복합섬유(Fiber Reinforced Polymers)가 외부 부착된 철근콘크리트 보에 관한 연구는 국내 및 세계 여러나라에서 활발히 진행되고 있으나 장기 거동에 관한 연구는 많이 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 현재 국내에서 많이 사용되고 있는 탄소섬유(Carbon Fiber Reinforced Polymers)와 유리섬유(Glass Fiber Reinforced Polymers)를 철근 콘크리트 보에 외부 부착시킨 후 300일간 지속하중하에서 철근의 변형률, FRP의 변형률을 측정함으로써 FRP 보강 실험체의 시간의존적 거동을 파악하였다. 또한, Adjusted Effective Modulus Method, (AEMM)과 Ghali and Farve의 방법을 사용하여 시간경과에 따른 크리프와 건조수축에 의한 응력과 변형률의 변화를 예측하였다. 실험결과, RC보의 휨 보강 측면으로 보았을 때, CFRP가 GFRP보다 장기거동에 있어 우수한 성능을 보이는 것으로 나타났으며, 이론 식으로 산정된 값은 무보강 실험체의 철근 변형률의 경우 비교적 유사하게 예측하고 있으나 FRP로 보강된 실험체들의 인장철근은 다소 과대평가하는 결과를, 압축철근은 과소평가하는 결과를 나타냈다.
복합섬유(Fiber Reinforced Polymers)가 외부 부착된 철근콘크리트 보에 관한 연구는 국내 및 세계 여러나라에서 활발히 진행되고 있으나 장기 거동에 관한 연구는 많이 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 현재 국내에서 많이 사용되고 있는 탄소섬유(Carbon Fiber Reinforced Polymers)와 유리섬유(Glass Fiber Reinforced Polymers)를 철근 콘크리트 보에 외부 부착시킨 후 300일간 지속하중하에서 철근의 변형률, FRP의 변형률을 측정함으로써 FRP 보강 실험체의 시간의존적 거동을 파악하였다. 또한, Adjusted Effective Modulus Method, (AEMM)과 Ghali and Farve의 방법을 사용하여 시간경과에 따른 크리프와 건조수축에 의한 응력과 변형률의 변화를 예측하였다. 실험결과, RC보의 휨 보강 측면으로 보았을 때, CFRP가 GFRP보다 장기거동에 있어 우수한 성능을 보이는 것으로 나타났으며, 이론 식으로 산정된 값은 무보강 실험체의 철근 변형률의 경우 비교적 유사하게 예측하고 있으나 FRP로 보강된 실험체들의 인장철근은 다소 과대평가하는 결과를, 압축철근은 과소평가하는 결과를 나타냈다.
Although researches on the beams strengthened with Fiber reinforced Polymers (FRPs) have recently been conducted around the world, there are few researches on the beams with FRPs under a sustained load. This paper presents the behavior of the beams with Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) and Gl...
Although researches on the beams strengthened with Fiber reinforced Polymers (FRPs) have recently been conducted around the world, there are few researches on the beams with FRPs under a sustained load. This paper presents the behavior of the beams with Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) and Glass Fiber Reinforced Polymers (GFRP) under a sustained load during 300 days. Strains of steel and FRP reinforcement were measured in order to investigate the behavior of the beams. Additionally, Adjusted Effective Modulus Method (AEMM) and Ghali and Farve's method were used to predict increase in the stress and strain caused by creep and shrinkage. Through the experiment, it was found that the beam with CFRP is more effective than the beam with GFRP in terms of flexural strengthening. Compared with analytical results, it was indicated that strains of tension steels were overestimated, whereas strains of compression steels were underestimated.
Although researches on the beams strengthened with Fiber reinforced Polymers (FRPs) have recently been conducted around the world, there are few researches on the beams with FRPs under a sustained load. This paper presents the behavior of the beams with Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) and Glass Fiber Reinforced Polymers (GFRP) under a sustained load during 300 days. Strains of steel and FRP reinforcement were measured in order to investigate the behavior of the beams. Additionally, Adjusted Effective Modulus Method (AEMM) and Ghali and Farve's method were used to predict increase in the stress and strain caused by creep and shrinkage. Through the experiment, it was found that the beam with CFRP is more effective than the beam with GFRP in terms of flexural strengthening. Compared with analytical results, it was indicated that strains of tension steels were overestimated, whereas strains of compression steels were underestimated.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
제안 방법
재료실험을 통하여 얻어진 각 재료의 재료 물성 및 사용된 철근의 종류는 Table 2에 나타내었다. CFRP와 GFRP로 보강된 실험체의 시간의존적 거동을 파악하기 위하여 25kN의 지속하중을 재하였다. 또한, 인장철근, 압축철근 및 FRP의 변형률을 측정하기 위하여, 실험체의 중앙부에 일련의 게이지를 부착하였다.
본 연구에서는 현재 국내에서 많이 사용되고 있는 탄소섬유(Carbon Fiber Reinforced Polymers, 이하 CFRP)와 유리섬유(Glass Fiber Reinforced Polymers, 이하 GFRP)를 철근 콘크리트 보에 외부 부착시킨 후 300일간의 지속하중하에서 철근의 변형률, FRP의 변형률을 측정함으로써 FRP 보강 실험체의 시간의존적 거동을 파악하였다. 또한 철근 및 FRP의 변형률 예측을 위해, 수정 유효 탄성계수법(Adjusted Effective Modulus Method, 이하 AEMM)과 Ghali and Farve의 방법을 사용하여 시간경과에 따른 크리프와 건조수축에 의한 응력과 변형률의 변화를 예측하였다.
FRP가 외부 부착된 철근콘크리트 보에 관한 연구는 활발히 진행되고 있으나 장기 거동에 관한 연구는 많이 미흡한 실정이며, 거동 예측에 관한 연구는 거의 전무한 실정이다. 본 연구에서는 현재 국내에서 많이 사용되고 있는 탄소섬유(Carbon Fiber Reinforced Polymers, 이하 CFRP)와 유리섬유(Glass Fiber Reinforced Polymers, 이하 GFRP)를 철근 콘크리트 보에 외부 부착시킨 후 300일간의 지속하중하에서 철근의 변형률, FRP의 변형률을 측정함으로써 FRP 보강 실험체의 시간의존적 거동을 파악하였다. 또한 철근 및 FRP의 변형률 예측을 위해, 수정 유효 탄성계수법(Adjusted Effective Modulus Method, 이하 AEMM)과 Ghali and Farve의 방법을 사용하여 시간경과에 따른 크리프와 건조수축에 의한 응력과 변형률의 변화를 예측하였다.
대상 데이터
1에 나타내었다. 본 실험에서 고려된 변수는 FRP의 종류이며 사용된 FRP의 종류 및 치수는 Table 1에 나타내었다. 재료실험을 통하여 얻어진 각 재료의 재료 물성 및 사용된 철근의 종류는 Table 2에 나타내었다.
장기거동 변형률 예측을 위한 실험체는 총 3개가 제작되었으며, 단면 치수, 피복두께, 순지간길이, 총 길이는 Fig. 1에 나타내었다. 본 실험에서 고려된 변수는 FRP의 종류이며 사용된 FRP의 종류 및 치수는 Table 1에 나타내었다.
이론/모형
FRP로 보강된 보의 철근 변형률과 FRP의 변형률을 예측하기 위하여 크리프 계수와 건조수축 변형률은 ACI-209 code의 식을 사용하였으며, 시간의 경과에 따른 콘크리트의 탄성계수 변화를 고려하기 위해, AEMM을 사용하였다. 또한, 크리프와 건조수축에 의한 응력 및 변형률의 변화를 예측하기 위하여, Ghali and Farve의 방법을 사용하였다.
FRP로 보강된 보의 철근 변형률과 FRP의 변형률을 예측하기 위하여 크리프 계수와 건조수축 변형률은 ACI-209 code의 식을 사용하였으며, 시간의 경과에 따른 콘크리트의 탄성계수 변화를 고려하기 위해, AEMM을 사용하였다. 또한, 크리프와 건조수축에 의한 응력 및 변형률의 변화를 예측하기 위하여, Ghali and Farve의 방법을 사용하였다.
성능/효과
1) 각 실험체의 인장철근 변형률과 압축철근 변형률을 비교해 보았을때, LCS는 SNF보다 약 42%, 그리고 LGS는 10%작은 변형률 값을 나타냈다. 이는 상대적으로 작은 탄성계수를 가진 GFRP가 인장력에 커다란 기여를 하지 못했기 때문으로 판단된다.
3) 지속하중 혹은 자중에 의한 콘크리트의 장기 소성 변형은 압축철근으로 옮겨가는데, FRP로 보강된 실험체에선 응력 구속 효과가 더욱 두드러지기 때문에 압축철근의 변형률이 시간경과에 따라 보다 큰 폭으로 증가한 것으로 판단된다.
2) Figure 3에 나타난 바와 같이, SNF의 압축철근 변형률은 비교적 유사하게 예측하고 있으나 인장철근 변형률은 300일 지점에서 약 26%의 차이가 발생하였다. CFRP로 보강된 실험체인 LCS를 비교해 보았을 때, 인장철근의 해석결과는 다소 과대평가하는 경향이 있으며, 압축철근의 경우 200일 이전까지는 대체로 잘 예측하고 있으나 200일 이후로는 과소평가하는 경향이 나타났다. GFRP로 보강된 실험체인 LGS를 비교해 보았을 때, 인장철근과 압축철근의 변형률을 매우 유사하게 예측하고 있으나 약 190일 이후의 압축철근 변형률은 다소 과소평가하고 있는 것으로 나타났다.
CFRP로 보강된 실험체인 LCS를 비교해 보았을 때, 인장철근의 해석결과는 다소 과대평가하는 경향이 있으며, 압축철근의 경우 200일 이전까지는 대체로 잘 예측하고 있으나 200일 이후로는 과소평가하는 경향이 나타났다. GFRP로 보강된 실험체인 LGS를 비교해 보았을 때, 인장철근과 압축철근의 변형률을 매우 유사하게 예측하고 있으나 약 190일 이후의 압축철근 변형률은 다소 과소평가하고 있는 것으로 나타났다.
지속하중에 의해 부재 단면 내부 압축부의 응력이 콘크리트로부터 압축철근으로 옮아가기 현상이 장기 처짐을 억제하기 때문이다. 결과적으로 FRP가 부착된 RC 보의 경우 즉시하중에 대한 보강뿐만이 아니라 장기적으로 발생할 수 있는 처짐을 억제하는 장기보강효과 또한 동시에 만족함을 확인할 수 있었다.
이는 상대적으로 작은 탄성계수를 가진 GFRP가 인장력에 커다란 기여를 하지 못했기 때문으로 판단된다. 따라서, RC보의 인장부 보강 측면으로 보았을 때, CFRP가 GFRP보다 우수한 성능을 보이는 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.