일반적으로 고내구성 재료로 알려져 있는 FRP 재료가 유해한 환경요소에 노출될 경우 가수분해와 같은 화학적 반응으로 인하여 재료적 열화와 재료의 성질이 감소될 수 있다. 따라서, FRP 재료를 건설 주부재로 사용하기 위해서는 사용 환경에 따른 역학적 특성을 정확하게 파악하는 것이 중요하다. 이에 본 연구에서는 화학약품에 의한 급성 또는 만성적인 극심한 변화들을 가상적인 시뮬레이션을 실시하고자 강산과 강알칼리화합물 용액에 FRP 부재를 일정기간 보관한 후 압축강도, 인장강도, 전단강도 그리고 휨강도 실험을 실시하여 화학약품의 종류 및 보관일수에 따른 강도 변화를 분석하였다. 결론적으로 본 연구를 통하여 FRP 부재의 우수한 내화학약품성을 확인할 수 있었다.

최근 국내에서도 지진의 발생 가능성이 증가하는 추세이며 교량 및 터널 등의 시설물에 대한 지진과 같은 예상하지 못한 작용하중에 대한 안전성을 강화하고 있다. 특히, 1988년 이전 건설된 도시철도 시설물의 대부분은 내진설계가 반영되지 않아 지진하중에 대해 취약할 수 있으므로, 내진안전성에 대한 검토와 보강이 요구되고 있다. 이 연구에서는 도시철도 개착식 터널의 내진성능 향상을 도모하고자, 구조적 취약부분인 내측 기둥에 내진보강을 위한 새로운 FRP-연성재 적층복합체를 제안하였다. 적층조건에 따른 FRP-연성재 적층복합체에 대한 실험을 통해 재료물성치를 산출하여, 이를 근간으로 수치모델을 작성하였다. 수치해석을 통해 제안된 보강재로 보강된 RC기둥의 내진성능이 증대됨을 알 수 있었다. 또한 섬유보강재의 적층조건 (연성재의 종류, FRP 적층수, 섬유배향각)에 따라 성능 향상의 차이가 있는 것을 확인할 수 있었다.

다양한 요인에 의해 성능이 저하된 철근콘크리트 구조물은 보수․보강 공법이 요구된다. 현재 다양한 공법과 신소재를 이용한 보강법의 개발이 진행 중에 있다. 최근에 섬유보강 복합체(FRP)를 이용한 보강공법이 주목받고 있으며, 많은 연구와 개발이 진행 중에 있다. 본 논문에서는 FRP-알루미늄 유공복합보로 보강된 RC보의 화재거동에 관한 실험결과를 제시하고자 한다. 사전가력으로 손상시킨 RC보에 FRP-알루미늄 유공복합보로 보강후 화재노출시킨 결과, 손상율이 높아질수록 화재노출에 더욱 많은 영향을 받았으며, 보강효과가 떨어짐을 실험결과 나타났다.

퍼포본드 FRP 판을 영구 거푸집 및 인장 보강재로 이용한 합성보에 대한 실험을 수행하였다. FRP 판을 영구 거푸집 및 인장 보강재의 합성이용은 재래적인 방법에서 필요한 거푸집 조립 및 탈형 등의 작업이 수반되지 않으므로 빠른 시공이 가능하다. FRP 판과 콘크리트가 합성 구조체로 작용하기 위해서는 FRP 판의 표면처리가 필요하다. 이를 위해 FRP 판에 잔골재를 현장에서 많이 사용하는 에폭시를 이용하여 부착하고 FRP 판의 웨브에 구멍을 천공하였다. 합성보에 추가적인 휨 및 전단보강은 하지 않았다. 비교를 위해 두 가지 종류의 비교 실험시편을 제작하였다. FRP 판의 웨브에 구멍을 천공하지 않은 비교 실험시편과 FRP 판 대신에 철근으로 보강한 비교 실험시편이다. 모든 시험체는 중앙에 집중하중을 재하하여 파괴까지 실험하였다. 본 연구 결과 퍼포본드 FRP 판은 콘크리트 구조물의 영구 거푸집 대용 및 인장 보강재로도 활용 할 수 있는 가능성을 보여주었다.

본 논문에서는 FRP 복합체로 보강된 콘크리트 구조물의 동결융해 저항성을 평가하기 위하여 동결융해 진행에 따른 FRP 복합체의 인장강도 및 콘크리트에 대한 인발접착강도의 변화를 측정하였다. 주 실험변수는 동결융해 조건, FRP 복합체의 종류, 동결융해 싸이클로 설정하였다. KS F 2456의 동결융해 시험규격에 따라 실시된 탄소섬유복합체의 인장강도는 최종 싸이클까지 변화가 없었으며, 또한 접착성능의 저하도 관측되지 않아 CFRP의 동결융해 저항성은 매우 우수한 것으로 나타났다. 이에 대하여 유리섬유복합체의 경우는 최종 싸이클에서의 인장강도 및 인발접착강도가 각각 10%, 15% 저하된 것으로 나타나 부분적으로 성능이 저하되는 것으로 나타났다. 그러나 접착강도 평가시 지속적인 동결수가 공급되는 상황에서는 상이한 결과가 나타날 수 있으므로 이에 대한 주의가 필요할 것으로 판단된다.

최근 건설 사업에서 FRP를 단순 부착하여 구조물을 보강하는 공법은 현재 가장 널리 사용되고 있는 보수보강법이다. 본 논문에서는 FRP로 보강된 철근콘크리트 구조물은 지속하중을 받고 있기 때문에 크리프와 건조수축의 영향을 받는다. 이로 인하여 FRP의 보강효과도 달라지며, 처짐 및 변형의 회복성능, 잔존 내력 역시 크게 달라진다. 따라서 CFRP, GFRP가 휨성능에 영향을 미치는 보강 성능을 파악하고, 일정 시간이 흐른 후 하중을 제거하여 장기 변형 및 처짐의 회복성능을 파악하고, 잔존하는 내력을 알아보고자 정적 재하 실험을 수행하였다. 실험한 결과, FRP 보강 실험체는 즉시 처짐을 제어하는 측면은 매우 효율적이고, 즉시변형 회복량 또한 즉시 변형량보다 큰 결과를 보였다. 잔존강도 실험을 통하여 CFRP로 보강된 실험체가 가장 큰 내력을 가지는 것으로 나타났다. FRP로 보강된 보는 지속하중에 의한 부착성능 및 잔존내력에는 영향이 없었던 것으로 판단된다.

분사식 FRP 보강 공법은 섬유(Fiber)와 수지(Resin)를 외부에서 혼합하여 요철이 많은 콘크리트 표면에 고속의 압축 공기로 랜덤하게 분사하여 기존 콘크리트 구조물을 보강하는 공법이다. 새로운 분사식 FRP 공법을 이용하여 구조물의 보강 성능을 평가하였다. 콘크리트 보 실험체에 대한 휨강도 실험을 수행하여 분사식 FRP의 최적물성치를 찾고 이 결과를 이용하여 PSC I형 거더 표준단면을 1/5로 축소한 구조물에 적용하여 실험을 하였다. 손상된 프리스트레스트 콘크리트에 적용한 결과 무보강보에 비하여 휨강도가 49.8% 증가하였고 사용상태의 거동이 개선되었으며, 보강에 의해 처짐 및 균열 제어에 효과적이었다. 결론적으로 분사식 FRP 공법의 보강 적용은 구조물의 성능 향상에 효과적이라고 할 수 있다.

본 연구는 저자가 수행하고 있는 FRP로 보강된 콘크리트 보의 거동연구에 관한 일련의 연구 중 일부로서 본 연구에서는 인장보강근이 겹이음된 콘크리트보의 휨거동에 대한 실험적 연구결과를 제시하였다. 실험변수로는 보강근의 직경과 보강근의 겹이음길이를 적용되었으며, 총 14개의 겹이음된 실험체와 4개의 겹이음되지 않은 기준실험체에 대한 휨실험을 실시하여 각 실험변수인 보강근의 직경(10, 13, 16, 19mm)과 겹이음길이(0.72부터 1.58ld)에 대한 실험결과를 정리하였다. 각 보강근의 겹이음길이는 ACI 440에서 제시하고 있는 FRP 보강근에 대한 기준을 적용하였으며, 실험결과에서 사용된 FRP 보강근의 경우, 기준에서 제시하고 있는 부착길이에 대한 1.3과 1.6의 계수가 충분한 것으로 나타났다.

최근 건설구조물에 대한 FRP의 활용에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. FRP는 단위중량당의 강도와 강성이 기존 건설재료인 강재나 콘크리트에 비해 매우 크고, 부식에 대한 저항성이 뛰어나는 등의 여러 가지 물리적, 화학적 장점이 있다. 이러한 장점을 이용하여 FRP 외양관을 단면의 효율성을 극대화할 수 있고 경제성과 경관에 매우 효과가 큰 스트럿을 가진 PSC 박스거더교의 스트럿 부재의 피복재로 적용하고자 한다. 본 논문에서는 스트럿을 가진 PSC 박스거더에 사용되는 FRP 외양관의 적용성을 평가하기 위하여 이와 관련한 FRP 외양관의 시편실험과 FRP로 피복된 콘크리트 부재의 압축실험을 수행하였으며, 실험결과로부터 콘크리트 강도와 에너지 흡수능력 및 연성이 증진되어 스트럿 부재로써 충분한 안전성을 확보할 수 있음을 확인하였다

본 연구에서는 현장타설과 프리캐스트 방식의 콘크리트 충진 FRP 교각의 성능평가 실험을 수행하였다. 8개의 축소모형 실험체에 대한 준정적 실험을 실시하였으며, 실험변수로는 FRP 두께, 콘크리트 강도, 횡방향 철근비, 직경을 선정하였다. 반복 횡하중에 대한 연성능력을 평가하고 각 시험체의 강성저하에 따른 감쇠비와 파괴양상 등을 비교하였다.

Fiber reinforced plastics (FRP) have been widely used because of their high specific strength, high specific stiffness and etc. Although these kinds of FRP have various merits in applications, it has been had one of the complicated problems to manufacture their wooden mold. For these reasons, the simple methods to manufacture the mold required in the FRP industries. To improve these kinds of problems, the molding system using composite materials was developed. By this new manufacturing techniques and high functional FRP composite mold was built. Comparing with wooden mold, the process efficiencies of frame manufacturing process and inner mold manufacturing process were improved approximately 40% and 70%, respectively.

본 논문에서는 FRP 보강재의 부착방식에 따른 RC보의 휨보강 성능평가에 대하여 연구하였다. 기존의 FRP 휨보강공법은 보강재의 형태에 따라 크게 FRP 쉬트 보강공법과 FRP 플레이트 보강공법으로 분류될 수 있으며, 각 공법은 에폭시의 양생기간동안 쉬트의 들뜸이 발생하지 않도록 주의해야하거나, 앵커설치 등 시공이 복잡하며, 인력이 많이 소요되는 단점이 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 본 논문에서는 Velcro형 고정재를 사용하여 FRP 플레이트를 임시 고정하는 보강공법을 제안하였고, 이에 대한 휨보강 성능평가 실험을 실시하였다. 실험은 FRP보강재의 부착방식을 변수로 하여 총 4개 실험체에 대하여 수행하였다. 실험결과 벨크로형 FRP판 보강공법은 타 공법에 비하여 우수한 시공성을 가짐과 동시에 휨내력이나 연성도 면에서도 우수한 보강성능을 확보하고 있는 것으로 나타났다.

FRP 스트럿을 가진 PSC 박스거더 교량 구조는 기존의 PSC 박스거더를 효율적으로 변형시켜 넓어진 상부 슬래브의 캔틸레버 부분을 스트럿으로 지지하는 구조형식으로, 상부구조의 자중을 줄여 하부구조의 크기를 경감시키므로 경제적이고 미관이 뛰어난 교량 건설을 가능하게 한다. 본 연구에서는 국내에서 처음 시도되는 FRP 스트럿을 가진 PSC 박스거더의 실물모형 재하실험과 유한요소해석을 수행하여 상호 결과를 비교함으로써 FRP 스트럿을 가진 PSC 박스거더 교량 구조에서 FRP 스트럿과 스트럿 적용에 따른 상부 슬래브의 구조적 안전성에 대하여 평가하였다.

FRP 복합체의 함침ㆍ접착에 사용되는 에폭시 수지와 같은 2액형 접착제는 두 성분을 상호 혼합함으로써 경화반응이 시작되며, 일정 시간이 경과되면 접착제의 점도와 온도가 급격히 증가된다. 이와 같이 접착제의 점도가 증가되면 작업성과 접착력이 저하되므로, 현장에서의 작업은 시공연도(workability)가 유지되는 한계, 소위「사용가능시간(pot life)」이내에 완료되어야만 한다. 본 연구에서는 구조보강용 FRP 복합체의 함침ㆍ접착에 사용되는 에폭시 수지의 사용가능시간을 평가하기 위하여 기존에 제안되고 있는 점도변화법 및 발열온도상승법의 적합성을 검증하고, 실험결과의 비교ㆍ분석을 통하여 구조용 접착제의 사용가능시간을 보다 합리적으로 산정할 수 있는 시험방법 및 평가기준을 제안하였다.

FRP bar는 높은 인장강도와 경량의 재료로 철근부식문제를 해결할 수 있는 대안으로 대두되고 있다. 그러나 FRP와 콘크리트 모두 취성적인 재료로 철근콘크리트보다 낮은 연성을 갖게 되며, 갑작스러운 파괴를 유발할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 FRP 보강근을 사용한 휨부재의 압축측을 나선형 보강근으로 구속하여 거동을 개선하고자 하였으며, 구조실험을 통하여 파괴모드의 개선 및 연성증가를 확인할 수 있었다.

혹독한 자연환경하에서의 구조물의 내구성이 주요한 관심사도 대두되면서 건설분야에서 섬유강화폴리머의 사용이 점차 증가하고 있는 추세이다. 본 연구에서는 FRP bar를 휨부재의 휨보강근으로서의 적용가능성을 평가하기 위하여 휨실험을 수행하였다. 탄소섬유, 유리섬유 및 탄소와 유리섬유를 혼합한 hybrid 섬유 보강근을 사용하여 보강량을 변화시킨 12개의 실험체를 제작하여 실험을 수행하였으며, 그결과는 파괴형태, 모멘트-변위, 휨강도, 연성지수 및 단면에서의 변형율분포 등에 대하여 분석하였다. 실험결과는 ACI 기준에 제시된 모델과 비교하였으며, 전체적으로 보의 휨강도는 강도설계이론에 의한 결과와 거의 유사한 것으로 나타났다. 그러나 처짐의 경우에는 유리섬유의 경우는 이론이 과대평가 되었으며, 탄소섬유는 과소평가되는 것으로 나타났다.

국내에서 공동주택이 대량으로 공급되었던 1980～1990년대에는 콘크리트의 설계기준강도가 약 18MPa로 낮았으며 또한 대부분의 기둥은 수직하중만을 고려하여 설계되었다. 본 연구에서는 수명이 오래된 콘크리트 기둥의 성능을 향상시키기 위하여 시공이 간편하고 내식성이 우수하며 인장성능이 매우 뛰어난 탄소섬유시트로 보강된 RC 기둥의 압축강도 성능평가 실험을 수행하였다. 기둥을 구속하는 탄소섬유시트의 wrapping 각도는 수직하중과 수평하중에 저항할 수 있도록 기둥의 재축방향에 대하여 ±60°각도로 보강하였다. 실험을 수행한 후 압축강도 및 변형률의 증가양상과 시험체의 파괴양상을 분석하였으며 실험결과의 회귀분석을 수행하여 향상된 압축강도를 예측할 수 있는 회귀식을 작성하였다.

최근 지진, 노후화 등에 따라 손상된 많은 콘크리트 구조물을 보강하기 위하여 고강도이면서 가볍고 내구성이 뛰어난 특성을 가지고 있는 FRP(Fiber-reinforced polymer) 시트가 구미에서 뿐만 아니라 우리나라에서도 널리 사용되고 있으며 관련연구도 활발히 체계적으로 이루어지고 있다. 일반적으로 FRP 시트로 보강된 RC구조물은 지진, 교통, 온도 등에 의해 자주 반복하중을 받는다. 그러나 대부분의 연구가 일축 하중하에 이루어진 경우가 대부분이며 이러한 연구결과를 토대로 FRP의 부착특성을 확인하고 있으며 다양한 부착모델을 제안하고 있다. 이러한 관점에서 본 연구에서는 아라미드섬유, 탄소섬유, 폴리아세탈 섬유와 매수를 변수로 하여 총 18개의 시험체를 제작하고 최대부착강도, 최대변위, 변형률을 측정하고 그 결과에 근거하여 부착응력, 슬립을 계산하여 반복하중하의 FRP 시트와 콘크리트의 부착특성을 미시적으로 살펴보았다.

FRP와 콘크리트의 접착강도를 평가하기 위해 현장에서 일반적으로 사용되는 Pull-off 실험방법은 FRP 복합체의 손상을 초래하며 더욱이 FRP의 최대 pull-off 강도가 콘크리트의 인장강도에 의해 제한 되는 단점을 지니고 있다. 이에 따라 구조보강용 접착제의 역학적 특성을 1차적으로 평가할 수 있는 간접적인 실험방법의 개발이 요구된다. 본 연구에서는 여러나라에서 각기 제안되고 있는 실험규격에 대한 비교실험을 통하여 구조보강용 접착제의 역학적 특성을 개략적으로 예측할 수 있는 표준화된 실험방법 및 평가기준을 제안하고자 하였다. 본 연구결과를 바탕으로 인장전단접착강도 시험의 접착제 두께, 압축/휨강도 시험체의 제원 등이 통일되어 표준시험체 제원을 도출할 수 있었다.

본 논문은 분사식 FRP의 압축 구속효과와 휨 보강 효과 및 분사식 FRP의 반발률에 대한 실험적 연구이다. 분사식 FRP란 레진과 짧게 잘려진 섬유를 고압의 공기에 의해 적용면에 분사하여 보강하는 기법이다. 분사식 FRP의 구속 및 휨 보강 효과를 알아보기 위하여 원주형 공시체와 휨 공시체를 제작하여 FRP를 분사하여 보강하였고, 보강 재료로 유리섬유와 폴리에스테르 수지를 사용하였다. 최적의 보강 조건을 알기 위해 섬유 길이, 보강 두께, 섬유 혼입비, 콘크리트 강도에 따른 실험을 실시하였고, 분사식 FRP 보강법을 섬유 매트에 의한 보강법과 비교하였다. 또한, 분사식 FRP의 반발률 역시 평가하였다. 실험을 통하여 분사식 FRP의 최적 조건을 결정하였다. 본 연구의 분사식 FRP 보강은 유리 섬유 매트에 의한 보강법 이상의 성능을 발휘하였다.