FRP 보강근은 철근부식의 근본적인 대책으로서 높은 인장강도와 내부식성이 우수한 재료이다. 그러나 낮은 탄성계수로 인해 부재의 처짐 및 균열이 철근콘크리트를 사용한 부재에 비하여 크게 발생하는 문제점이 있으며, 취성적인 성질로 인하여 파괴가 급격히 발생할 우려가 있다. 이러한 FRP 보강근을 구조부재에 사용하기 위해서는 기존의 철근콘크리트 부재설계와는 다른 개념이 필요하며, 이미 구조부재에 FRP 보강근을 사용하고 있는 외국의 경우 기존의 FRP 보강근을 사용한 구조부재의 설계를 위한 제안식들은 실험에 의한 계수의 추가 등으로 철근콘크리트 구조설계식을 수정하는 형태로서 제안되어지고 있다. 그러나 이러한 방법은 설계식을 복잡하게 하며, 철근콘크리트와 다른 FRP 보강근의 특성을 적절히 반영하고 있다고 할 수 없다. 또한, 기존의 설계식의 수정된 형태에서는 하중저감계수와 같은 안전계수(safety factor)를 제안하고 있으나, 정확한 신뢰성레벨은 알지 못하며, 실험에 의한 경험적 값의 성격이 강하다. 따라서 본 연구에서는 FRP bar를 사용한 보의 불확실성을 조사하고, FRP bar를 사용한 부재의 신뢰성지수를 평가하였다.
FRP 보강근은 철근부식의 근본적인 대책으로서 높은 인장강도와 내부식성이 우수한 재료이다. 그러나 낮은 탄성계수로 인해 부재의 처짐 및 균열이 철근콘크리트를 사용한 부재에 비하여 크게 발생하는 문제점이 있으며, 취성적인 성질로 인하여 파괴가 급격히 발생할 우려가 있다. 이러한 FRP 보강근을 구조부재에 사용하기 위해서는 기존의 철근콘크리트 부재설계와는 다른 개념이 필요하며, 이미 구조부재에 FRP 보강근을 사용하고 있는 외국의 경우 기존의 FRP 보강근을 사용한 구조부재의 설계를 위한 제안식들은 실험에 의한 계수의 추가 등으로 철근콘크리트 구조설계식을 수정하는 형태로서 제안되어지고 있다. 그러나 이러한 방법은 설계식을 복잡하게 하며, 철근콘크리트와 다른 FRP 보강근의 특성을 적절히 반영하고 있다고 할 수 없다. 또한, 기존의 설계식의 수정된 형태에서는 하중저감계수와 같은 안전계수(safety factor)를 제안하고 있으나, 정확한 신뢰성레벨은 알지 못하며, 실험에 의한 경험적 값의 성격이 강하다. 따라서 본 연구에서는 FRP bar를 사용한 보의 불확실성을 조사하고, FRP bar를 사용한 부재의 신뢰성지수를 평가하였다.
Fiber reinforced polymer(FRP) bars are proving to be a valuable solution in the corrosion problem of steel reinforced concrete structures. As such, a number of guidelines for their use have been developed. These guidelines are primarily based on modifications to existing codes of practice for steel ...
Fiber reinforced polymer(FRP) bars are proving to be a valuable solution in the corrosion problem of steel reinforced concrete structures. As such, a number of guidelines for their use have been developed. These guidelines are primarily based on modifications to existing codes of practice for steel reinforced concrete structures. These guidelines are also similar in that though the design equations are presented in the partial factor formats that are often used in probability based design, they are not true probabilistic codes. Instead, they typically make use of already existing design factors for loads and resistances. Thus, when concrete structures reinforced FRP bars are designed, the structural reliability levels are not known. This paper investigates uncertainties of concrete beams reinforced with GFRP bars. Also, the structural reliability levels are evaluated for the flexural failure mode.
Fiber reinforced polymer(FRP) bars are proving to be a valuable solution in the corrosion problem of steel reinforced concrete structures. As such, a number of guidelines for their use have been developed. These guidelines are primarily based on modifications to existing codes of practice for steel reinforced concrete structures. These guidelines are also similar in that though the design equations are presented in the partial factor formats that are often used in probability based design, they are not true probabilistic codes. Instead, they typically make use of already existing design factors for loads and resistances. Thus, when concrete structures reinforced FRP bars are designed, the structural reliability levels are not known. This paper investigates uncertainties of concrete beams reinforced with GFRP bars. Also, the structural reliability levels are evaluated for the flexural failure mode.
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문제 정의
또한, 기존의 설계식의 수정된 형태에서는 하중저감계수와 같은 안전계수(safety factor)를 제안하고 있으나, 정확한 신뢰성레벨은 알지 못하며, 실험에 의한 경험적 값의 성격이 강하다. 따라서 본 연구에서는 FRP bar를 사용한 보의 불확실성을 조사하고, FRP bar를 사용한 부재의 신뢰성지수를 평가하였다.
본 연구에서는 ACI 440.1R-03에서 제안한 휨강도식을 사용하여 한계상태를 제안하였다. 이는 기존 실험연구들에서 균형보강비 이상의 부재에서 휨강도식이 실험결과를 비교적 정확히 예측하였기 때문이다5.
본 연구에서는 이전연구에서 실험되었던 FRP bar를 사용한 콘크리트 보7 중에서 압축측 콘크리트의 압축파괴가 확인된 균형보강비의 1.4배 이상의 실험체들에 대해 신뢰성 평가를 수행하였다.
제안 방법
FRP bar를 사용한 콘크리트 보의 파괴확률은 앞서 정의된 변수들을 조합한 보 단면들에 대해서 한계상태 방정식을 산정한 후, 한계상태방정식이 음수가 되는 경우의 수를 계산하여 산정하였다. 본 연구에서는 이전연구에서 실험되었던 FRP bar를 사용한 콘크리트 보7 중에서 압축측 콘크리트의 압축파괴가 확인된 균형보강비의 1.
실험체의 단면은 그림 3과 같으며, 각 부재의 산정된 파괴확률에 대하여 신뢰성 지수를 구하였다. 해석에서 하중은 고정하중에 대한 활하중의 비를 0.5, 1.0, 1.5의 세 경우를 고려하였으며, 콘크리트의 강도는 30, 40, 50, 60MPa의 네 가지 경우를 고려하여 강도의 증가에 따른 파괴확률의 변화를 검토하였다.
데이터처리
각 변수들의 통계적 특성은 문헌조사4,5,6 및 실험연구7에서 수집되었다. 변수들의 통계적 특성값은 표 1에 나타내었으며, 해석대상은 기 수행된 GFRP 보강근을 사용한 콘크리트 보7에 대해 Crude Monte-Carlo법을 사용하여 신뢰성해석을 수행하였다.
이론/모형
본 연구에서는 FRP bar를 사용한 콘크리트 보의 파괴확률을 산정하기 위하여 Crude Monte-Carlo 법을 사용하였다. 이 방법은 식(1)과 같이 정의되는 파괴확률을 직접 적분하지 않고, 확률밀도함수의 특성을 반영하여 각 확률변수를 추출하고 충분한 횟수만큼 모의실험(simulation)을 수행하여 근사적인 파괴확률의 추정치를 다음과 같이 산정하게 된다.
성능/효과
그림 4는 콘크리트의 강도변화 및 보강비의 증가에 따른 파괴확률의 변화를 나타낸 것이다. 그림에서 확인할 수 있는 바와 같이 보강비의 증가, 콘크리트의 강도증가에 따라 파괴확률이 크게 줄어들며, 보강비의 증가에 따른 효과보다 콘크리트의 강도증가에 따른 영향이 더 큰 것으로 나타났다. 이는 해석이 수행된 FRP bar를 사용한 콘크리트 보의 파괴모드가 콘크리트의 압축파괴가 지배적인 때문으로 판단된다.
본 연구에서는 FRP bar를 사용한 콘크리트 보의 신뢰성해석을 수행하여 안전성평가를 수행하였으며, FRP bar를 사용한 휨부재의 휨강도에 영향을 크게 미치는 주요 변수는 보강비, 콘크리트 강도이며, 콘크리트의 강도의 증가에 따른 파괴확률의 감소가 가장 크게 나타남으로 콘크리트 강도가 가장 큰 영향을 끼치는 것으로 판단된다. FRP bar의 보강비가 1.
후속연구
Crude Monte-Carlo 법은 많은 추출회수를 필요로 하며, 이에 따라 낮은 파괴확률의 산정에 어려움이 있는 것으로 나타났다. 따라서 정확한 파괴확률을 구할 수 있으며, 추출회수를 감소시킬 수 있는 기법의 연구가 추후 필요하다.
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