연구과제
타임라인
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초록
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1차년도 연구에서는 국내외 보수·보강 관련 규정에 대해 공법별로 정리하고 각 규정에 대한 비교·분석과 보수·보강 관련 제조업체 및 시공업체, 관리주체를 통하여 제조 및 사용하고 있는 보수재료의 현황을 조사하고, 보수재료의 품질시험(안...

1차년도 연구에서는 국내외 보수·보강 관련 규정에 대해 공법별로 정리하고 각 규정에 대한 비교·분석과 보수·보강 관련 제조업체 및 시공업체, 관리주체를 통하여 제조 및 사용하고 있는 보수재료의 현황을 조사하고, 보수재료의 품질시험(안) 및 품질기준(안), 보강공법의 평가기준(안)을 마련 및 검증을 위한 시험 및 분석연구를 실시한다.
2차년도 연구에서는 표준적인 내하성능 평가방안을 마련하기 위하여 국내외 내하성능 평가방법에 대한 분석을 실시하며, 관련 규준 및 기술자료에 대한 분석을 통해 FRP 보강공법의 설계·시공 지침(안)의 기초자료를 마련하며, FRP 복합재료의 적층수에 따른 인장강도 시험, 이음길이에 따른 인장강도 시험, 콘크리트와 FRP복합재료 계면의 부착강도 실험을 실시한다. 또한 탄소섬유쉬트로 보강된 철근콘크리트보에 대한 정적재하실험을 수행하고 그 결과와 이론값 및 유한요소해석 결과를 비교 분석함으로써 계면에서의 부착특성값을 도출한다.
3차년도 연구에서는 콘크리트의 손상유형 및 원인을 분석하고 보수·보강을 적용하기 위한 절차를 개발하기 위한 연구를 수행하며, 외부 프리스트레싱 공법에 대한 실험 연구를 통하여 긴장재의 비부착 영향 및 2차 효과 등 보강공법의 역학적 거동 특성을 고찰한다. 또한 실험결과에 대한 변형률적합조건에 의한 해석(변형률감소계수 및 2차영향 고려)과 유한요소해석에 의한 매개변수 분석을 수행하여 거동특성을 적절히 반영할 수 있는 설계방안을 제안한다.
4차년도 연구에서는 1～3차년도까지 수행된 연구결과를 종합하여 주요 보강공법에 대한 설계 및 해석 절차를 제안하며, 제안된 절차를 바탕으로 보강 설계 프로그램을 개발한다. 개발된 설계프로그램은 보강 설계에 사용될 수 있으며, 보강된 교량에 대한 해석적 검토가 가능하도록 작성한다. 또한 사용하중 상태 및 극한 상태에서의 FRP로 보강된 PSC보에 대한 실험을 수행하여 PSC교량에 대한 FRP 보강공법의 적용성을 분석하며, 개발된 설계프로그램에 의해 보강성능을 평가하여 설계프로그램의 적정성을 검증한다. 또한 FRP 보강공법와 외부 프리스트레싱 보강공법에 의해 보강된 PSC보에 대한 자유진동 실험을 수행하여 진동법에 의한 보강성능평가 방안의 적용성을 고찰한다.
최종적으로 차년도의 1～4 연구결과를 종합하여 FRP 보강공법 및 외부 프리스트레싱 보강공법에 대한 설계지침(안)을 작성하였으며, 공사시방서(안)을 작성하고, 설계지침(안)과 공사시방서(안)에 따라 보강공사의 품질을 관리할 수 있도록 평가기준 및 평가절차서를 작성한다.

목차
Contents
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• 표지 ...1
• 제출문 ...2
• 요약문 ...3
• Contents ...15
• List of Tables ...28
• List of Figures ...37
• 제목 차례 ...59
• 표 차례 ...71
• 그림 차례 ...79
• 제1장 서론 ...101
• 제1절 연구개발의 필요성 ...101
• 1. 개요 ...101
• 제2절 국내외 관련기술 연구동향 ...103
• 1. FRP 보강공법 관련 연구동향 ...103
• 가. 국내 연구동향 ...103
• 나. 국외 기술동향 ...107
• 2. 외부 프리스트레싱 보강공법 관련 연구동향 ...115
• 가. 외부 프리스트레싱 보강 기술동향 ...115
• 나. 외부 프리스트레싱 보강 연구동향 ...116
• 제3절 연구개발 목표 및 내용 ...121
• 1. 최종 목표 ...121
• 가. 최종연구개발 목표 ...121
• 나. 최종목표의 성격 및 설정 근거 ...121
• 2. 1차년도 연구개발 내용 ...122
• 가. 보수.보강재료, 공법 현황 및 설문 조사 분석 ...122
• 나. 보수재료 품질시험법 및 품질기준 조사 연구 ...122
• 다. 보수재료 기본 물성 및 강도 특성 시험.분석 연구 ...122
• 라. 보강공법 기초 연구 ...122
• 마. 보강공법 성능평가 연구 ...122
• 바. 보수재료 품질시험(안), 품질기준(안) 및 보강공법 평가기준(안) 제안 ...122
• 3. 2차년도 연구개발 내용 ...122
• 가. 교량의 내하성능 평가방안 ...122
• 나. 보강공법 설계.시공 지침 분석 ...123
• 다. 섬유보강공법의 요소기술 개발 ...123
• 라. 탄소섬유쉬트로 보강된 RC보의 성능검증을 위한 모형실험 연구 ...123
• 마. 수치해석을 통한 보강성능 평가 ...123
• 4. 3차년도 연구개발 내용 ...123
• 가. 콘크리트 주형의 손상 및 손상원인 분석 ...123
• 나. 보수.보강공법의 적용 절차 개발 ...123
• 다. 주형 보강공법의 요소기술 정립 ...124
• 라. 보강공법 성능검증을 위한 모형실험 ...124
• 마. 수치해석을 통한 보강성능 평가 ...124
• 바. 보강공법의 현장 적용성 분석 ...124
• 5. 4차년도 연구개발 내용 ...124
• 가. PSC 교량에 대한 FRP 보강공법 적용 방안 분석 ...124
• 나. 주요 보강공법 설계기준 제안 ...124
• 다. 주요 보강공법 간이 설계 프로그램의 개발 ...125
• 라. PSC보에 대한 FRP 및 외부 프리스트레싱 보강공법의 보강성능 ...125
• 마. 비파괴 시험에 의한 보수.보강성능 평가 방안 ...125
• 바. 지침(안) 및 시방서(안)의 완성 ...125
• 제2장 콘크리트 교량의 보수.보강 현황 ...126
• 제1절 개요 ...126
• 제2절 콘크리트 교량의 주요 손상유형 및 보수.보강 현황 분석 ...128
• 1. 주요 콘크리트 구조부재의 손상유형 및 보수.보강 공법 ...130
• 2. 상부구조형식에 따른 손상 및 보수.보강 현황 ...132
• 3. 설계하중에 따른 손상 및 보수.보강 현황 ...134
• 4. 고속국도 바닥판의 보수.보강 현황 ...138
• 제3절 보수.보강에 의한 상태등급 변화 분석 ...139
• 제4절 국내의 보수재료 현황 분석 ...141
• 1. 균열주입용 수지계 재료 ...142
• 2. 단면복구용 (폴리머)시멘트계 재료 ...154
• 3. 보수재료별 제조사 시험자료 분석 ...159
• 제5절 보수.보강 재료 및 공법에 대한 설문조사 ...162
• 1. 보수재료에 관한 설문조사 ...162
• 가. 국내 보수.보강 관련업체 대상 설문조사 ...162
• 나. 관리주체 대상 설문조사 ...164
• 2. 보강공법에 관한 설문조사 ...167
• 가. 주요 보강 공사 실적에 관한 문항 ...167
• 나. 적용 기준에 관한 문항 ...168
• 다. 공법별 문제점 및 효과확인에 대한 문항 ...169
• 제6절 소결 ...170
• 제3장 콘크리트 교량의 보수.보강 재료 품질시험 및 품질기준 ...172
• 제1절 보수공법 및 보수재료의 종류 ...172
• 1. 표면피복공법 및 보수재료 ...175
• 가. 표면피복공법 ...175
• 나. 표면피복 보수재료 ...175
• 2. 주입공법 및 보수재료 ...176
• 가. 주입공법 ...176
• 나. 주입재료 ...178
• 3. 충전공법 및 보수재료 ...178
• 가. 충전공법 ...178
• 나. 충전재료 ...180
• 4. 기타 보수공법 및 보수재료 ...182
• 가. 전기화학적 보수공법 ...182
• 나. 콘크리트 구체 처리재 ...182
• 다. 철근방청 처리재 ...183
• 제2절 보강공법 및 보강재료의 종류 ...183
• 1. FRP 보강공법 및 보강재료 ...185
• 가. 탄소섬유 보강공법 ...186
• 나. 아라미드섬유 보강공법 ...188
• 다. 유리섬유 보강공법 ...189
• 2. 외부 프리스트레싱 보강공법 ...190
• 가. 마찰지지방식 ...191
• 나. 지압지지방식 ...192
• 제3절 국내외 보수재료 관련 규정 ...193
• 1. 국내 보수재료 규정 ...193
• 가. 시험기준 ...193
• 나. 시험방법 ...196
• 2. 일본 보수재료 규정 ...197
• 가. 일본 首都高速道路公團(1977년) ...197
• 나. 토목용 주입재의 품질규격(建設省, 阪神高速道路公團, 1989년) ...198
• 다. 건축보수용 주입 에폭시수지(JIS A 6024) ...199
• 라. 일본 콘크리트공학협회 균열지침의 에폭시수지계 주입재료의 품질기준 ...201
• 3. 미국 보수재료의 시험규정 ...201
• 4. 각국 보수재료의 시험규정 비교분석 ...203
• 제4절 국내외 보강재료 관련 규정 ...205
• 1. FRP 복합재료의 인장시험방법 ...206
• 2. FRP 복합재료의 이음시험방법 ...211
• 3. FRP 복합재료와 콘크리트와의 부착시험방법 ...216
• 4. FRP 복합재료와 콘크리트와의 접착시험방법 ...221
• 5. 소결 ...224
• 제5절 보수재료 품질성능 평가시험 ...225
• 1. 시험목적 ...225
• 2. 시험재료 ...226
• 3. 시험항목 ...226
• 4. 재료특성 시험 ...227
• 가. 점 도 ...228
• 나. 비 중 ...232
• 다. 가사시간 ...233
• 라. 경화수축률 ...238
• 마. 흡수율 ...240
• 바. 선팽창계수 시험 ...241
• 사. 에폭시 경화체의 SEM 분석 ...245
• 아. 열분석(TGA) ...248
• 자. 가열변화 ...252
• 5. 강도시험 ...254
• 가. 일반사항 ...254
• 나. 인장전단접착강도 ...255
• 다. 초기경화성 인장전단접착강도시험 ...258
• 라. 압축강도 ...261
• 마. 휨강도 ...264
• 바. 부착강도 ...267
• 6. 결과 분석 및 검토 ...269
• 제6절 보강재료의 품질성능 시험 ...271
• 1. 적층수에 따른 섬유보강재의 인장강도 ...271
• 가. 연구 목적 ...271
• 나. 시험 개요 ...271
• 다. 시험 결과 및 고찰 ...275
• 라. 소결 ...279
• 2. 이음길이에 따른 섬유보강재의 인장강도 ...280
• 가. 연구 목적 ...280
• 나. 시험 개요 ...280
• 다. 시험 결과 및 고찰 ...281
• 라. 소결 ...289
• 3. 부착길이에 따른 탄소섬유쉬트의 부착강도 ...289
• 가. 연구 목적 ...289
• 나. 실험 개요 ...291
• 다. 실험 결과 및 고찰 ...296
• 라. 소결 ...306
• 제4장 FRP 보강공법의 보강성능 평가 ...308
• 제1절 개요 ...308
• 제2절 보강된 철근콘크리트보의 성능검증 실험 ...309
• 1. 실험체의 제작 ...309
• 가. 콘크리트 실험체 ...309
• 나. 변형률 게이지 매설 작업 ...311
• 다. 탄소섬유쉬트 보강시공 ...312
• 2. 휨 실험 실시 계획 ...314
• 가. 실험체의 종류와 실험 변수 ...314
• 나. 가력 및 측정 계획 ...315
• 다. 측정항목 ...317
• 라. 사용재료의 물성 ...320
• 3. 실험결과의 분석 ...320
• 가. 최대하중 및 파괴양상 ...320
• 나. 하중-변위 그래프 ...324
• 다. 중앙 단면에서의 변형률 분포 ...328
• 라. CFRP의 변형률 분포 ...330
• 4. 소결 ...336
• 제3절 수치해석을 통한 FRP 보강공법 성능 평가 ...337
• 1. 계면응력 이론에 의한 부착성능 검토 ...337
• 가. 연구 목적 ...337
• 나. 부착거동에 대한 주요 이론 ...338
• 다. 해석 결과의 비교 및 고찰 ...356
• 2. 유한요소해석을 이용한 보강효과 평가 ...361
• 가. 완전부착모델에 의한 유한요소해석 ...361
• 나. 부착파괴를 고려한 유한요소해석 ...372
• 제4절 FRP 보강공법의 설계 기준 개발 ...383
• 1. 개요 ...383
• 2. 휨보강 설계 기준 ...384
• 가. 감소계수 ...384
• 나. 보강량 제한 ...401
• 다. 부착파괴 제한 ...404
• 3. 전단보강 설계 기준 ...412
• 가. 보강형태 ...414
• 나. 전단보강량 산정 ...415
• 다. 유효변형률 산정 ...416
• 제5절 FRP 보강공법의 보강 설계프로그램 ...419
• 1. 개요 ...419
• 2. 해석 절차 ...419
• 가. 보강 전 잔류 변형률의 산정 ...419
• 나. 최대 보강량 및 균형 보강량의 산정 ...420
• 다. 공칭강도의 산정 ...423
• 라. 부착파괴의 검토 ...426
• 3. 설계 프로그램 개발 ...428
• 제6절 소결 ...430
• 제5장 PSC교량에 대한 보강 성능 평가 ...433
• 제1절 개요 ...433
• 제2절 FRP로 보강된 PSC보의 성능 검증 실험 ...433
• 1. 실험 목적 ...433
• 2. 실험체 개요 ...434
• 가. 실험체의 공칭강도 ...436
• 나. 설계 활하중의 결정 ...437
• 다. 프리스트레스 힘의 산정 ...438
• 라. 실험 변수 및 보강 설계 ...438
• 3. 보강실험체 제작 ...439
• 4. 가력 및 측정계획 ...443
• 제3절 보강성능 평가실험 결과 분석 ...445
• 1. 단면해석에 의한 보강실험체 성능 평가 ...445
• 가. 사용하중 상태에서의 응력 검토 ...445
• 나. 극한 상태에서의 강도 검토 ...452
• 2. 보강성능 평가 실험결과 ...460
• 가. 파괴모드 ...460
• 나. 하중-변위 곡선 ...463
• 다. 하중-변형 관계 검토 ...465
• 제4절 소결 ...469
• 제6장 외부 프리스트레싱 보강 성능평가 ...470
• 제1절 개요 ...470
• 1. 외부 프리스트레싱 보강공법 ...470
• 가. 보강공법의 장점 ...470
• 나. 보강공법의 단점 ...471
• 2. 외부 프리스트레싱 보강공법의 형식 ...472
• 가. 마찰지지방식 ...472
• 나. 지압지지방식 ...474
• 다. 직선배치방식 ...476
• 제2절 외부 프리스트레싱 공법에 의한 단순교의 연속화 방안 연구 ...477
• 1. 교량의 연속화 ...478
• 가. 신축이음장치 제거 단계 ...478
• 나. 합성교좌장치 설치단계 ...479
• 다. 경간 연속화 단계 ...480
• 라. 합성교좌장치 안착단계 ...480
• 마. 앵커 및 보강 철근 배근단계 ...481
• 바. 정리단계 ...481
• 2. 적용 교량의 연속화 거동 분석 ...481
• 제3절 외부 프리스트레싱장치 정착구 설계기법 ...484
• 1. 정착구 설계 ...484
• 가. 허용지압응력 검토 ...484
• 나. 긴장용 PS 강봉의 마찰력 검토 ...484
• 다. 용접단면 검토 ...485
• 라. 필요 최소볼트 수 산정 ...486
• 마. 볼트의 전단력, 지압응력 검토 ...487
• 바. 볼트의 지지성능 ...487
• 사. 강봉의 전단력 검토 ...488
• 아. 강봉과 콘크리트 사이의 지압력 검토 ...489
• 자. 강봉과 강판사이의 지압응력 검토 ...490
• 차. 강봉홀 중앙에서 강판까지의 최소연단거리 ...490
• 카. 정착구 설계 예 ...491
• 2. 새들 설계 ...495
• 3. 정착구 구조해석 ...497
• 가. 교량제원 ...498
• 나. 응력검토를 위한 이론적 해석 및 허용응력 ...498
• 다. 정착방식별 구조해석 ...501
• 제4절 기존 교량의 설계보고서 분석 ...509
• 1. 정착구 검토에 대한 교량 현황 ...509
• 2. 강도설계법에 의한 보강 교량 검토 ...510
• 3. 정착구의 재설계 ...512
• 가. 마찰지지방식 ...512
• 나. 지압지지방식 ...513
• 다. 직선배치방식 ...514
• 4. 기설계된 정착구 용량에 대한 교량의 보강강도 검토 ...515
• 제5절 실험을 통한 보강성능 평가 ...516
• 1. 모형 실험체 설계 및 제작 ...516
• 가. 무보강 보 설계 ...516
• 나. 보강설계 ...521
• 다. 실험체 제작 ...530
• 2. 실험계획 ...532
• 가. 가력 및 측정 계획 ...532
• 나. 측정항목 ...533
• 3. 실험결과 ...534
• 가. 사전가력 및 외부 프리스트레싱 도입 ...534
• 나. 선형 탄성 구간 ...537
• 다. 파괴 하중 ...541
• 4. 실험결과에 대한 고찰 ...547
• 제6절 해석을 통한 보강성능 평가 ...549
• 1. 보강된 보의 단면해석 ...550
• 가. 부착된 긴장재의 인장강도 산정 ...550
• 나. 비부착 효과를 고려한 긴장재의 인장강도 산정 ...557
• 다. 비부착 효과 및 2차 효과를 고려한 긴장재의 인장강도 산정 ...558
• 라. 실험결과에 대한 이론적 고찰 ...560
• 2. 보강된 보의 유한요소해석 ...563
• 가. 재료의 비선형 구성 모델 ...563
• 나. 유한요소 모델링 ...564
• 다. 해석 결과 ...568
• 제7절 PSC 휨 보강 설계 프로그램 개발 ...575
• 1. 개요 ...575
• 2. 설계 프로그램내에서의 해석 절차 ...575
• 가. 사용하중 상태에서의 응력 검토 ...575
• 나. 균형 보강량의 계산 ...581
• 다. 공칭강도의 계산(Af≥Afbal 경우) ...582
• 라. 공칭강도의 계산(Af
• 3. 설계 프로그램의 작성 ...590
• 제8절 소결 ...596
• 제7장 보수.보강공법의 성능 평가 방안 ...597
• 제1절 콘크리트 교량의 손상탐지 기법 ...598
• 1. 개요 ...598
• 2. 콘크리트 강도 시험 ...599
• 가. 코어에 의한 강도시험 ...600
• 나. 비파괴 시험법에 의한 콘크리트 압축강도 추정 ...601
• 3. 콘크리트 열화 추정을 위한 시험 ...611
• 가. 콘크리트 균열 측정 ...611
• 나. 중성화 깊이 시험 ...617
• 다. 염화물 함유량 시험 ...619
• 4. 철근의 열화 추정 ...620
• 가. 철근 배근 및 피복두께 ...620
• 나. 철근의 부식 탐사 ...623
• 제2절 콘크리트 교량의 내하력 평가 방안 ...627
• 1. 국내.외 내하력 평가방법 분석 ...628
• 가. 미국의 내하력 평가방법 ...629
• 나. 일본의 내하력 평가방법 ...634
• 다. 국내의 내하력 평가방법 ...644
• 2. 내하력 평가의 표준화 방안 ...655
• 가. 재하시험의 표준화 방안 ...655
• 나. 내하력 평가의 표준화 방안 ...665
• 3. 의사정적재하시험 ...671
• 가. 의사정적재하시험 ...671
• 나. 정적재하시험과 의사정적재하시험의 계측데이터 비교 및 문제점 고찰 ...673
• 다. 의사정적재하시험의 적용성 분석 ...675
• 4. 소결 ...676
• 제3절 보수.보강후 성능 평가 ...677
• 1. 개요 ...677
• 2. 균열보수 후 성능 평가 ...677
• 가. 코어 채취에 의한 성능 평가 ...678
• 나. 초음파 속도법에 의한 시공품질 평가 ...679
• 3. FRP 보강 후 시공성 평가 ...681
• 가. 재료 시편에 대한 평가 ...681
• 나. 접착강도 시험 ...682
• 4. PSC 교량의 잔존 프리스트레싱 힘 측정 ...687
• 가. 진동법에 의한 추정방법 ...687
• 나. Azizinamini의 방법 ...692
• 다. 노출실험에 의한 측정방법 ...698
• 라. 잔존 프리스트레싱 힘 추정방법의 적용성 ...701
• 제4절 성능평가를 위한 진동법의 적용성 실험연구 ...703
• 1. 개요 ...703
• 2. 고유진동수의 영향 인자 분석 ...703
• 가. EI 의 변화 ...703
• 나. 축력의 변화 ...704
• 3. 진동 실험 ...706
• 가. 실험변수 ...706
• 나. 진동수 계측 ...706
• 4. 측정 결과 ...707
• 5. 실험 결과의 분석 ...717
• 가. 긴장력 변화에 따른 고유진동수 비교 ...717
• 나. 임의 손상 후 고유진동수 실측 비교 ...718
• 6. 소결 ...720
• 제8장 결론 ...721
• 제1절 최종 연구 결과 ...721
• 1. 콘크리트 교량의 보수.보강 현황 ...721
• 2. 보수.보강 재료 품질시험법 및 품질기준 ...722
• 가. 에폭시계 주입재에 대한 품질시험 ...722
• 나. 적층수가 섬유쉬트의 인장강도에 미치는 영향 ...723
• 다. 이음길이가 섬유쉬트의 인장강도에 미치는 영향 ...724
• 라. 부착길이에 따른 탄소섬유쉬트의 부착강도 ...724
• 3. FRP 복합재료 보강공법의 성능 평가 ...725
• 4. PSC교량에 대한 FRP 보강공법의 적용성 검토 ...727
• 5. 외부 프리스트레싱 보강공법의 성능 평가 ...727
• 가. 보강공법 성능검증을 위한 모형실험 ...727
• 나. 수치해석을 통한 보강성능 분석 ...729
• 다. 유한요소해석을 이용한 보강효과 평가 ...729
• 6. 보수.보강 후 성능 평가 방안 ...730
• 7. 지침(안) 및 시방서(안)의 작성 ...730
• 제2절 향후 연구 제언 및 활용계획 ...731
• 제9장 참고 문헌 ...732

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참고문헌

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