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.

링 형태의 강섬유 (Ring-type steel fibers: 이하 RSF)는 원형의 폐곡선 형태를 갖는 강섬유로서 선형강섬유와는 다른 저항 메카니즘을 가지며 폐곡선으로 둘러싸인 평면에 대하여 동일한 방향성을 가지는 특성을 갖는다. 이 연구에서는 섬유의 단위투입량 15kg/㎥과 30kg/㎥의 RSF 및 선형 강섬유를 혼입한 콘크리트 패널의 휨인성을 실험, 비교하였다. 파단면에서의 RSF의 저항 형태를 규명하였으며 RSF를 혼입한 패널이 선형 강섬유를 혼입한 패널에 비하여 우수한 인성값을 나타냄이 관찰되었다. RSF에 대한 방향성을 제시하였으며 RSF를 혼입한 실험체의 경우, 보 실험체에 비하여 두께가 상대적으로 얇은 패널 실험체에서 RSF가 더 효율적으로 인성 증가에 기여함이 관찰되었다.

본 연구에서는 UHPCC를 사용한 철근 콘크리트 보의 휨강도를 평가하였고, 낮은 철근비로 보강된 RC보를 포함한 휨 실험을 통해 기존의 섬유보강 콘크리트 보의 휨강도 예측식과의 일치 여부를 파악하였다. 또한 섬유보강 콘크리트에서 섬유 보강을 통한 보강철근의 대체효과를 정량적으로 평가하였다. 그 결과 ACI 544 위원회에서 제시하는 섬유보강 콘크리트를 사용한 철근보강 보의 휨강도 예측식은 압축강도 150MPa 이상의 UHPCC에 대해서는 잘 일치하지 않으며, 특히 철근비 1.5% 이하의 저보강 철근보에 대해서는 상당히 과소평가하는 것으로 나타났다. 섬유보강 콘크리트를 사용함으로써 얻을 수 있는 보의 휨내력 증가 효과는 저보강 철근보에서 상당히 큰 것으로 나타났으며, 실험결과를 바탕으로 강섬유의 특성과 철근비를 고려한 철근대체 효과 평가식을 제안하였다.

본 연구의 목적은 CFRP판을 다양한 방법으로 보강한 RC보의 휨거동을 실험적으로 비교․분석하고, 프리스트레싱을 도입하여 보강된 콘크리트 구조물의 성능개선 효과와 구조거동을 예측할 수 있는 해석모델을 개발하는 것이다. 이를 위하여 프리스트레싱이 도입된 CFRP판의 부착 및 휨거동 특성을 분석하고, CFRP 및 Epoxy 수지의 거동특성을 규명하였다. 또한 CFRP판의 보강방법과 프리스트레싱 수준 등을 실험변수로 설정하여 콘크리트 보의 휨실험을 수행하고, 개발된 해석모델의 결과와 비교․검증하였다. 연구결과 본 해석기법은 충분한 신뢰도를 가지고 있으므로 CFRP를 사용한 보강설계에 효과적으로 적용이 가능하다고 판단된다.

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.

본 연구는 비부식성 및 고성능의 보강재로 많은 연구가 진행 중인 Fiber Reinforced Polymer(FRP)를 이용하여 표면매립 보강공법(Near Surface Mounted)을 통한 휨 구조거동을 분석, 보강형태에 따른 휨 성능을 규명하고자 한다. 이를 위해 본 연구에서는 역사다리꼴 탄소막대를 이용하여 NSM 보강 보 구조물의 휨성능을 분석하였으며 Type A(15×13×6mm)와 Type B(4×3×10mm)의 2가지 보강재 형태로 각각 보강비를 달리 하여 실험을 수행하였다. 실험결과, 무보강 실험체인 Control 실험체보다 20～100%의 보강성능 향상을 나타내었으며, 이를 바탕으로 휨모멘트 성능해석 및 균열, 연성지수 평가를 통해 본 NSM 보강공법의 보강효율을 분석하였다.

본 연구에서는 철근과 같은 기계적 맞물림 현상을 활용하기 위하여 이형리브가 형성되어 있는 GFRP 보강근을 제작하여 철근대체 재료로 사용하기 위해 FRP 보강근의 부착성능을 규명하고자 한다. 하지만 지금까지 많은 기존 연구자들이 부착성능에 대한 실험으로 단순 1방향(수직, 수평)인장실험으로 철근과 콘크리트 또는 FRP 보강근과 콘크리트사이의 부착특성을 고찰하여 두 재료 사이의 부착-슬립에 관한 제안식을 도출해왔다. 국내에서는 아직까지 GFRP 보강근의 부착에 대한 관심이 증대대고 있는 실정이지만 피로부착에 관한연구는 미흡한 편이이어서 GFRP 보강근의 피로 연구가 필요로 하다. 본 연구에서는 BRITISH STANDARD에서 규정하고 있는 방법에 의하여 휨 부착 시험체를 제작하여 정적 휨 부착실험 최대파괴하중의 70% ～ 90%의 하중으로 반복하중재하 후 정적실험을 통하여 GFRP로 보강된 콘크리트 피로부착 성능을 검증하였다

본 논문은 장기 지속하중을 경험한 순환골재 콘크리트 보의 휨 거동특성 평가를 위하여 수행된 실험결과를 다룬 내용으로 이를 위하여 천연골재를 사용한 시험체, 순환굵은골재로 100% 대체된 시험체와 순환잔골재로 50% 대체된 시험체 등 총 3개의 보가 계획 및 제작되었다. 1년간 재하된 지속하중을 경험한 이후 파괴시까지 다시 재하된 철근콘크리트 보의 단기 휨거동에서 초기 강성 및 최대내력은 골재의 종류에 관계없이 유사하게 나타났으나 최대내력시의 강성이 순환골재를 사용한 경우 천연골재에 비해 28 및 23% 작게 나타났고 인장철근 및 압축측 콘크리트의 변형률도 순환골재를 사용한 시험체가 천연골재를 사용한 시험체보다 다소 크게 나타났다. 그러나 순환골재를 사용한 철근콘크리트 보에 대한 실험값을 ACI규준 의한 계산값과 비교한 결과 크게 나타났으며 전반적으로 천연골재를 사용한 철근콘크리트 보와 대등한 휨 성능을 보였다.

본 연구의 목적은 CFRP판을 다양한 방법으로 보강한 RC보의 휨거동을 실험적으로 비교․분석하고, 프리스트레싱 보강공법의 실용화를 목적으로 프리스트레싱 보강 RC부재의 휨성능 평가식을 제안하는 것이다. 실험변수로는 CFRP판의 보강방법, 콘크리트 압축강도, 인장철근비 그리고 프리스트레싱 수준 등을 고려하였다. 실험결과 프리스트레싱이 도입되지 않은 실험체는 조기 부착파괴로 인해 탄소판이 콘크리트로부터 탈락하면서 파괴된 반면, 프리스트레싱을 가한 대부분의 실험체는 CFRP판의 파단으로 파괴되었다. 프리스트레싱 보강된 부재의 휨강도를 예측할 수 있는 식을 제안하였으며, 실험결과와의 비교를 통하여 제안식은 휨강도 예측에 있어 충분한 정확도를 확보하고 있음을 확인하였다.

본 논문에서는 철근콘크리트 보에 탄소섬유시트를 부착했을 때와 부착 후 전단철근에 정착했을 때 발생하는 휨 보강 효과에 대한 연구결과를 제시한다. 이를 위해 총 6 개의 150mm×250mm×2,000 mm 크기의 철근콘크리트 보 실험체를 제작하였다. 탄소섬유시트의 부착과 정착 위치에 따라 보의 휨강도 보강효과를 연구하였고 이로부터 전단철근에 탄소섬유시트를 정착했을 때 보의 휨강도가 현저하게 증가한다는 것을 알 수 있었다. 또한 여러 가지 정착위치 중에서 다정착 시트가 가장 효과적인 보강효과를 나타내었고 무보강 보 실험체에 비해 53%의 휨강도 증진효과를 나타내었다.

FRP 시스템으로 보강된 철근콘크리트 단면 대부분이 철근콘크리트로 구성되어 있어 휨해석 및 휨설계를 직사각응력블록을 이용한 강도설계법에 의존하는 경향이 있다. 그러나, 보강단면의 인장철근 및 FRP시스템에 의한 인장력이 부족한 단면의 FRP 시스템의 변형률이 인장파단변형률을 초과하면 강도설계법을 적용할 수 없는 해석상 모순에 빠져든다. 인장철근과 탄소섬유시트에 의한 인장력이 낮은 탄소섬유시트 보강보 실험에서 콘크리트 최대압축변형률이 0.003보다 낮은 것으로 측정되었을 뿐 아니라 최대휨모멘트는 강도설계법으로 산정된 공칭휨모멘트보다 작은 것으로 측정되어, FRP 시스템 보강단면의 공칭휨모멘트 산정에 강도설계법의 적용한계가 있는 것으로 나타났다.

휨철근 대체재로 FRP Bar를 사용한 콘크리트 보에 대하여 휨보강근비의 변화에 따른 콘크리트의 전단강도를 일련의 콘크리트 보 실험을 통하여 조사하였다. 실험 결과, 콘크리트의 전단강도는 RC보의 경우보다는 낮은 값으로 나타났지만, 휨보강근비가 증가함에 따라 전단강도도 증가하는 것으로 분석되었다. 문헌에 제안된 식과 실험결과의 회귀분석을 이용하여 FRP Bar의 종류 및 휨보강근비를 고려한 전단강도보정계수를 제안하였다.