본 연구는 탄소섬유시트, 아라미드섬유시트, 그리고 유리섬유시트를 혼합한 하이브리드FRP 플레이트를 제작하였으며, 제작한 보강 플레이트를 보강한 후, 최대한의 휨 보강 효과가 발생되도록 다시 보강 플레이를 긴장시켜 RC보의 휨 보강 효과를 파악하고자 하였다. 또한, 긴장시키는 보강방법을 제시하는 동시에 무보강 실험체에 비해 보강효과가 어느 정도 되는지 실험적으로 규명하기 위해 실험적 연구를 진행하였다. 연구를 위해 총 8개의 RC 보 부재를 동일하게 제작하여 1 개의 실험체(N 실험체)를 제외한 7 개의 실험체는 보강재 종류, 단부 정착 앵커 개수, 보강재 두께 등을 주요 변수로 하여 실험을 실시하였다. 실험결과, 휨 거동을 보이는 실험체에 긴장을 가한 FRP 플레이트로 보강하면, 보강하지 않은 실험체에 비해 우수한 휨거동(초기강도, 항복시 강도 및 강성, 최대강도 등)보여 주었으며, 단부정착 앵커의 개수가 많고, 보강재의 두께(보강량)가 클수록 보강효과가 우수한 것으로 나타났으며, 긴장시킨 보강재는 단일 FRP 플레이트에 비해, 하이브리드 FRP 플레이트를 적용했을 때 보강효과가 더 우수하게 나타났다.
본 연구는 탄소섬유시트, 아라미드섬유시트, 그리고 유리섬유시트를 혼합한 하이브리드 FRP 플레이트를 제작하였으며, 제작한 보강 플레이트를 보강한 후, 최대한의 휨 보강 효과가 발생되도록 다시 보강 플레이를 긴장시켜 RC보의 휨 보강 효과를 파악하고자 하였다. 또한, 긴장시키는 보강방법을 제시하는 동시에 무보강 실험체에 비해 보강효과가 어느 정도 되는지 실험적으로 규명하기 위해 실험적 연구를 진행하였다. 연구를 위해 총 8개의 RC 보 부재를 동일하게 제작하여 1 개의 실험체(N 실험체)를 제외한 7 개의 실험체는 보강재 종류, 단부 정착 앵커 개수, 보강재 두께 등을 주요 변수로 하여 실험을 실시하였다. 실험결과, 휨 거동을 보이는 실험체에 긴장을 가한 FRP 플레이트로 보강하면, 보강하지 않은 실험체에 비해 우수한 휨거동(초기강도, 항복시 강도 및 강성, 최대강도 등)보여 주었으며, 단부정착 앵커의 개수가 많고, 보강재의 두께(보강량)가 클수록 보강효과가 우수한 것으로 나타났으며, 긴장시킨 보강재는 단일 FRP 플레이트에 비해, 하이브리드 FRP 플레이트를 적용했을 때 보강효과가 더 우수하게 나타났다.
Fiber-reinforced polymer (FRP) composites have proved to be reliable as strengthening materials. Most of existing studies used single types of FRP composites. Therefore, in this experimental study, carbon FRP sheet, aramid FRP sheet, and hybrid FRP plate including glass fibers were fabricated, and t...
Fiber-reinforced polymer (FRP) composites have proved to be reliable as strengthening materials. Most of existing studies used single types of FRP composites. Therefore, in this experimental study, carbon FRP sheet, aramid FRP sheet, and hybrid FRP plate including glass fibers were fabricated, and the effect of pre-stressed FRP composites on flexural strengthening of reinforced concrete (RC) beams was investigated. In total, eight RC beam specimens were fabricated, including one control beam (specimen N) without FRP composites and seven FRP-strengthened beams. The main parameters were type of FRP composite, the number of anchors used for pre-stressing, and thickness of FRP plates. As a result, the beam strengthened with pre-stressed FRP plate showed superior performance to the non-strengthened one in terms of initial strength, strength and stiffness at yielding, and ultimate strength. As the number of anchors and thickness of FRP plate (i.e., amount of FRP plates) increased, the strengthening effect increased as well. When hybrid FRP plates were pre-stressed, the strengthening effect was higher in comparison with pre-stressed single type FRP plate.
Fiber-reinforced polymer (FRP) composites have proved to be reliable as strengthening materials. Most of existing studies used single types of FRP composites. Therefore, in this experimental study, carbon FRP sheet, aramid FRP sheet, and hybrid FRP plate including glass fibers were fabricated, and the effect of pre-stressed FRP composites on flexural strengthening of reinforced concrete (RC) beams was investigated. In total, eight RC beam specimens were fabricated, including one control beam (specimen N) without FRP composites and seven FRP-strengthened beams. The main parameters were type of FRP composite, the number of anchors used for pre-stressing, and thickness of FRP plates. As a result, the beam strengthened with pre-stressed FRP plate showed superior performance to the non-strengthened one in terms of initial strength, strength and stiffness at yielding, and ultimate strength. As the number of anchors and thickness of FRP plate (i.e., amount of FRP plates) increased, the strengthening effect increased as well. When hybrid FRP plates were pre-stressed, the strengthening effect was higher in comparison with pre-stressed single type FRP plate.
본 연구는 긴장을 가한 보강 플레이트로 보강된 철근콘크리트(reinforced concrete;이하 RC) 보의 휨 보강효과를 파악하기 위한 것이다. RC 보는 설계하중 초과, 용도변경, 노후화 등 여러 요인에 의해 하중 증가 및 내력 저하로 보수 및 보강을 실시하는 경우가 종종 발생된다.
제안 방법
Park Eun-Jeong (2001)등은 하이브리드 보강재(탄소섬유+ 유리섬유)로 보강된 실험체가 단일보강재(탄소섬유+탄소섬유 또는 유리섬유+유리섬유) 보강된 실험체보다 강도와 연성 모두 우수한 결과를 보여주고 있다. 본 연구는 탄소섬유시트, 아라미드섬유시트, 그리고 유리섬유시트를 혼합한 하이브리드 FRP 플레이트를 제작하였으며, 제작한 보강 플레이트를 보강한 후, 최대한의 휨 보강 효과가 발생되도록 다시 보강 플레이를 긴장시켜 RC보의 휨 보강 효과를 파악하고자 하였다. 또한, 긴장시키는 보강방법을 제시하는 동시에 보강하지 않은 무보강 실험체에 비해 보강효과가 어느 정도 되는지 실험적으로 규명하기 위해 연구를 진행하였다.
대상 데이터
보강 및 프리스트레싱을 도입하기 전에 무보강 실험체를 제작하였다. 보강 전 실험체의 형상 및 배근상황은 Fig.
본 연구에 사용된 FRP 재료는 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유 3종류를 사용하였으며, 이중 상대적으로 경제적인 유리섬유를 기본으로 탄소섬유 및 아라미드섬유를 각각 1:9로 혼합(탄소섬유+유리섬유, 아라미드섬유+유리섬유)하여 2종의 하이브리드 FRP 플레이트를 제작하였다. Fig.
이론/모형
7(c)와 같이 양쪽 500mm 위치에 설치된 9mm 강판은 자연적으로 해체가 가능하다. 본 연구에 사용된 긴장 방법은 특별한 장비가 필요 없이 손쉬운 방법으로 긴장시킬 수 있는 특징을 가지고 있어 매우 경제적인 긴장공법이라 할 수 있다.
성능/효과
1) FRP 플레이트를 RC 휨부재에 보강한 후, 다시 보강재에 긴장을 주는 방법을 제안하였으며, 본 연구에 제안된 긴장장치이용하여 단부 정착 부분에서 미끄러짐 변형이 발생되지 않도록 가할 수 있는 최대 긴장력은 4.4%(부재각) 인 것으로 나타났다.
2) 긴장을 가한 FRP 플레이트로 보강된 모든 실험체는 단부 앵커 정착부분에서 보강재의 지압파괴에 의한 미끄러짐 변형이 발생하였으며, 미끄러짐 변형과 동시에 강도가 급격하게 저하되는 현상이 나타났다.
4) 긴장시킨 보강재는 단일 FRP 플레이트에 비해, 하이브리드 FRP 플레이트를 적용했을 때 보강효과가 더 우수하게 나타났다.
후속연구
5) 초기 긴장력이 클수록 우수한 휨 보강효과를 나타내며, 향후, 큰 긴장력을 줄 수 있는 단부 정착에 대한 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
하이브리드 FRP 시트의 특징은 무엇인가?
그렇기 때문에 FRP 재료를 사용할 때에는 취성파괴가 발생되지 않도록 주의해야 한다. 하이브리드 FRP 시트의 특징은 2종류의 재료를 혼합한 시트로 파괴시 변형률이 작은 재료가 먼저 파단되고 변형률이 큰 재료는 그 후에 파단되기 때문에 한꺼번에 파괴되는 취성적인 파괴를 방지할 수 있으며, 하이브리드 FRP 시트 및 보강 플레이트를 이용한 연구 사례도 어렵지 않게 찾아 볼 수 있다(Song Hyeong-Su (2009)). Park Eun-Jeong (2001)등은 하이브리드 보강재(탄소섬유+ 유리섬유)로 보강된 실험체가 단일보강재(탄소섬유+탄소섬유 또는 유리섬유+유리섬유) 보강된 실험체보다 강도와 연성 모두 우수한 결과를 보여주고 있다.
RC보의 휨보강에 사용되는 소재인 FRP소재의 특징은 무엇인가?
RC보의 휨보강 방법은 현장조건에 따라 시공성, 경제성 및 안전성이 확보된 상태에서 휨보강 효과를 극대화시킬 수 있는 방법을 선택하게 된다. FRP(fiber reinforced polymer) 소재는 가벼운 동시에 인장강도가 높고 철근과 달리 부식이 되지 않기 때문에 보강재료로 많이 사용되고 있으며, 해외에서는 이에 대한 지침서가 개발되어 현장에 적용되고있다(ACI 440. 2R-08 (2008), Canadian Standard Association(2002)).
RC 보 설계의 기본 개념은 무엇인가?
RC 보는 설계하중 초과, 용도변경, 노후화 등 여러 요인에 의해 하중 증가 및 내력 저하로 보수 및 보강을 실시하는 경우가 종종 발생된다. RC 보 설계는 인명이나 재산피해를 최소화하기 위해 부득이 파괴에 도달될 때에는 연성적인 파괴가 되도록 유도하는 것이 기본 설계 개념이다(ACI318M-14 (2014), KBC(2016).내력이 저하되거나 문제가 발생된 RC 보의 대부분은 휨파괴의 조짐을 보이게 된다.
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