고성능섬유복합시멘트 복합체 및 FRP 외피보강 실험체의 방폭성능을 평가하기 위해 1900×1900× 105mm 크기의 이방향 슬래브를 대상으로 옥외 폭발실험을 수행하였다. 설계압축강도, 섬유혼입률, 섬 유종류를 변수로 고려하여 이방향 슬래브 실험체를 제작하였다. 폭발의 종류는 폭압측정과, 구조부재 의 구조적 방폭성능의 평가를 위해 원거리 폭발(Far Field Blast)로 선정되었다. 이에 TNT 장약량 100kg, 이격거리 5m의 폭발 실험 조건이 고려되었다. 또한 구조부재의 방폭성능 평가를 위해 가속도 계, 스트레인게이지, 동적변위계, 압력계가 실험체에 부착되었으며 초고속카메라를 활용해 폭발로 인한 실험체의 거동을 촬영하였다. 실험의 결과로 보통콘크리트 변수의 경우 가해진 폭압에 의해 실험체 중 앙부의 천공과 같은 극심한 손상이 발생하였다. 강섬유 보강 HPFRCC 실험체의 경우 실험체 하단부 의 국부적인 손상이 발생하였다. 강섬유의 가교효과로 인해 배면 박리는 발생하지 않았으며 약 80mm 의 영구 변형이 발생하였다. 또한 폭발하중으로 인해 높은 가속도가 측정되었으며 이러한 측정결과는 해당 실험체가 재료파괴로 인한 에너지 소산이 아닌 폭발하중에 직접적으로 저항한 것으로 판단된다. 유기섬유(Aramid) 보강 HPFRCC의 경우 폭발하중으로 인해 심각한 파괴양상이 나타났다. 이러한 파 괴양상은 취성적 특성을 가진 유기섬유가 폭발하중에 의해 파괴되어 충분한 인성을 나타내지 못한 것 으로 판단된다. 마지막으로 FRP 외피 보강 HPFRCC의 실험 결과로 중간 정도의 파괴가 발생하였으 나 배면 박리는 나타나지 않았다. 폭발 하중으로 인한 영구변형은 약 40mm 발생하였다. 강섬유 보강 HPFRCC의 결과와 달리 더 낮은 수준의 가속도가 측정되어 FRP 외피 보강 HPFRCC 실험체는 폭발 에너지를 소산시킨 것으로 판단된다. 결론적으로 인명피해와 직접적인 연관이 있는 배면 박리의 발생 유무와 에너지 소산 및 저항, 잔류처짐의 측면에서 HPFRCC가 우수한 방폭 성능을 나타냈음을 실험 적으로 확인하였다.

This study presents the effectiveness of a composite structure at improving blast resistance. The proposed composite structure consists of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) and steel layers. While CFRP layer is used for blast energy reflection due to its high strength, steel layer is used for blast energy absorption due to its high ductility. A dynamic model is used to simulate the elastoplastic behavior of the proposed composite structure subject to blast load. Considering the magnitude variations of a blast event, the probability of failure of each layer is evaluated using reliability analysis. By assigning design probability of failure of each layer in the composite structure, the thickness of layers is optimized. A case study for the design of CFRP-steel composite structure subjected to an uncertain blast event is also presented.

본 연구에서는 다양한 RC 슬래브의 접촉 발파 실험을 수행하여 내폭 성능을 평가하였다. RC 슬래브의 내폭 성능 향상을 위해 섬유 보강과 외부 CFRP 시트 보강을 도입하였다. 폭발하중 실험은 2,000×1,000×100mm RC 슬래브를 제작하였고, 일반 콘크리트와 강섬유 보강 콘크리트, 하이브리드 PVA 섬유 보강 시멘트 복합체, 초고성능 콘크리트를 적용하였다. 접촉 발파로 생긴 RC 슬래브의 손상 정도를 크레틀, 스폴과 브리치의 직경과 깊이로 평가하였다. 실험 결과를 LS-DYNA 유한요소해석 프로그램과 Morishita 등의 예측식으로 검증하고 비교분석하였다. 분석 결과, LS-DYNA 프로그램을 이용하여 크레틀, 스폴, 브리치의 직경 및 깊이에 대한 개략적인 예측이 가능하며, 폭발하중 하에서 손상부의 거시적 거동을 모사함으로써 부재의 파괴 이력을 나타낼 수 있었다. 국부 손상에 대한 세가지 예측식이 소개되어 있으나 경험식으로써의 한계가 존재하며, 이에 대한 추가 연구가 필요하다고 판단된다.