[논문]타격식 앵커를 이용한 하이브리드 섬유보강재의 보강특성

하상수; 최동욱; 이진용; 김동완

타격식 앵커를 이용한 하이브리드 섬유보강재의 보강특성
Reinforcing Characteristics of Hybrid Fiber Composite Fixed with Impact Anchor 원문보기

한국콘크리트학회 2008년도 추계 학술발표회 제20권 2호, 2008 Nov. 07, 2008년, pp.453 - 456

하상수 (국립한경대학교, 건설공학연구소) , 최동욱 (국립한경대학교, 건축공학과) , 이진용 ((주)캐어콘) , 김동완 ((주)캐어콘, 개발팀)

초록
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섬유보강재는 부식에 대한 저항성이 높고, 고강도이며, 또한 강도에 대한 중량비(섬유보강재의 중량은 보강철근의 약 1/4정도)가 매우 낮아서 구조물 및 내하력이 저하된 콘크리트구조물의 보강에 따른 추가적인 중량의 증가 없이 보강을 할 수 있는 장점을 가지고 있다. 그러나 섬유보강재는 하중을 가하면, 최대 응력점까지 응력이 선형적으로 증가하다가 파괴되는 취성적 성질을 가지고 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 여러 섬유를 혼합하여 하이브리드화된 섬유보강재를 개발하였다. 개발된 하이브리드 섬유보강재는 유리섬유와 탄소섬유를 혼합하여 바 형태로 제작했으며, 유리섬유에 대한 탄소섬유의 체적비는 약 9 : 1로 구성이 된다. 하이브리드 섬유보강재를 타격식 앵커를 사용하여 시험체를 보수한 다음 인발 및 휨 시험을 실시하여 정착앵커의 수에 대한 시험체의 거동을 분석하였다. 본 연구에서는 타격식 앵커를 이용한 하이브리드 섬유보강재로 보강된 구조물의 보강특성을 알아보는데 목적이 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Fiber composite is high anticorrosive, high strength and low weight ratio of strength(1/4 of reinforcing bar) so that strengthens concrete structures without increase of additional weight. But fiber composite has a brittle character which increases to the maximum stress point lineally and is suddenly destroyed. Hybrid fiber composite is developed to overcome weakness of fiber composite. The hybrid fiber composite is manufactured by bar type and consists of 9:1 volume ratio(glass : carbon). In this study the result indicates that it is purposed to find out reinforcing characteristics of hybrid fiber composite fixed with impact anchor.

AI 본문요약
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문제 정의

그 후 고내구성 폴리머 모르타르를 타설하여 기존 콘크리트와 일체화 시킨 실험체를 완성하였다. 본 연구에서는 하이브리드 섬유보강재로 보강된 시험체의 정착앵커에 대한 인발시험 및 휨시험을 실시하여 성능을 평가하였다.
블록 길이가 50cm이고, 10cm 간격으로 앵커를 설치하기 때문에 묻힘길이는 최대 40cm이고, 이때 앵커 정착수는 총 8개로 보강근 하나당 4개씩 정착된다. 인발실험은 보강근이보강재로서의 역할을 충분히 수행하기 위한 보강근 하나당 몇 개의 앵커 정착이 필요한 것이지를 알아보기 위한 실험을 실시하였다.

제안 방법

보의 휨 보강 성능을 평가하기 위하여 보 실험체를 제작하였다. 표 2에 나타난 바와 같이, FRP-N 실험체는 보강하지 않은 실험체이고, FRP-12-A 및 FRP-20-A 실험체는 하이브리드 섬유 보강재로 보강된 실험체이다.
본 연구에서 개발된 하이브리드 섬유보강재는 유리섬유와 탄소섬유를 혼합 하여 바 형태로 제작했으며, 유리섬유에 대한 탄소섬유의 체적비는 약 9 : 1로 구성 된다. 하이브리드 섬유보강재를 콘크리트 시험체에 정착앵커의 개수를 달리하여 정착, 보강한 다음 보수 모르타르를 타설하여 하이브리드 섬유보강재를 매립하고 인발 및 휨 시험을 실시하여 정착앵커의 수에 대한 시험체의 거동을 분석하였다.

대상 데이터

섬유보강재는 부식에 대한 저항성이 높고, 고강도이며, 또한 강도에 대한 중량비(섬유보강재의 중량은 보강철근의 약 1/4정도)가 매우 낮아서 구조물 및 내하력이 저하된 콘크리트구조물의 보강에 따른 추가적인 중량의 증가 없이 보강을 할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서 개발된 하이브리드 섬유보강재는 유리섬유와 탄소섬유를 혼합 하여 바 형태로 제작했으며, 유리섬유에 대한 탄소섬유의 체적비는 약 9 : 1로 구성 된다. 하이브리드 섬유보강재를 콘크리트 시험체에 정착앵커의 개수를 달리하여 정착, 보강한 다음 보수 모르타르를 타설하여 하이브리드 섬유보강재를 매립하고 인발 및 휨 시험을 실시하여 정착앵커의 수에 대한 시험체의 거동을 분석하였다.
본 연구에서는 하이브리드 섬유보강재 2×12, 4×20mm 두 종류를 사용하였고, 보강재는 H사의 고정앵커를 동사의 타격식 건을 이용하여 기존 콘크리트에 고정시켰다.
여기서 12는 섬유보강재의 폭이고, A는 앵커의 개수를 나타내고 있다. 섬유보강재의 크기는 12, 20mm 두가지를 사용하고, 앵커의 개수는 2개에서 4개까지 사용하였다.
인발 시험체의 형상과 실험체 일람은 표 1과 같다. 인발 시험체는 폭 20cm, 높이 30cm, 길이 50cm인 콘크리트 블럭 윗면에 하이브리드 섬유보강재를 블록 폭에 맞춰 절단한 후, 보강재의 단부를 앵커로 정착하였다. 블록 길이가 50cm이고, 10cm 간격으로 앵커를 설치하기 때문에 묻힘길이는 최대 40cm이고, 이때 앵커 정착수는 총 8개로 보강근 하나당 4개씩 정착된다.

성능/효과

1) 하이브리드 보강재의 단면적이 2x12mm인 경우에는 4x20mm보다 앵커의 고정 성능이 월등히 우수해서, 앵커가 3개 이상이면 섬유보강재의 인장강도를 100% 발휘할 수 있도록 충분한 지지력이 있는 것으로 나타났다.
2) 하이브리드 섬유보강재로 콘크리트 구조물을 휨 보강 시에는 앵커는 2개 이상 사용하고, 섬유보강재는 폭이 20mm 이상인 것을 사용하는 것이 휨 보강 효과가 우수한 것으로 나타났다.
앵커를 하나 정착한 HFB-A1 실험체의 평균인장응력은 248-458MPa로 재료시험에서 얻은 값의 33-47%의 응력을 발휘하는 것으로 나타났으며, 앵커를 두개 정착한 HFB-A2 실험체의 평균인장응력은 382-784MPa로 재료시험에서 얻은 값의 52-81%의 응력을 발휘하는 것으로 나타났다. 또한, 앵커를 세 개 이상 정착한 실험체는 466-1,191MPa로 모두 재료시험에서 얻은 값의 63%를 초과하는 것으로 나타났다.
앵커를 정착하지 않은 HFB-N계열 실험체의 평균 부착응력은 1.33MPa로 나타났다. 앵커를 하나 정착한 HFB-A1 실험체의 평균인장응력은 248-458MPa로 재료시험에서 얻은 값의 33-47%의 응력을 발휘하는 것으로 나타났으며, 앵커를 두개 정착한 HFB-A2 실험체의 평균인장응력은 382-784MPa로 재료시험에서 얻은 값의 52-81%의 응력을 발휘하는 것으로 나타났다.
33MPa로 나타났다. 앵커를 하나 정착한 HFB-A1 실험체의 평균인장응력은 248-458MPa로 재료시험에서 얻은 값의 33-47%의 응력을 발휘하는 것으로 나타났으며, 앵커를 두개 정착한 HFB-A2 실험체의 평균인장응력은 382-784MPa로 재료시험에서 얻은 값의 52-81%의 응력을 발휘하는 것으로 나타났다. 또한, 앵커를 세 개 이상 정착한 실험체는 466-1,191MPa로 모두 재료시험에서 얻은 값의 63%를 초과하는 것으로 나타났다.
그림에서 보는 바와 같이 실험체는 휨 거동에 의해 지배되고 하부철근 항복 후 지속적으로 휨 거동을 보이고, 하중 감소 없이 변위와 변형율이 증가하고, 압축 콘크리트가 압괴된 후에도 연성적인 거동을 보이고 있다. 표 4에서와 같이 하이브리드 섬유보강재로 보강한 시험체가 보강하지 않은 시험체보다 3%에서 24%까지 증가하는 것을 알 수 있으며, 특히 폭이 20mm인 하이브리드 섬유보강재가 12mm보다 보강효과가 큰 것을 알 수 있다. 그러나 앵커의 개수가 휨보강에 미치는 영향은 2개 이상부터는 큰 차이가 없는 것을 알 수 있다.

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