최근 세계적으로 FRP 복합재료를 이용한 다양한 연구가 진행 중에 있다. 본 연구 과제중 가격 경쟁력을 위해 유리 섬유를 이용한 신개념의 FRP+콘크리트 합성 거더모듈을 제안하고 장경간 교량에 적용될 수 있도록 하중 재하실험을 수행한 바 있다. 실험 결과 콘크리트 충진으로 인하여 성능이 현저하게 개선되는 것으로 평가되었다. 본 연구에서는 소형화된 모듈의 FRP+콘크리트 합성거더에 대하여 거동을 해석하고 실험결과와 비교, 분석하였다. 또한, 큰 단면을 위해 모듈화된 FRP 거더 4개를 연결하여 어떠한 거동을 보이는지 예측해 보았다. 해석을 위해 FRP 거더면끼리는 충분한 접촉강도를 가지고 있으므로 완전 부착으로 가정하였다. 그 결과 콘크리트가 충진되지 않은 FRP 거더는 처짐 허용량을 초과하였지만, 콘크리트가 충진된 FRP 거더는 상대적으로 적은 처짐량을 보여 주여 충진된 FRP거더를 실제 구조물에 사용되더라도 추가 보완 연구를 통해 처짐으로 인한 사용성의 문제를 해결 할 수 있을 것으로 사료된다.
최근 세계적으로 FRP 복합재료를 이용한 다양한 연구가 진행 중에 있다. 본 연구 과제중 가격 경쟁력을 위해 유리 섬유를 이용한 신개념의 FRP+콘크리트 합성 거더 모듈을 제안하고 장경간 교량에 적용될 수 있도록 하중 재하실험을 수행한 바 있다. 실험 결과 콘크리트 충진으로 인하여 성능이 현저하게 개선되는 것으로 평가되었다. 본 연구에서는 소형화된 모듈의 FRP+콘크리트 합성거더에 대하여 거동을 해석하고 실험결과와 비교, 분석하였다. 또한, 큰 단면을 위해 모듈화된 FRP 거더 4개를 연결하여 어떠한 거동을 보이는지 예측해 보았다. 해석을 위해 FRP 거더면끼리는 충분한 접촉강도를 가지고 있으므로 완전 부착으로 가정하였다. 그 결과 콘크리트가 충진되지 않은 FRP 거더는 처짐 허용량을 초과하였지만, 콘크리트가 충진된 FRP 거더는 상대적으로 적은 처짐량을 보여 주여 충진된 FRP거더를 실제 구조물에 사용되더라도 추가 보완 연구를 통해 처짐으로 인한 사용성의 문제를 해결 할 수 있을 것으로 사료된다.
Recently, much research has been conducted on FRP composite to replace steel. However, the concept of FRP girder filled with concrete has not been fully attempted. This study focuses on the analytical behavior of FRP girders filled with concrete. FRP girders usually have large deflection due to rela...
Recently, much research has been conducted on FRP composite to replace steel. However, the concept of FRP girder filled with concrete has not been fully attempted. This study focuses on the analytical behavior of FRP girders filled with concrete. FRP girders usually have large deflection due to relatively low elastic modulus compared to steel members. However, in the previous experimental investigation on small sized modular beams, it has been verified that the displacement of FRP-girder filled with concrete is reduced and the strength is increased considerably. In this research, analytical investigations have conducted to verify the analytical method by comparing the results with tests. In addition, analyses on large girders assembled with small modules have been carried out to predict the feasibility before tests. The analytical results showed that the assembled FRP girders can be used as substitutes for steel girders.
Recently, much research has been conducted on FRP composite to replace steel. However, the concept of FRP girder filled with concrete has not been fully attempted. This study focuses on the analytical behavior of FRP girders filled with concrete. FRP girders usually have large deflection due to relatively low elastic modulus compared to steel members. However, in the previous experimental investigation on small sized modular beams, it has been verified that the displacement of FRP-girder filled with concrete is reduced and the strength is increased considerably. In this research, analytical investigations have conducted to verify the analytical method by comparing the results with tests. In addition, analyses on large girders assembled with small modules have been carried out to predict the feasibility before tests. The analytical results showed that the assembled FRP girders can be used as substitutes for steel girders.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
선행 연구에서 FRP의 낮은 강성을 확보하기 위하여 FRP에 콘크리트를 충진한 합성 거더에 대하여 재하 실험을 수행하여 충진효과를 검증한 바 있다. 본 연구에서는 FRP+콘크리트의 실험 결과와 해석을 통한 결과를 비교, 분석을 통해 모듈화된 소형단면을 조립하여 대형단면으로 접합시 해석적으로 어떠한 거동을 나타내는지 예측해 보았다.
가설 설정
FRP 거더를 그림7 과 같이 대형단면으로 연결하여 하중에 따른 거동을 예측하였다. FRP거더면은 충분한 접촉강도를 가지므로 완전부착으로 가정하였으며 해석 모델은 그림8 과 같다. 하중은 도로교 설계 기준의 DB-24 표준트럭 하중을 적용하여 실제 교량에서의 처짐을 예측하였다.
제안 방법
기존 실험을 통해 얻어진 FRP거더와 FRP+콘크리트 합성 거더의 거동과 해석적 방법을 통해서 얻어진 거동을 비교해 보았다. 해석을 위해 범용 유한요소 프로그램인 Abaqus가 사용되었으며 각각 하중에 따른 중앙점에서의 처짐을 비교함으로써 해석 모델의 타당성을 검증하였다.
압축부에 콘크리트를 충진한 FRP 거더를 해석할 시 FRP와 콘크리트간의 마찰계수를 기존 연구 보고서(IT 기반형 첨단기술+FRP+콘크리트 합성연구, 2007)를 통해 0.2로 하여 해석하였다. 그림5 는 실험값과 해석값의 하중-처짐 그래프를 나타낸 것이다.
데이터처리
기존 실험을 통해 얻어진 FRP거더와 FRP+콘크리트 합성 거더의 거동과 해석적 방법을 통해서 얻어진 거동을 비교해 보았다. 해석을 위해 범용 유한요소 프로그램인 Abaqus가 사용되었으며 각각 하중에 따른 중앙점에서의 처짐을 비교함으로써 해석 모델의 타당성을 검증하였다. 해석 모델의 단면 형상과 대상 구조물은 그림1, 그림2 와 같으며 해석에 사용된 콘크리트와 FRP 물성치는 실험을 통해 구해진 값으로 표1, 표2와 같다.
성능/효과
기존의 실험값과 Abaqus를 이용한 FEM 해석값을 비교하여 FRP같은 이방성재료도 정확한 물성치만 있다면 실험과 유사한 결과를 얻을 수 있다는 결론을 얻었다. 또한, 장경간 교량 구조물로 사용하기 위하여 모듈화된 FRP거더를 연결한 후 하나의 대형거더로 이용시 그 처짐이 20%정도 줄어든다는 것을 알았다.
총 재하하중과 중앙점에서의 처짐이 Abaqus로 해석한 값과 실험값이 비교적 잘 일치함을 그림3을 통해서 알 수가 있다. 또한, Tsai-Wu의 failure식을 적용하기 위해 FRP를 lamina로 모델링하여 해석한 결과, 총 재하하중이 약 400kN이 될때 응력집중 및 local buckling으로 재하판의 압축부에서 파손이 먼저 일어나는 것을 알 수가 있다. 이는 실험과 비슷한 결과로 하중 재하시 정확한 결과를 얻기 위해 응력 집중 현상을 방지할 필요가 있는 것으로 사료된다.
기존의 실험값과 Abaqus를 이용한 FEM 해석값을 비교하여 FRP같은 이방성재료도 정확한 물성치만 있다면 실험과 유사한 결과를 얻을 수 있다는 결론을 얻었다. 또한, 장경간 교량 구조물로 사용하기 위하여 모듈화된 FRP거더를 연결한 후 하나의 대형거더로 이용시 그 처짐이 20%정도 줄어든다는 것을 알았다. 이것은 비록 처짐 허용량보다 크지만 추가적인 연구를 통해 콘크리트 충진 FRP거더를 보완한다면 실제 구조물에 사용하더라도 처짐으로 인한 사용성의 문제를 해결할 수 있으리라 예상된다.
. 또한, 콘크리트 충진 효과로 강도는 200kN 이상 증가하고 하중 재하시 처짐이 15% 정도 저하됨을 해석을 통해서도 확인 할 수가 있었다.
후속연구
또한, 장경간 교량 구조물로 사용하기 위하여 모듈화된 FRP거더를 연결한 후 하나의 대형거더로 이용시 그 처짐이 20%정도 줄어든다는 것을 알았다. 이것은 비록 처짐 허용량보다 크지만 추가적인 연구를 통해 콘크리트 충진 FRP거더를 보완한다면 실제 구조물에 사용하더라도 처짐으로 인한 사용성의 문제를 해결할 수 있으리라 예상된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.