초록 ▼

본 연구의 최종 목표는 hybrid FRP 보강기법에서 나타나는 보강재 탈락의 원인을 정확하게 파악하며, 예측할 수 있는 해석기법을 개발함으로써 보강재 탈락 지연의 효과를 개선하는 데에 있다. 이를 위하여 수치모델 분석, 가력실험 및 유한요소 해석 연구를 수행하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
▪ Hybrid FRP의 부착거동을 파악하기 위하며 휨의 영향을 받지 않도록 보 중앙부에 saw cut을 두고 실험체를 제작하여 3점 재하 가력 실험을 수행한 결과, 실험체는 대부분 FRP sheet의 debonding에 의하여 파괴되었다

본 연구의 최종 목표는 hybrid FRP 보강기법에서 나타나는 보강재 탈락의 원인을 정확하게 파악하며, 예측할 수 있는 해석기법을 개발함으로써 보강재 탈락 지연의 효과를 개선하는 데에 있다. 이를 위하여 수치모델 분석, 가력실험 및 유한요소 해석 연구를 수행하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
▪ Hybrid FRP의 부착거동을 파악하기 위하며 휨의 영향을 받지 않도록 보 중앙부에 saw cut을 두고 실험체를 제작하여 3점 재하 가력 실험을 수행한 결과, 실험체는 대부분 FRP sheet의 debonding에 의하여 파괴되었다. 실험결과, hybrid FRP에서 debonding되는 정도는 보강 재료의 강성보다는 두께에 더 큰 영향을 받아, 콘크리트 부착면에 CFRP가 바로 부착될 때 debonding 강도가 크게 나타난다는 것을 알 수 있었다. 또한, 현존하는 FRP debonding strength model을 분석하여 유한요소해석 모델에 적용하여 FRP 보강재의 탈락을 고려할 수 있는 해석모델 기법을 개발하였으며, 이를 이용하여 실험 결과와 비교한 결과 매우 높은 정확성을 나타내었다.
▪ FRP의 길이, 두께, 폭 등 보강방법에 따른 보강효과를 살펴보기 위하여 실제 사이즈로 제작한 철큰콘크리트 보에 4점재하 가력 실험을 수행한 결과, FRP로 휨 보강할 경우 무보강 실험체보다 최대 하중이 약 25~55% 증가하며, 강성도 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한, 콘크리트와 보강재 사이에 발생하는 계면응력 분포를 분석한 결과, 계단식 단부의 실험체에서는 섬유시트 겹 수가 증가할수록 오히려 끝단의 계면응력이 감소하는 현상이 나타났다. 따라서, 계단식 단부로 보강할 경우 단부의 응력집중 현상이 완화되어 보강재의 조기탈락으로 인한 보의 파괴가 지연되는 것으로 평가할 수 있었다. 중앙부처짐과 에너지 흡수 능력을 고려한 두 가지 방법으로 구조적 연성을 분석한 결과, 무보강 실험체보다 FRP를 보강한 실험체에서 연성이 현저히 떨어지는 현상이 나타났으나, 계단식 단부로 보강할 경우 비계단식 단부로 보강한 경우보다 연성 개선에 큰 효과가 있음을 알 수 있었다.
▪ 콘크리트와 FRP 보강재 사이의 부착성능을 분석하기 위하여 기존 bond-strength model을 살펴본 결과, FRP 부차력은 콘크리트와 FRP 보강재 사이에 발생하는 계면응력에 비례함을 알 수 있었다. 또한, 이를 이용하여 실험체 별로 동일하중에서의 계면응력과 최대 휨모멘트를 비교한 결과 그 상관관계가 뚜렷하게 나타났으며, 이를 기존 설계식에 추가하는 경우 계면응력을 고려한 휨모멘트를 예측할 수 있는 것으로 나타났다.
본 연구를 통해 hybrid 또는 단일 FRP로 보강된 철근콘크리트 보의 보강성능을 향상시킬 수 있는 다양한 보강방법을 실험적으로 검증하였으며, FRP 보강재의 탈락을 예측할 수 있는 해석 기법을 제시하였다. 따라서 이 연구의 결과를 새로운 보수·보강 시스템 개발 시 활용할 수 있으며, FRP 보강에 대한 기존 설계기준을 보완하는 데에 이론적 근거로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.