본 연구는 바이오차를 혼입한 콘크리트를 구조용 재료로 활용할 가능성을 검토하기 위해, 보강근의 종류에 따른 부착 성능 차이를 실험적으로 분석하였다. 이를 위해 직접 인발 실험을 수행하였으며, 실험 변수로는 콘크리트의 종류(일반/바이오차), 보강근의 종류(철근/GFRP), 보강근 직경(D13/D16)을 설정하였다. 실험 결과, 일반 철근을 적용한 실험체에서는 바이오차 혼입이 부착강도 저 하를 유발하였으며, 특히 D13 보강근에서 약 30%의 감소가 확인되었다. 반면, GFRP 보강근을 적용한 실험체에서는 바이오차 콘크리 트를 적용한 경우 부착성능이 소폭 향상되는 경향을 보였다. 또한 보강근의 직경이 증가할수록 최대 인발하중 및 평균 부착강도가 증가하는 양상이 일관되게 관찰되었다. 이러한 결과는 GFRP 보강근과 바이오차 콘크리트의 조합이 기계적 결합력 증대를 통해 긍정적인 구조 성능을 발휘할 수 있음을 시사하며, 향후 지속가능한 콘크리트 구조물의 보강설계에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

전 세계 이산화탄소 배출량이 지속적으로 증가하면서, 환경 개선 및 탄소 격리를 위한 다양한 연구들이 진행되고 있 다. 건설 산업에서도 탄소를 줄이기 위한 연구로 바이오차를 건설 자재에 사용하여, 탄소 격리를 위한 방법으로 진행되고 있다. 바이오차는 바이오매스를 열분해하여 생성한 숯으로, 높은 탄소 함량과 다공성 구조가 특징이며, 탄소 격리를 위한 물질로 떠오 르고 있다. 본 연구에서는 시멘트 사용량을 줄이고 바이오차를 혼입한 콘크리트를 건설 자재로써 가능성을 확인하고자 하였다. 이를 위해 시멘트의 일부를 바이오차로 치환하여 혼입한 콘크리트의 역학적 특성(슬럼프, 공기량, 압축강도)과 질량 기반 특성 (흡수율, 밀도, 공극률)을 평가하였다. 바이오차의 시멘트 치환율은 0%, 5%, 10%로 설정하였다. 바이오차의 수분 흡수 및 보유 력에 따라 바이오차의 시멘트 치환율이 증가할수록 슬럼프는 감소하였다. 바이오차의 다공성 구조를 SEM 실험으로 확인하였으 며, 이에 따라 콘크리트에서의 공극 형성으로 바이오차의 시멘트 치환율이 증가할수록 공기량과 흡수율이 증가하였다. 바이오차 의 시멘트 치환율 5%에서 압축강도와 비강도가 가장 높은 값으로 나타났으며, 탄소 격리를 위한 방법으로 건설 자재 활용의 가능성을 확인하였다.

철근은 콘크리트와 결합하여 인장 능력을 보완하고 표면 피막으로 부식을 방지하지만, 탄산화 및 염화물 침투로 인해 부식이 발생하면 내력이 저하된다. 이를 해결하기 위해 내부식성이 뛰어난 GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer) 보강근이 철근 대채제로 주 목받고 있다. 본 연구는 직경에 따른 GFRP 보강근의 부착특성을 철근과 실험적으로 비교 분석하였다. 콘크리트는 약 39MPa의 고강도 에 가까운 콘크리트를 사용하였으며, 보강근의 직경은 D10과 D13을 사용하였다. 실험 결과, GFRP 보강근의 평균 부착 응력은 17.21MPa로 철근의 18.14MPa와 유사하게 나타났다. GFRP 보강근의 슬립 양은 3.05mm로 철근의 1.53mm 보다 크게 나타났다. 또한 GFRP의 경우 인발 과정에서 표면에 국부손상이 발생하는 것을 확인하였다.

본 연구에서는 GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)를 주 보강근으로 사용하였으며, 정착길이가 없는 시험체를 제작 하여 4점 재하 휨시험을 수행하였다. 각 변수는 공칭지름이며 공칭지름 D13, D16, D19, 총 3가지의 변수로 이루어져있다. 휨 모 멘트는 공칭지름이 커질수록 약24.17%, 45.92% 강도가 증가하였으나 공칭 휨 강도를 고려하였을 때, 인장 강도와는 달리 공칭 지름에 비례하여 유사한 성능을 나타냄을 알 수 있었다. LVDT로 보강근과 콘크리트와의 부착성능을 확인하였고, 그 값은 매우 미미하며 거의 발생 되지 않은 것으로 판단된다. 또한 DIC로 시험체의 처짐을 확인하였으며, 실세 처짐 값과 유사함을 알 수 있었다.

본 연구에서는 콘크리트의 내구성 및 낮은 인장강도를 향상시키기 위해 개발된 폴리비닐알콜(PVA) 혼입 시멘트 복합 체의 내약품성을 평가하였다. 시멘트 복합체에 대한 PVA 혼입률은 0%, 1.0%, 1.2%로 설계되었다. 각 혼입률에 따른 시멘트 복 합체의 압축강도, 인장강도, 휨강도를 측정하였다. 결과적으로 1.2% 혼입률에서 압축강도는 1.3배, 인장강도는 5.6배, 휨강도는 17.9배 증가하였다. 내약품성 실험을 위해 염화칼슘, 황산나트륨, 그리고 황산 용액에 시멘트 복합체를 침지시킨 후 30일, 40일, 50일 후 질량 소실률을 측정하여 내화학성을 평가하였다. 내화학성 실험 결과, PVA 혼입은 약품의 침투를 방지하여 시멘트 복 합체의 내화학성을 향상시키는 것으로 나타났다. 총체적으로, PVA 혼입은 시멘트 복합체의 내화학성을 향상시키는 동시에 강도 특성을 제공하는 것으로 확인되었다.

철근콘크리트 구조물의 동결융해, 염해, 부식 등의 열화 현상으로 인해 구조물의 노후화가 발생되고 있다. 노후화로 인해 성능이 저하된 구조물의 성능 복원을 위해 FRP를 활용한 보수보강이 수행되고 있다. 본 논문에서는 동결융해 작용을 받은 철근콘크리트 보에 카본판재와 카본섬유로 휨 보강하여 동결융해 및 보강에 따른 철근콘크리트 보의 휨 성능을 비교 분석한 실 험적 연구 결과를 제시하였다. 이를 위해 철근콘크리트 보를 제작하여 300회의 동결융해를 수행한 후 카본판재와 카본섬유로 휨보강을 하여 성능 실험을 수행하였다. 실험 결과, 동결융해로 철근콘크리트보의 항복강도는 11% 감소하였으며, 동결융해를 입 지 않은 철근콘크리트보의 항복강도 보강성능은 20%, 동결융해를 입은 후 보강된 철근콘크리트 보의 보강성능은 19%으로 나타 났다. 에너지소산능력을 분석한 결과 본 연구에서 수행한 CFRP 보강이 동결융해로 열화된 철근콘크리트 보의 휨 보강에 유리 한 것으로 나타났다.

본 연구에서는 기존 비내진설계 콘크리트 기둥의 내진성능 개선을 위해 기둥 면적의 80% 영역을 12K 능직 카본 섬 유(CFRP sheet)와 카본용 에폭시 수지를 사용하여 보강한 후 보강량에 따른 내진성능을 실험적으로 평가하였다. 실험을 위해 실 험실 단위에서의 준실대형 기둥을 제작하였으며, 유압 풀링잭을 이용하여 약 10%만큼의 일정한 축력을 가력한 다음 변위제어를 통해 최대 10%의 변위비만큼 각 변위 사이클당 2회씩 반복 재하하여 가력을 수행하였다. 실험 결과 2겹의 12K CFRP sheet 보 강의 경우 누적에너지소산이 6.6배 증가하였으며, 4겹의 경우 9.6배 증가하였다.

국내 철근콘크리트 구조물은 겨울철 영하의 날씨로 매년 동결융해가 반복된다. 동결융해의 영향으로 철근콘크리트 구조물에 여러 가지 문제가 발생한다. 동결융해에 의해 손상이 된 철근콘크리트 구조물을 보강하기 위하여 다양한 보강공법 중 CFRRP(탄소섬유강화플라스틱)보강공법을 사용하였다. CFRP는 고강도, 고탄성 경량 소재로 시공성이 우수하며 인장강도, 탄성계 수가 뛰어나다. 본 연구에서는 동결융해 환경에 노출된 철근콘크리트 보(FTB), CFRP 플레이트로 보강한 철근콘크리트 보(FPB), CFRP 플레이트로 보강한 후 동결융해 환경에 노출된 철근콘크리트 보(FFP)의 휨 성능 실험을 하였다. 실험결과 FTB는 최대강 도 도달 이후 강도가 급격하게 감소하였다. FPB는 최대강도 도달하기 전에 강도와 강성이 증가하지만 CFRP 플레이트의 조기 파괴 후에는 효과가 없음을 보여준다. 또한 FFP는 FPB보다 최대강도가 낮았다. 이는 동결융해에 의한 콘크리트 표면과 CFRP 플레이트 사이의 계면전단응력의 감소로 판단된다.

철근콘크리트 구조물은 반영구적인 구조물로 여겨지고 있으나 해상 구조물 및 해상에 인접한 구조물은 부식에 대한 위험에 노출이 되어 있다. 내륙 구조물의 경우에도 제설제 사용으로 인한 콘크리트의 중성화, 콘크리트 균열 등의 다양한 부식 요인이 발생한다. 또한 건설공사 시 철근은 외부환경에 장시간 노출된 상태로 보관이 되어 부식되기 쉽다. 따라서 본 연구에서 는 철근콘크리트 보의 인장 주철근을 3%와 10%의 부식률로 부식을 시켜 휨 실험을 통해 부식률에 따른 철근콘크리트 보의 휨 거동을 나타내었다. 철근콘크리트 보와 콘크리트 공시체를 동시에 제작하여 재료실험을 수행하였으며, 전위차 부식촉진법을 활용하여 철근콘크리트 보의 부식을 촉진시켰다. 실험결과 부식으로 인해 철근콘크리트 보의 초기 강성이 증가하였으며, 10%의 부식률에서는 철근콘크리트 보의 전단파괴의 발생 및 누적에너지소산능력이 취약하게 나타났다.

최근 친환경 건축이 대두되고 있는 가운데, 목조건축물의 내진성능과 더불어 친환경 건축의 대표적 시스템으로 많은 연구가 진행되며 다시 각광을 받고 있다. 따라서 목재 구조물의 수요와 성능 개선에 관한 연구는 활발히 증가되고 있지만 목재와 같은 비균질 재료에 대한 보강법에 대한 연구는 아직 초기 수준이다. 본 연구에서는 원형단면의 목재기둥을 CFRP 시트로 보강하여 압축 및 휨 강도실험을 수행하였다. 실험 결과를 분석하여 동일한 면적에 CFRP 시트의 보강겹수와 겹침이음길이에 따른 보강효과를 나타내었다. 실험 결과 보강 시 압축 응력과 휨 응력이 증가하였다. 보강겹수와 보강재의 겹침 이음 길이의 증가에 따른 휨 응력 또한 모두 증가하는 경향을 나타내었으나, 압축응력은 목재의 비균질한 성질로 인한 횡방향 팽창이 불특정 하게 나타나 특정 경향 없이 나타나는 것을 확인하였다.

본 연구에서는 폴리머 시멘트 모르타르의 인장성능을 개선하기 위하여 PVA 섬유를 적용하고자 하였다. PVA 섬유 혼입량에 따른 재료특성을 검토하여, 섬유보강 폴리머 시멘트 모르타르의 제조 가이드라인을 제공하고자 하였다. 폴리머 시멘트 모르타르의 제조를 위하여 친수성의 합성수지(SR)를 사용하였다. 실험에 사용된 변수로 (W+SR)/C비를 고정하여, 사용물에 대한 합성수지의 치환율을 일정하게 증가시켜 사용하였다. PVA 섬유의 혼입량은 각각의 실험체에 0%,1%,2%를 혼입하여 실험을 수행하였다. 재료특성 실험으로는 압축강도시험, 쪼갬 인장강도시험, 휨 강도 시험을 수행하였다. 폴리머 시멘트 모르타르에 PVA 섬유를 혼입하면 쪼갬 인장강도 및 휨 강도가 증가하는 것을 확인 하였다. 따라서, 본 연구결과는 합성수지 혼입 폴리머 시멘트 모르타르의 인장성능 개선을 위한 PVA섬유 혼입시 제조 가이드라인으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

한본 연구에서는, 철근콘크리트 보 구조물의 동결융해에 따른 장기거동특성 및 최종 파괴형태를 비교 분석하고자 하였다. 철근콘크리트 보 시험체와 재료 시험체를 제작하여, 동결융해 챔버를 이용하여 동결과 융해를 반복적으로 수행하였다. 동결융해를 위하여 기존의 시험법을 참고하여 철근콘크리트 구조물에 대한 시험을 수행 하였다. 동결융해에 따른 콘크리트의 재 료특성 변화와 철근콘크리트 보 구조물의 거동특성 변화를 통하여 동결융해에 대한 영향을 평가하였다. 제안된 동결융해 시험법을 통하여 콘크리트 공시체의 압축강도가 약 19%감소하였다. 철근콘크리트 보 시험체의 경우, 콘크리트의 표면 강도가 동결 융해에 의하여 감소되어 사인장 균열이 발생하여, 재료적 강도 감소에 의한 구조물의 성능이 감소함을 확인하였다. 또한, 사인장 균열이 발생한 동결융해 시험체의 에너지 소산능력이 동결융해를 거치지 않은 시험체와 비교하여 적게 발생하였다.

과거 지진가속도계측기는 “지진·화산재해대책법” 제6조, 제7조에 따라 2010년 고시된 “지진가속도계측기 설치 및 운영기준”에 의거 시설물 관리주체가 설치 및 운영 되었다. 하지만 시설물 관리주체에서는 구조물별 가속도 관측을 수행하고 있으나 지진 발생 시, 이를 활용하지 않거나 최대 가속도 데이터만 저장, 이용하고 있는 실정으로 데이터의 활용도를 제고할 수 있는 방안 마련의 필요성이 제기되었다. 따라서 “지진가속도 응답신호를 활용한 공공시설 안전관리 기술개발” 연구를 통해서 지진가속도 응답신호 종합분석 시스템이 개발되었다. 하지만 안전성평가를 위한 연구는 “지진가속도계측기 설치 및 운영기준” 제9조에서 정의하는 9개항의 시설물 중 건축물에 해당하는 시설물에 제한적으로 적용되었기에 추가적인 연구가 필요한 실정이다.

본 연구에서는 축력을 받고 있는 철근콘크리트 보에 대한 4점 굽힘 시험을 실시하였다. 조작변인으로 변위제어를 통한 단조하중과 반복하중이 있다. 통제변인으로는 축력 강도와 4점 굽힘 시험 등 조작변인 이외의 모든 변수를 동일하게 실시하였다. 조작변인에 따른 변위-하중 그래프를 관찰하였다. 관찰결과 변-하중 그래프의 초기 기울기와 최대하중의 변위는 거의 일치하였다. 하중 변화 양상도 동일하였다. 다만 최대하중의 크기가 다르게 나타났다. 파괴 형상 또한 다르게 나타났다.

국내 철근콘크리트 구조물의 경우 제작 시기를 고려했을 때 노후화가 상당히 진행된 경우가 많다. 이에 대한 안전검토 및 내진성능평가를 위해서는 노후화된 재료의 특성을 고려하여 평가하여야 한다. 그 중 동결융해에 관한 실제 거동에서 유사한 거동을 분석하기 위하여 실제 구조물의 형태에 가깝게 제작하여 평가를 진행 할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 300×450×2240mm의 보를 제작하였다. 동결융해된 보는 KS F 2456 및 ASTM C 666에서 제시하고 있는 동결융해 시험법을 따라 - 18℃~4℃를 1Cycle로 선정하여 300Cycle의 동결융해를 진행하였다. 두 시편 모두 4점 휨 실험(4Point Bending Test)으로 실험하였다.

이 연구에서는 반복하중을 받는 ㄷ자형 강재 댐퍼의 거동을 평가 한다. 연구에 사용된 강재 항복형 댐퍼는 에너지소산부와 긴결부로 구성된다. 에너지소산부의 단면 크기는 15×20mm이며 폭은 120mm, 높이는 90mm이다. 제조가 간편한 ㄷ자 형태를 가지는 강재 댐퍼는 지진하중을 모사할 수 있는 실험기기에 장착되어 반복하중을 받도록 하였다. 목표변위까지 총 5회의 반복하중 실험을 수행한 결과, 강재의 항복 이후 에너지소산능력이 뛰어난 연성적인 거동을 보였을 뿐만 아니라 반복하중을 수행하는 동안 강도의 저하를 보이지 않음을 확인할 수 있었다.