴시의 FRPH보의 처짐은 25.0 mm로RC의 22.0 mm보다 크게 측정되었다. 반복하중 재하시, 처짐 폭은 RC보에서 2.
3) 반복하중에 대한 소산된 에너지비율은 RC보에서는 0.62,FRPH보에서는 0.83으로 측정되는데, 이는 처짐이 증가하면서도 하중을 지속적으로 저항할 수 있는 FRPH bar의 장점이라고 할 수 있다. FRPH bar를 가진 보의 경우 큰 연성 특성과 인장경화특성을 이용하여 지진과 같은 반복하중 또는 피로에 대해 효과적으로 저항할 수 있음을 알수 있다.
FRPH보에서는 하중 재하·제거를 반복했을 시 처짐 폭은 약 3~14 mm정도로 RC보의 2~10 mm보다 높은 복원력을 보였는데, 이는 FRPH 부재에서 높은 탄성 회복을 갖고 있음을 알 수 있다.
하중-변위 거동을 고려하여 초기균열하중 이후의 선형구간을 분류하여 항복하중을 평가하였다. 최종 파괴하중은 RC보, FRPH 보 모두 50.0 kN 수준을 보이고 있었다. 실제로 RC보에 사용된 일반 철근은 외경이 13.
5 kN과 큰 차이를 나타내지 않았다. 항복하중은 RC보에서는 48.9 kN으로, FRPH 보에서는 36.0 kN으로 평가되어 1.35배 정도 크게 측정되었다. 하중-변위 거동을 고려하여 초기균열하중 이후의 선형구간을 분류하여 항복하중을 평가하였다.
후속연구
본 연구에서는 동일 제원의 RC보를 제작하여 외경이 동일한 일반철근(SD 40)과 FRPH bar를 주철근으로 사용하여 정적 및 반복하중에 따른 역학적 거동을 평가하도록 한다. 본ㅂ연구를 통하여 초기 균열하중, 항복하중, 하중반복에 따른 에너지 소산, 그리고 하중 제하후의 균열 패턴 등이 분석될 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
최근 FRP 보강재의 단점을 보완하기 위해 무엇이 개발되었는가?
최근 들어 이러한 FRP 보강재의 단점을 보완하기 위해 내부에 철근을 삽입하고 외부를 유리섬유와 에폭시로 코팅한FRPH (Fiber Reinforced Plastic Hybrid) bar가 개발되었다(KICT, 2013). 개발된 FRPH bar에 대해서는 뛰어난 내부식성 및 인발특성이 규명되었으나(Oh et al.
콘크리트의 특징은?
콘크리트는 경제적이고 내구적인 건설재료이며 1900년대 초부터 다양하게 사용되어 왔다. 그러나 염해와 같은 열화환경에서는 내부의 매립된 철근은 부식하기 쉬우며, 이로 인해 RC (Reinforced Concrete) 구조물에서는 내구성저화와 역학적 성능저하가 발생하게 된다(Broomfield, 1997).
콘크리트의 문제점은?
콘크리트는 경제적이고 내구적인 건설재료이며 1900년대 초부터 다양하게 사용되어 왔다. 그러나 염해와 같은 열화환경에서는 내부의 매립된 철근은 부식하기 쉬우며, 이로 인해 RC (Reinforced Concrete) 구조물에서는 내구성저화와 역학적 성능저하가 발생하게 된다(Broomfield, 1997). 사용기간의 증가에 따른 철근의 부식방지를 위해서 다양한 연구가 수행되어 왔는데, 혼화재료를 이용한 콘크리트 구체의 염해 저항성 개선방법이 있다.
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