초록 ▼

1차년도 연구에서는 외부 프리스트레스트 탄소섬유판에 의한 구조물 보강공법의 요소기술 개발을 위하여 경제성 및 구조성능이 우수한 기계적 정착장치, 프리스트레스의 도입을 위한 합리적인 긴장장치 및 긴장방법을 제안하였다. 또한, 개발된 공법의 조속한 실용화를 위하여 당초 2차년도에 계획되었던 탄소섬유판의 국산화를 선 수행하여, 특수목적의 프리스트레스트용 탄소섬유판을 개발하였으며, 이러한 핵심 요소기술의 개발 이외에도 외부 프리스트레스트 탄소섬유판에 의한 보강공법의 완성을 위하여 부수적으로 요구되는 탄소섬유판과 콘크리트와의 부착성능 시험,

1차년도 연구에서는 외부 프리스트레스트 탄소섬유판에 의한 구조물 보강공법의 요소기술 개발을 위하여 경제성 및 구조성능이 우수한 기계적 정착장치, 프리스트레스의 도입을 위한 합리적인 긴장장치 및 긴장방법을 제안하였다. 또한, 개발된 공법의 조속한 실용화를 위하여 당초 2차년도에 계획되었던 탄소섬유판의 국산화를 선 수행하여, 특수목적의 프리스트레스트용 탄소섬유판을 개발하였으며, 이러한 핵심 요소기술의 개발 이외에도 외부 프리스트레스트 탄소섬유판에 의한 보강공법의 완성을 위하여 부수적으로 요구되는 탄소섬유판과 콘크리트와의 부착성능 시험, 프리스트레스트 되지 않은 탄소섬유판으로 보강된 구조부재의 보강성능 실험 및 장기거동 평가를 위한 실험체 및 가력장치를 제작하였다. 협동연구기관에서는 FRP 보강공법의 유한요소 해석기술을 구축하기 위하여 선행연구인 탄소섬유쉬트 복합체에 의해 보강된 부재의 실험결과를 대상으로 해석적 연구를 수행하여 범용해석 프로그램에서 적용가능한 탄소섬유쉬트 복합체의 재료 및 부착구성 모델을 개발하였다.
2차년도에는 1차년도에 개발된 국산화 탄소섬유판의 제작기술을 바탕으로 프리 스트레싱용 특수목적의 고성능 탄소섬유판을 개발하였으며, 탄소섬유판의 성능을 향상시키면서 경제성과 제작성을 확보할 수 있는 국산화 기술을 확보하였다. 또한, 1차년도에 개발된 정착장치를 근간으로 하여 프리스트레스 도입을 위한 합리적인 긴장장치 및 긴장방법을 개발하였다. 이와 같이 개발된 특수목적의 탄소섬유판과 긴장장치 및 정착장치를 이용하여 프리스트레스 탄소섬유판으로 보강된 구조부재의 성능에 대한 영향을 미치는 다양한 변수를 도출하고, 역학적 성능실험을 실시함으로써 개발된 공법의 특성분석 및 보강설계기술을 확보하였다. 아울러, 프리스트레스트 탄소섬유판에 의한 보강공법의 해석을 위한 방법론을 도출하고, 실험결과와의 비교를 통하여 해석방법의 적합성을 판단하였다. 이론적 연구에서는 프리스트레스트 탄소섬유판에 의해 보강된 구조부재의 거동을 해석적으로 예측하기 위하여 비선형 유한요소해석을 실시하여 재료구성 모델을 검증.개발하고 역해석 및 파라메터 해석을 통하여 보강부재의 해석 및 설계를 위한 이론적 연구를 수행하였다.
3차년도에서는 본 연구에서 개발하고자 하는 프리스트레스트 탄소섬유판 보강공법을 완성하는 단계로서, 우선적으로 1차년도에 개발된 정착장치의 성능을 극대화하기 위한 세부상세를 개발하고, 콘크리트에 대한 정착성능을 최종적으로 확인함으로써 세부 요소기술을 완성하였다. 이러한 요소기술을 바탕으로 건축구조물 및 토목구조물에 대하여 현장 시공성능 확인을 위한 실험을 실시함으로써 개발된 공법의 시공성 및 보강성능을 확인하였다. 또한, 2차년도에 수행된 축소모형 실험체에 대한 보강성능 검증결과를 최종적으로 확인하기 위하여 실물모형 실험체에 의한 보강성능 검증실험을 수행하였다. 이와 더불어 약 2년 동안 장기적으로 계측된 프리스트레스트 탄소섬유판으로 보강된 구조부재의 장기거동 및 피로거동에 대한 실험적.이론적 분석을 완료하고 프리스트레스트 탄소섬유판에 의한 설계.시공 지침서를 작성함으로써 최종적으로 프리스트레스트 탄소섬유판에 의한 구조물 보강공법의 실용화를 위한 기반을 완성하였다. 연차별 주요 연구내용을 간단히 기술하면 다음과 같다.
<1차년도>
○프리스트레싱용 탄소섬유판 및 보강재료의 물성파악을 위한 재료시험
- 프리스트레싱용 탄소섬유판 및 접착제의 역학적 특성시험을 위한 표준 품질시험법 분석
- 표준 품질시험법에 의한 보강재료의 물리적.역학적 특성시험
○탄소섬유판과 콘크리트와의 부착성능 평가실험
- 계면성능 파악을 위한 모형 시험방법 정립
- 콘크리트와 보강재료간의 부착성능 시험
- 시공환경 요인에 따른 보강재료와 콘크리트의 부착성능 검증
○프리스트레스트 탄소섬유판에 의한 보강공법의 정착성능 실험
- 정착장치의 성능검증을 위한 실험방법론 정립
- 탄소섬유판의 정착성능에 미치는 요인별 영향인자 분석
- 각 요인별 영향분석을 통하여 Proto-type 정착장치 제원 도출
- Proto-type 정착장치의 정착성능 검증 및 정착성능 향상시험을 통하여 최적의 정착장치 제원 및 형상 도출
- 정착장치의 파괴메커니즘 분석
- 정착성능 시험결과로부터 문제점 분석 및 공법 개선방향 제시
○프리스트레싱 탄소섬유판의 긴장 및 정착장치 개발
- Proto-type 정착장치 및 긴장장치의 구조.시공성능 평가
- 프리스트레싱 방법별 정착장치 및 긴장장치 Proto-type 제안
- 개발된 정착장치 및 긴장장치의 실용성 평가
○프리스트레스 되지 않은 탄소섬유판에 의해 보강된 구조물의 거동 파악
- 프리스트레스 되지 않은 탄소섬유판 보강실험체 계획
- 일반 탄소섬유판으로 보강된 구조실험체의 파괴메커니즘 및 보강효과 분석
- 탄소섬유판의 박리파괴 메커니즘 분석을 통하여 최적의 프리스트레스 양 산정
○프리스트레스 탄소섬유판으로 보강된 부재의 장기거동 평가를 위한 실험체 Setting
- 프리스트레스트 탄소섬유판에 의해 보강된 구조부재의 장기거동 평가를 위한 실험목표의 범위 및 내용 설정
- 장기하중 도입 및 장기거동 계측을 위한 측정장치 및 실험체 제작
- 장거거동 평가를 위한 실험체 Setting 준비
○프리스트레스를 도입한 FRP의 정착부 및 프리스트레스 되지 않은 FRP 보강 공법의 유한요소해석
- 기초 문헌조사
- 정착부의 재료구성모델 개발
- 역해석 및 Parametric 해석
- 정착부의 모델링 및 안전성 검증
- FRP의 계면부착모델 개발
- 프리스트레스 되지 않은 FRP 보강공법의 유한요소해석
- 1차년도 보고서 작성
○탄소섬유판의 국산화 기술개발 (당초 2차년도 계획분)
- 국산화 탄소섬유판에 대한 표준 품질시험법에 의한 물리적.역학적 특성시험
- 국산화 탄소섬유판에 대한 콘크리트와 보강재료간의 부착성능 시험
- 시공환경 요인에 따른 보강재료와 콘크리트의 부착성능 검증
- 국산화 탄소섬유판에 대한 기본 정착성능 및 정착성능 향상을 위한 각종 상세의 적용성 검증 시험
<2차년도>
○국산화 탄소섬유판의 성능향상 및 상용화 제품 생산
- 국산화 탄소섬유판의 기계적 물성향상을 위한 기술 개발
- 고성능 탄소섬유판에 대한 표준 품질시험법에 의한 물리적.역학적 특성시험
- 고성능 탄소섬유판의 상용화 제품생산
○탄소섬유판과 콘크리트와의 부착성능 평가실험
- 계면성능 파악을 위한 모형 시험방법 정립
- 국산화 탄소섬유판에 대한 콘크리트와 보강재료간의 부착성능 시험
- 시공환경 요인에 따른 보강재료와 콘크리트의 부착성능 검증
○대상구조물별 프리스트레싱 방법론 연구
- 대상 구조물별 프리스트레싱 방법론 검토 - 기존 프리스트레싱 방법 문제점 검토
- 기존 시스템의 단점을 보완할 수 있는 새로운 형상의 긴장장치 개발
- 프리스트레싱 방법론에 따른 장.단점 분석
○프리스트레싱 탄소섬유판의 긴장장치 개발
- Proto-type 정착장치 및 긴장장치의 구조.시공성능 평가
- 프리스트레싱 방법별 정착장치 및 긴장장치 제원 및 형상 도출
- 부착형 시스템에 대한 지렛대형 긴장시스템 개발
- 비부착형 시스템에 대한 스터드형 정착장치 및 긴장시스템 개발
- 개발된 긴장장치의 실용성 평가
○프리스트레스트 탄소섬유판에 의한 구조물의 보강효과 검증 실험
- 박리파괴 메커니즘 분석을 통하여 최적의 프리스트레스 양 검토
- 프리스트레스트 탄소섬유판으로 보강된 부재의 파괴 메카니즘 분석
- 프리스트레스 도입량에 따른 영향 평가
- 탄소섬유판의 보강량에 따른 영향 평가
- 탄소섬유판 종류에 따른 영향 평가
- 정착장치에 따른 파괴 메커니즘 분석 및 영향 평가
○프리스트레스트 탄소섬유판의 설계용 강도감소 계수 도출
- 프리스트레스 탄소섬유판으로 보강된 부재의 강도특성을 예측할 수 있는 해석방법 및 설계식 제안
- 비부착 시스템에서 L/dp의 변화에 따른 강도저하 특성을 고려한 강도감소계수 제안
○프리스트레스트 탄소섬유판에 의해 보강된 구조물의 비선형 유한요소 해석
- 재료구성모델 개발 및 검증
- 역해석 및 Parametric 해석
- 프리스트레스 도입한 탄소섬유판 보강공법의 유한요소해석
- 프리스트레스 되지않은 탄소섬유판 보강공법과 비교.분석
○프리스트레스 탄소섬유판으로 보강된 부재의 장기거동 평가를 위한 자료 계측
- 장기하중 도입 및 장기거동 계측을 위한 실험체 Setting
- 초기 자료 및 시간이력에 따른 계측자료 취득
<3차년도>
○플레이트형 정착장치의 정착성능 극대화를 위한 세부상세 개발
- 단위 Unit 및 지압력, 볼트 토크치에 대한 정착성능 추가실험 실시
- 재료설계강도의 130% 이상을 정착할 수 있는 고성능 정착장치 개발
- 정착장치의 제원 및 치수결정을 위한 세부 설계식 제안
○프리스트레스트 탄소섬유판에 의한 실물모형 실험을 통한 구조물의 보강효과 검증
- 실물모형 부재실험에 의해 프리스트레스트 탄소섬유판 보강공법에 의한 구조물 보강성능을 최종적으로 검증
- 프리스트레스트 탄소섬유판으로 보강된 실물모형 부재의 파괴 메커니즘 분석
- 실물모형 부재의 프리스트레스 시스템에 따른 영향 평가
○실제 구조물(건축구조물, 토목구조물)에 대한 성능개선 현장실험
- 대상구조물별 프리스트레스 방법에 따른 보강설계의 장ㆍ단점 분석

- 대상구조물별 프리스트레스트 탄소섬유판에 의한 보강설계 실시
- 건축구조물 및 교량구조물에 대한 현장 보강성능 확인 실험
- 외부 프리스트레스트 탄소섬유판에 의한 보강효과의 확인
- 외부 프리스트레스트 탄소섬유판 보강공법의 현장 시공성능 확인
○프리스트레스트 탄소섬유판으로 보강된 부재의 장기거동 및 피로거동 검증
- 지속하중을 받는 탄소섬유판의 크리프, 릴렉세이션 영향 검토를 위한 자료계측 (2년간 실시)
- 초기 자료 및 시간이력에 따른 계측자료 취득
- 정착장치의 피로저항성 검증
○프리스트레스를 도입한 탄소섬유판 보강공법의 변수해석
- 기초문헌조사
- 프리스트레스를 도입한 탄소섬유판 보강공법의 역해석 및 parametric 해석
- 프리스트레스를 도입한 탄소섬유판 보강공법의 보강설계식 제안을 위한 이론 해석
- 이론 해석식의 다양한 구조물의 적용을 통한 검증
○프리스트레스트 탄소섬유판에 의한 보강공법의 설계.시공 지침서 작성
- 프리스트레스트 탄소섬유판으로 보강된 휨부재의 공칭강도 정의
- 프리스트레스트 탄소섬유판으로 보강된 휨부재의 강도특성 예측을 위한 설계식 제안
. 부착시스템 : 프리스트레스 모멘트, 균열모멘트, 항복모멘트, 공칭모멘트
. 비부착시스템 : 비부착 시스템의 공칭강도 저하계수 제안 ($L/d_p$)
- 프리스트레스트 탄소섬유판에 의한 구조물 보강공법의 시공 지침서 작성

Abstract ▼

During the first year of the research, mechanical fixation devices presenting economical efficiency and remarkable structural performance have been proposed for the development of key technologies related to reinforcement techniques of structures using externally prestressed carbon fiber. Rational t

During the first year of the research, mechanical fixation devices presenting economical efficiency and remarkable structural performance have been proposed for the development of key technologies related to reinforcement techniques of structures using externally prestressed carbon fiber. Rational tensioning devices and tensioning methods have also been suggested for the introduction of prestress. Moreover, in order to supervise effectively the practical utilization of the developed technique, the domestic production of carbon fiber plate previewed for the second year has been executed in advance, carbon fiber plate for special prestress purpose has been developed. Apart from the development of such core technologies, samples and loading devices have been manufactured for the specimen setting necessary for long-term behavior investigation and to perform bonding performance test between concrete and carbon fiber plate and strengthening test of structural members reinforced using non-prestressed carbon fiber plate collaterally required for the completion of strengthening technique using external prestressed carbon fiber. In order to establish the finite element analysis technology of FRP strengthening technique, the joint research institute carried out analytical study using the experimental results obtained from the members reinforced with the carbon fiber composite materials of the precedent research. As a result, material and bond constitutive models of the fiber sheet composite member applicable in general-purpose analysis program have been developed.
In the second year of the program, special high performance carbon fiber plate for prestressing purpose has been developed using the fabrication techniques of domestically produced carbon fiber plates. Domestic technology able to improve the performance of the carbon fiber plate and secure economical efficiency as well as productivity has been established. In addition, rational tensioning device and tensioning method have also been developed in order to introduce prestress based on the fixation device developed in the first year of the program. Using the proposed devices, diversified parameters influencing the structural member reinforced with prestressed carbon fiber plate have been derived. Then, the analysis of the characteristics of the developed technique and reinforcement design technology have been established through mechanical performance tests. Moreover, the analytic methodology for the design of the reinforcement technique using prestressed carbon fiber plate has been derived and the adequacy of the analytic method has been evaluated through comparison with the experimental results. In the theoretical study, nonlinear finite element analysis has been conducted to predict analytically the behavior of the structural member strengthened with prestressed carbon fiber plate. A material constitutive model was then established and verified. Theoretical study has been performed for the design and analysis of the reinforced member by mans of inverse analysis and parametric analysis.
The third year corresponded to the completion stage of the strengthening technique using prestressed carbon fiber plate, which was the objective of the program. Details of the fixation device developed in the first year were developed at first in order to maximize its performance. The detailed key technologies were completed by finally verifying the fixation performance with concrete. Based on such key technologies, the constructability and strengthening performance of the proposed strengthening technique were verified by civil structures. Moreover, in order to check the verification results relative to the strengthening performance obtained through reduced-scale prototype in the second year, a full-scale prototype test has been performed. Apart from this, experimental and theoretical analyses of the long-term and fatigue behaviors of structural members reinforced with prestressed carbon fiber plate were completed after nearly two years of monitoring. The redaction of design construction guidelines for prestressed carbon fiber plate gave finally the basis for the future application of the strengthening technique using prestressed carbon fiber plate for structures. The summary of the main research topics and contents for each year of the program is given in the followings.

○ Material tests for the examination of the physical properties of prestressing-purposed carbon fiber plate and reinforcement materials
- Analysis of standard quality test methods for mechanical characteristics tests of prestressing-purpose carbon fiber plate and bonding material
- Physicalㆍmechanical characteristics tests according to standard quality control methods
○ Evaluation test of carbon fiber plate-concrete bond performance
- Establishment of prototype test method for the evaluation of interface performance
- Concrete-reinforcement material bond performance test
- Verification of bonding material-concrete bond performance according to construction environment
○ Fixation performance test of the strengthening method using prestressed carbon fiber plate
- Establishment of test methodology for performance verification of the fixation device
- Analysis of factors influencing the fixation performance of carbon fiber plate
- Derivation of the characteristics of the fixation device prototype using the influence analysis by type of factor
- Derivation of the optimum characteristics and shape of the fixation device through verification of the fixation performance of the fixation device prototype and fixation performance improvement experiments
- Analysis of the failure mechanism of the fixation device
- Analysis of problems from fixation performance test results and proposal of improvement directions for the technique
○ Development of tensioning and fixation devices for prestressing carbon fiber plate
- Evaluation of the structureㆍconstructability performance of tensioning device and fixation device prototypes
- Proposal of tensioning device and fixation device prototypes by type of prestressing method
- Evaluation of the applicability of the developed tensioning device and fixation device
○ Evaluation of the behavior of a structure reinforced with non-prestressed carbon fiber plate
- Planning of specimen reinforced with non-prestressed carbon fiber plate
- Analysis of strengthening effect and failure mechanism in structural samples reinforced with ordinary carbon fiber plate
- Calculation of the optimum prestress through the analysis of the debonding failure mechanism of carbon fiber plate
○ Sample setting for the evaluation of long-term behavior of structural member reinforced with prestressed carbon fiber plate
- Establishment of the scope and contents of the test for the long-term evaluation of structural member reinforced with prestressed carbon fiber plate
- Fabrication of measurement devices and specimens for the introduction of long-term loading and prediction of long-term behavior
- Preparation of the specimen setting for the evaluation of long-term behavior
○ Finite element analysis of the anchorage of the prestressed FRP and reinforcement technique using non-prestressed FRP
- Literature survey
- Development of material constitutive model of the anchorage
- Inverse analysis and parametric analysis
- Modeling of the anchorage and safety check
- Development of interface bond model of FRP
- Finite element analysis of reinforcement technique using non-prestressed FRP
- Redaction of the first year report
○ Development of technology for the domestic production of carbon fiber plate (Initially previewed in the second year)
- Physicalㆍmechanical characteristics tests using standard quality control test method for domestic carbon fiber plates
- Concrete/reinforcement material bond performance test using domestic carbon fiber plates
- Verification of concrete/reinforcement material bond performance according to construction environment
- Verification tests on the basic fixation performance of domestic carbon fiber plate and all types of detailed applicability verification tests to improve the fixation performance

○ Improvement of the performance of domestic carbon fiber plate and production of commercial products
- Development of technologies for the improvement of the mechanical properties of domestic carbon fiber plate
- Physicalㆍmechanical characteristics tests using standard quality control test method for high performance carbon fiber plates
- Production of commercial products of high performance carbon fiber plates
○ Evaluation test of bond performance between concrete and carbon fiber plate
- Establishment of experimental methodology for the evaluation of interface performance
- Concrete/reinforcement material bond performance test using domestic carbon fiber plates
- Verification of concrete/reinforcement material bond performance according to construction environment
○ Research on the prestressing methodology by type of structure
- Survey of prestressing methodology by type of structure
- Survey of the problems in previous prestressing methods
- Development of innovative shape for tensioning device able to supplement the demerits of former systems
- Analysis of the advantages and disadvantages according to the prestressing methodologies
○ Development of tensioning device for the prestressing of carbon fiber plate
- Proto-type fixation device and evaluation of the structuralㆍconstruction performances of the tensioning device
- Derivation of the characteristics and shape of thetensioning device and anchorage according to the type of prestressing
- Development of lever-type tensioning system for the bond-type system
- Development of stud-type anchorage and tensioning system for the unbonded-type system
- Evaluation of the applicability of the developed tensioning devices
○ Verification test of the reinforcement effects on structure using prestressed carbon fiber plate
- Verification of the optimum prestressing through the analysis of the debonding failure mechanism
- Analysis of the failure mechanism in members reinforced with prestressed carbon fiber plate
- Evaluation of the effect of the quantity of prestressing
- Evaluation of the effect of the reinforcement quantity of carbon fiber plate
- Evaluation of the effect of the type of carbon fiber plate
- Evaluation of the effect and analysis of the failure mechanism according to the fixation device
○ Derivation of the strength reduction coefficient for the design of prestressed carbon fiber plate
- Proposal of analysis method and design formula able to predict the strength characteristics of members reinforced with prestressed carbon fiber plate
- Proposal of strength reduction coefficient considering the degradation of strength according to L/dp of the unbonded system
○ Nonlinear finite element analysis of structures strengthened with prestressed FRP
- Development and verification of the material constitutive model
- Inverse analysis and parametric analysis
- Finite element analysis of reinforcement technique using prestressed FRP
- Comparison.analysis of reinforcement technique using non-prestressed FRP
○ Monitoring for the evaluation of the long-term behavior of members reinforced with prestressed carbon fiber plate
- Setting of the specimen for the introduction of long-term loading and long-term monitoring
- Acquisition of database according to initial documents and time history

○ Development of details for the maximization of the fixation performance of the plate-type fixation device
- Execution of additional fixation performance tests for the unit, bearing pressure and bolt torque
- Development of high performance fixation device able to provide more than 130% of the material design strength
- Proposal of detailed design formula for the decision of the characteristics and dimensions of the fixation device
○ Verification of strengthening performance through full-scale test using prestressed carbon fiber plate
- Final verification of the strengthening performance on a full-scale structure prototype reinforced by prestressed carbon fiber plate
- Analysis of the failure mechanism of the full-scale member prototype reinforced by prestressed carbon fiber plate
- Evaluation of the effect according to the prestressing system of the full-scale prototype
○ Field test for the improvement of the performance of actual structures (buildings, civil structures)
- Analysis of the advantages and disadvantages of the strengthening design according to the prestress method by type of structure
- Execution of strengthening design using prestressed carbon fiber by type of structure
- Field verification test of the strengthening performance for building and bridge structures
- Verification of the strengthening effects using externally prestressed carbon fiber plate
- Verification of the field constructability of the reinforcement technique using externally prestressed carbon fiber plate
○ Verification of long-term and fatigue behaviors of members reinforced by prestressed carbon fiber plate
- Monitoring (during about 2 years) for the verification of the effects of the creep and relaxation of carbon fiber plates subjected to permanent loading
- Acquisition of database according to initial documents and time history
- Verification of the resistance to fatigue of the fixation device
○ Parametric analysis of strengthening technique using carbon fiber plate introduced with prestressing
- Literature survey
- Inverse analysis and parametric analysis of reinforcement technique using carbon fiber plate introduced with prestressing
- Theoretical analysis to propose a strengthening design formula for reinforcement technique using carbon fiber plate introduced with prestressing
- Verification through applications of the theoretical analysis formula on various structures
○ Preparation of designㆍconstruction guidelines for strengthening techniques using prestressed carbon fiber plate
- Definition of the nominal strength of flexural member reinforced with prestressed carbon fiber plate
- Proposal of design formula for the prediction of the strength characteristics of flexural member reinforced with prestressed carbon fiber plate
. Bonded system : Prestress moment, crack moment, yield moment, nominal moment
. Unbonded system : Proposal of nominal strength reduction factor ($L/d_p$) for the unbonded system
- Preparation of construction guidelines for the strengthening of structures using prestressed carbon fiber plate

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 요약문...4
• SUMMARY...24
• 목차...38
• 제 1 장 서 론...117
• 1.1 연구개발의 필요성...117
• 1.1.1 기술적 측면...117
• 1.1.2 경제.산업적 측면...120
• 2.1 국내.외 관련기술 기술동향...121
• 2.1.1 국내 기술동향...121
• 1.2.2 국외 기술동향...127
• 1.2.3 보강 기술동향...137
• 1.3 연구개발 목표 및 내용...139
• 1.3.1 연구개발 최종목표...139
• 1.3.2 1차년도 연구개발 목표 및 내용...139
• 1.3.3 2차년도 연구개발 목표 및 내용...142
• 1.3.4 3차년도 연구개발 목표 및 내용...144
• 제 2 장 외부프리스트레스트 탄소섬유판 보강공법 정착장치 개발...147
• 2.1 개 요...147
• 2.2 기존 FRP 정착장치 고찰...148
• 2.2.1 정착장치의 요구 조건...148
• 2.2.2 기존 FRP 정착구의 형상 및 특징...149
• 2.3 플레이트(plate)형 정착장치의 기본 정착성능 검토...155
• 2.3.1 실험 일반사항...155
• 2.3.2 적정 지압력(＝볼트 토크치) 산출 시험...159
• 2.3.3 적정 정착플레이트 길이 산출 시험...164
• 2.3.4 적정 표면 거칠기 도출 시험...168
• 2.3.5 적정 탭(Tab) 두께 도출 시험...173
• 2.3.6 소 결...176
• 2.4 플레이트형 정착장치의 proto-type 정착장치 개발...178
• 2.4.1 실험개요...178
• 2.4.2 실험의 일반 사항...179
• 2.4.3 기본형 정착장치 실험...185
• 2.4.4 「표면 거칠기」형 정착장치...189
• 2.4.5 「강재 평 탭(Flat Tab)+표면 거칠기」형 정착장치...194
• 2.4.6 「표면 거칠기+GFRP 탭」형 정착장치의 정착성능...199
• 2.4.7 「강재 평탭+표면 거칠기+GFRP 탭 확장」형 정착장치의 정착성능...203
• 2.4.8 「강재 요철 탭+표면 거칠기+GFRP 확장」형 정착장치의 정착성능...207
• 2.4.9 소 결...210
• 2.5 플레이트형 정착장치의 CFRP 정착성능 향상 실험...213
• 2.5.1 실험 개요...213
• 2.5.2 실험방법 및 일반사항...214
• 2.5.3 볼트 토크치에 따른 정착성능 평가...218
• 2.5.4 볼트 개수에 따른 정착성능 평가...223
• 2.5.5 에폭시 접착에 따른 정착성능 평가...227
• 2.5.6 소 결...231
• 제 3 장 탄소섬유판 정착장치의 콘크리트에 대한 정착성능 평가...233
• 3.1 플레이트형 정착장치의 콘크리트 정착성능 실험...233
• 3.1.1 실험 목적...233
• 3.1.2 실험방법 및 일반사항...234
• 3.1.3 실험 결과...242
• 3.1.4 소 결...245
• 3.2 플레이트형 정착장치의 콘크리트 정착성능 향상 실험...245
• 3.2.1 실험 개요...245
• 3.2.2 실험방법 및 일반사항...246
• 3.2.3 앵커 전단내력 실험...249
• 3.2.4 콘크리트 지압내력 실험...257
• 3.2.5 정착플레이트의 접착내력과 지압내력 조합...259
• 3.2.6 정착플레이트 지압내력과 앵커 전단내력 조합...263
• 3.2.7 소 결...267
• 제 4 장 탄소섬유판 프리스트레싱 방법 및 장치 개발...268
• 4.1 개발 필요성...268
• 4.2 프리스트레싱 방법론 고찰...268
• 4.2.1 캠버 유도 방법...269
• 4.2.2 간접 긴장 방법...271
• 4.2.3 직접 긴장 방법...273
• 4.3 프리스트레싱 장치 개발...279
• 4.3.1 장치개발의 기본 원칙...279
• 4.3.2 기존 프리스트레싱 장치 분석...279
• 4.3.3 지렛대형 긴장장치...282
• 4.3.4 지렛대형 프리스트레싱 장치 개발...286
• 4.3.5 지렛대형 긴장장치의 프리스트레스 도입 절차...296
• 4.3.6 스터드(stud)형 정착장치를 이용한 프리스트레싱 시스템...298
• 4.4 소 결...301
• 제 5 장 탄소섬유판의 국산화 기술개발 및 성능시험...303
• 5.1 개발 필요성...303
• 5.2 탄소섬유판의 생산 기술...303
• 5.3 탄소섬유판의 특성...306
• 5.3.1 탄소섬유판 긴장재의 품질 성능...306
• 5.3.2 탄소섬유판의 인장강도 특성치...307
• 5.4 고성능.고강도 탄소섬유판 국산화 기술 개발...308
• 5.4.1 일방향 탄소섬유판...308
• 5.4.2 프리스트레스용 탄소섬유판...310
• 5.5 국산화 탄소섬유판의 재료성능 실험...315
• 5.5.1 실험 방법...315
• 5.5.2 일방향 탄소섬유판의 재료성능 실험...318
• 5.5.3 직물매립 탄소섬유판의 재료성능 실험...337
• 5.5.4 강판매립 탄소섬유판 개발...348
• 5.6 탄소섬유판 접착용 에폭시 수지의 재료성능 시험...354
• 5.6.1 에폭시 수지의 사용가능시간 시험...354
• 5.6.2 인장강도 시험...357
• 5.6.3 인장전단 부착강도 시험...359
• 5.7 소 결...362
• 제 6 장 탄소섬유판과 콘크리트와의 부착성능 평가...364
• 6.1 인발접착강도...364
• 6.1.1 실험목적...364
• 6.1.2 실험방법 및 일반사항...365
• 6.1.3 실험결과 및 고찰...368
• 6.1.4 소 결...370
• 6.2 인장전단 부착강도...370
• 6.2.1 실험목적...370
• 6.2.2 실험방법 및 일반사항...371
• 6.2.3 실험결과 및 고찰...376
• 6.2.4 소 결...392
• 제 7 장 외부 프리스트레스트 탄소섬유판에 의한 휨 보강성능 검증실험...393
• 7.1 연구 개요...393
• 7.2 실험방법 및 일반사항...394
• 7.2.1 구조실험 계획...394
• 7.2.2 재료계획...397
• 7.2.3 가력 및 측정계획...399
• 7.2.4 실험체 제작계획...404
• 7.2.5 프리스트레싱 계획...406
• 7.3 단순 부착형 탄소섬유판으로 보강된 부재의 성능평가...420
• 7.3.1 실험 목표...420
• 7.3.2 실험 일반사항...420
• 7.3.3 실험결과...422
• 7.3.4 소 결...428
• 7.4 직물매립 탄소섬유판을 이용한 외부 부착 프리스트레스 시스템에서 긴장력에 따른 보강성능 평가...428
• 7.4.1 실험목적...428
• 7.4.2 실험 일반사항...429
• 7.4.3 실험결과...434
• 7.4.4 소 결...444
• 7.5 직물매립 탄소섬유판을 이용한 외부 비부착 프리스트레스 시스템의 긴장력에 따른 보강성능 평가...445
• 7.5.1 실험목적...445
• 7.5.2 실험 일반사항...446
• 7.5.3 실험 결과...447
• 7.5.4 소 결...453
• 7.6 직물매립 탄소섬유판을 이용한 스터드(stud)형 외부 비부착 프리스트레스 시스템의 긴장력에 따른 보강성능 평가...454
• 7.6.1 실험목적...454
• 7.6.2 실험 일반사항...455
• 7.6.3 실험결과...457
• 7.6.4 소 결...464
• 7.7 일방향 탄소섬유판을 이용한 외부 비부착 프리스트레스 시스템에서 정착장치 성능에 따른 보강성능 평가...465
• 7.7.1 실험목적...465
• 7.7.2 실험 일반사항...465
• 7.7.3 실험결과...467
• 7.7.4 소 결...474
• 7.8 시스템별 보강성능 비교...475
• 7.8.1 직물매립 탄소섬유판의 부착/비부착 프리스트레스 시스템 차이에 의한 보강성능 비교...475
• 7.8.2 비부착형 프리스트레스 시스템에서 매립형 정착장치와 스터드형 정착장치에 따른 보강성능 비교...488
• 7.8.3 직물매립 탄소섬유판을 이용한 부착형 프리스트레스 시스템에서 L/dp에 따른 보강성능 비교...494
• 7.8.4 직물매립 탄소섬유판을 이용한 비부착형 프리스트레스 시스템에서 L/dp에 따른 보강성능 비교...497
• 7.8.5 일방향 탄소섬유판과 직물매립 탄소섬유판 의한 비부착형 프리스트레스 시스템의 보강성능 비교...504
• 7.8.6 소 결...508
• 7.9 실물모형에 의한 외부 프리스트레스트 탄소섬유판 보강공법의 휨 보강성능검증 실험...510
• 7.9.1 실험목적...510
• 7.9.2 실험계획...511
• 7.9.3 실험 결과...515
• 7.9.4 소 결...524
• 제 8 장 외부 프리스트레스트 탄소섬유판에 의한 보강공법의 휨 보강설계...525
• 8.1 개 요...525
• 8.2 외부 프리스트레스트 탄소섬유판에 의해 휨보강된 부재의 해석...526
• 8.2.1 프리스트레스 도입 모멘트...527
• 8.2.2 균열모멘트...529
• 8.2.3 항복 모멘트...529
• 8.2.4 공칭 모멘트...530
• 8.2.5 처짐 검토...532
• 8.3 외부 프리스트레스트 탄소섬유판으로 보강된 부재의 거동에 대한 해석결과와 실험결과와의 비교.분석...532
• 8.3.1 부착형 프리스트레스트 시스템으로 보강된 부재의 해석결과 비교.분석...532
• 8.3.2 비부착형 프리스트레스트 탄소섬유판으로 보강된 부재의 L/dp 변화에 대한 해석결과 비교.분석...533
• 8.4 소 결...537
• 제 9 장 프리스트레스트 탄소섬유판 보강공법의 장기거동 평가...538
• 9.1 지속하중을 받는 탄소섬유판의 장기거동 평가 실험...538
• 9.1.1 실험개요...538
• 9.1.2 실험방법 및 일반사항...539
• 9.1.3 실험 결과...549
• 9.1.4 소 결...555
• 9.2 프리스트레스트 탄소섬유판의 피로성능...556
• 9.2.1 실험 개요...556
• 9.2.2 탄소섬유판 정착장치의 피로 저항성 실험...557
• 9.2.3 소 결...561
• 제 10 장 건축구조물에 대한 현장 시공성능 및 보강성능 검증실험...562
• 10.1 서 론...562
• 10.1.1 실험 배경...562
• 10.1.2 실험 목표...562
• 10.2 실험대상 건축구조물...563
• 10.3 재하하중 산정 및 재하방법...565
• 10.3.1 보 재하 하중산정 및 방법...565
• 10.3.2 슬래브 재하 하중산정 및 방법...566
• 10.4 정착 및 긴장장치 설치...567
• 10.5 프리스트레스의 도입...568
• 10.6 계측...569
• 10.6.1 계측 위치...570
• 10.6.2 계측 내용...571
• 10.6.3 계측 방법...571
• 10.7 재하 실험...573
• 10.7.1 보 실험...573
• 10.7.2 실험 결과...574
• 10.7.3 슬래브 실험...578
• 10.7.4 실험 결과...579
• 10.8 소 결...584
• 제 11 장 슬래브 교량에 대한 현장 시공성능 및 보강성능 검증실험...586
• 11.1 서 론...586
• 11.1.1 실험 배경...586
• 11.1.2 실험 목표...586
• 11.1.3 연구의 수행방법...587
• 11.2 대상 구조물...589
• 11.2.1 대상 구조물 선정...589
• 11.2.2 대상 구조물 현황...589
• 11.3 외부 프리스트레스트 탄소섬유판 보강공법의 현장 시공...592
• 11.3.1 정착장치의 설치...592
• 11.3.2 탄소섬유판 긴장...594
• 11.4 현장 재하실험 방법...595
• 11.4.1 현장 재하시험 개요...595
• 11.4.2 재하시험 실시현황...596
• 11.4.3 재하시험 차량...597
• 11.4.4 재하 위치...598
• 11.5 측정위치 및 장비...601
• 11.6 현장 재하시험 결과 및 고찰...603
• 11.6.1 보강 전 재하시험 결과 분석...603
• 11.6.2 프리스트레싱의 영향...606
• 11.6.3 보강 후 재하시험 결과 분석...609
• 11.7 보강 전.후 재하시험 결과의 비교 및 고찰...612
• 11.7.1 보강 전.후 구조물의 거동...612
• 11.7.2 처짐...613
• 11.7.3 철근 및 콘크리트의 변형률...615
• 11.7.4 균열 폭...617
• 11.8 소 결...619
• 제 12 장 프리스트레스트 탄소섬유판으로 보강된 RC보의 비선형유한요소해석...621
• 12.1 일반 FRP로 보강된 RC보의 변수해석...621
• 12.1.1 해석 개요...621
• 12.1.2 계면부착에 관한 기존 연구...621
• 12.1.3 재료모델...626
• 12.1.4 일반 FRP로 보강된 RC보의 유한요소해석...632
• 12.1.5 변수해석 결과...638
• 12.2 정착장치의 유한요소해석...642
• 12.2.1 개 요...642
• 12.2.2 정착장치의 제원...642
• 12.2.3 정착장치의 유한요소해석...645
• 12.2.4 정착장치의 해석결과...647
• 12.3 콘크리트와 탄소섬유판 계면의 부착실험...651
• 12.3.1 사전단 부착실험...651
• 12.3.2 직접 전단 부착실험...659
• 12.4 긴장력을 도입한 탄소섬유판으로 보강된 RC 보의 유한요소해석...683
• 12.4.1 탄소섬유판으로 보강된 RC 보의 해석실험개요...683
• 12.4.2 탄소섬유판으로 보강된 RC 보의 해석모델링...684
• 12.4.3 긴장력을 도입한 탄소섬유판으로 보강된 RC보의 해석결과...685
• 12.4.4 연성 평가...693
• 12.4.5 콘크리트와 탄소섬유판 계면의 부착응력 산정...695
• 12.5 긴장력을 도입한 탄소섬유판으로 보강된 부재의 설계...699
• 12.5.1 해석상의 가정...699
• 12.5.2 보강재의 강도감소계수...699
• 12.5.3 고정하중을 고려한 탄소섬유판으로 보강된 RC 부재의 설계법...704
• 12.5.4 설계 프로그램 절차...715
• 12.6 소 결...716
• 제 13 장 결론...718
• 제 14 장 연구개발 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도...729
• 14.1 연구개발 목표 달성도...729
• 14.1.1 주관연구기관 수행분...729
• 14.1.2 협동연구기관 수행분...732
• 14.2 관련분야에의 기여도...732
• 제 15 장 연구개발 결과의 활용계획...734
• 15.1 연구개발 성과...734
• 15.2 연구개발 결과의 활용계획...736
• 제 16 장 연구개발 과정에서 수집한 해외과학기술 정보...737
• 16.1 Sika LEOBA System...737
• 16.1.1 정착장치...737
• 16.1.2 긴장장치...738
• 16.2 Sika Stress-Head System...738
• 16.2.1 정착장치...738
• 16.2.2 긴장장치...739
• 16.3 S&P Prestress System...740
• 16.3.1 정착장치...740
• 16.3.2 긴장장치...740
• 16.4 일본 NCK사의 Out-plate 공법...741
• 참고문헌...742
• 부록 외부 프리스트레스트 탄소섬유판에 의한 철근콘크리트 구조물 보강설계 및 시공지침(안)...753