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.

Carbon fiber reinforced polymeric plastic (CFRP) can be used for the deteriorated reinforced concrete members. CFRP reinforcement method, which is one of the reinforcement methods, can improve the strength and durability of reinforced concrete member. CFRP reinforcement method has been proved that it has sufficient effect on the flexural strengthening of reinforced concrete flexural member through numerous previous researches. In this paper, we present the analytical result of investigation pertaining to the CFRP reinforcing effect on the singly reinforced and doubly reinforced rectangular flexural members and T-shape singly reinforced flexural member. The analytical study is performed according to the code by ACI Committee 440 and previous research results.

본 연구는 반복 횡하중 하에서 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer) Sheet로 보강된 철근콘크리트 프레임면내 조적벽체의 전단내력을 평가하여 국내 조적벽체 학교 건축물에 적합한 CFRP Sheet 보강 방안을 제안하는 것에 그 목적이 있다. 조적 허리벽이 있는 1층, 1경간, 1/2 스케일의 시험체를 4개 제작하여 CFRP Sheet의 보강량을 변수로 실험을 수행하였으며 이를 통하여 보강량에 따른 강도와 강성의 변화를 분석하였다. 실험 결과 CFRP Sheet는 시험체의 내력과 강성을 향상시켰으며 특히 기둥과 조적벽을 모두 보강하는 방법을 통한 보강방법에 있어 그 적용성을 확인할 수 있었다.

최근 FRP Plate를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강 방법으로 많은 연구가 수행되어 왔다. 이러한 FRP Plate로 보강된 구조물의 경우 보강재 단부의 조기탈락에 대한 문제점이 많은 연구를 통하여 지적되었다. 본 논문은 이러한 보강재 단부의 조기탈락에 대한 대안으로 CFRP Plate 외부부착공법에 있어서 단부를 보강철물을 이용하여 2차적으로 보강하는 방법 및 CFRP-Rod 표면매립공법으로 횝 보강된 철근콘크리트 보의 구조적 거동 및 휨 보강 성능을 파악하는데 그 목적이 있다. 또한 보강 방법에 따른 효과적인 휨 보강 성능을 파악하기 위하여 CFRP Plate 외부부착공법과 CFRP-Rod 표면매립공법을 실험을 통하여 이를 비교 고찰하여 휨 보강 성능효과를 알아본다.

보강방법으로 많이 사용되고 있는 CFRP Plate 접착 공법은 보강된 부재의 내력 증가에 아주 효과적이나 에폭시를 이용하여 표면 부착하는 특성상 충분한 성능을 발휘하지 못하고 보강 판의 탈락으로 파괴에 이르는 조기파괴(premature failure)의 파괴 특성을 보인다. 이러한 보강 실험체의 파괴 특성은 철근비, 콘크리트 강도, 보강재 종류, 보강길이, 접착제인 에폭시의 물성 등의 변수들에 의해 영향을 받는다. 본 연구에서는 CFRP Plate로 휨 보강된 RC 보의 구조적 거동 및 보강재 조기 탈락에 대한 보완으로 보강 CFRP-Rod를 이용한 표면매립공법의 휨 성능효과를 보기 위하여 수행된 실험결과를 비교 고찰한다. CFRP Plate 외부부착 공법을 적용한 RC 보강보의 주요 변수로는 보강재 길이, 보강위치(보의 인장면 및 측면), 단부 보강철물 유무 등의 실험변수로, CFRP-Rod는 보강재 길이를 변수로 하여 실험을 수행하였다.

기존 구조물의 노후화로 인하여 보수 및 보강에 관한 연구는 활발히 이루어지고 있다. 탄소섬유를 사용한 외부 부착공법은 경제적이고 짧은 시간에 보강 작업이 이루어질 수 있기 때문에 널리 사용되고 있다. 일반적으로 탄소섬유를 사용한 전단 보강에는 일 방향 레이아웃이 많이 사용되고 있으며, 재료의 양, 섬유의 각도 그리고 간격 등에 관한 실험 연구가 많이 진행되었다. 하지만 예비 실험 결과를 통하여 이 방향 전단보강 레이아웃은 일 방향 전단보강보다 좀 더 효율적으로 부재를 구속하는 것을 확인하였다. 따라서, 유사한 재료의 양을 사용하여 일 방향과 이 방향 전단 보강 작업이 이루어진 후 실험을 통하여 두 보강작업의 효과가 검증되었다. 탄소섬유 보강 작업을 할 때는 탄소섬유의 부착 파괴를 방지하기 위하여 탄소섬유 앵커가 설치되었다. 탄소섬유 앵커와 탄소섬유 레이아웃의 전단보강 효과는 실험 경간에 발생한 주인장 변형률의 분포를 통하여 검증되었다.

In this study, the fatigue behavior of reinforced concrete beams strengthened with prestressed NSM CFRP tendons. One of test objectives is to find out strengthening effect with concrete strength 20MPa, 40MPa. As a result of the study, the fatigue behavior of the concrete beams strengthened with prestressed NSM CFRP tendons were considered to be good.

This study deals with the strengthening effect and behavioral characteristics of square concrete column wrapped with carbon FRP sheet. The increase in axial compression capacity comes from the confinement effect of wrapped CFRP sheet. Because of the shape of square concrete column, the confinement effect is smaller than that in circular column. For the experimental program, four parameters including the number of sheet, the size of column specimen, the aspect ratio, the corner rounding, and the transformation in shape from square to circular were selected to examine the strengthening effect and behavioral characteristics for each parameter. Experimental program comprised fifty five square concrete column specimens for different eleven types. The compression test results confirmed that the strengthening effect can be increased by the confinement of wrapped and bonded CFRP sheet. However, the confining effect was decreased with the increase of square column size. The other hand, the ductility in square concrete column greatly increased due to caging effect of CFRP sheet. The transformation in shape from square to circular considerably increased both the compressive strength and the ductility of the concrete column wrapped with CFRP sheet. In addition, using test results and existing studies, accuracy and reliability of the existing strength models for CFRP-confined square concrete are verified.

콘크리트 구조물의 내력성능을 향상시키기 위해 탄소섬유쉬트(Carbon Fiber-Reinforced Plastic Sheet, 이하 CFRP sheet)로 보강된 콘크리트에 대해 많은 연구가 수행되어 왔다. 본 연구는 CFRP sheet로 구속된 콘크리트에 대한 연구 중 미비한 부분을 보완하기 위하여 보강겹수, 시험체의 크기, 형상비, 겹이음길이를 변수로 하여 연구를 수행하였다. 각 시험체별 응력－변형률 곡선을 통해 콘크리트의 거동을 비교하였으며, 최대압축강도를 통하여 CFRP sheet의 보강효과를 확인하였다. 보강겹수의 증가에 따라 콘크리트의 압축성능은 크게 개선되었으며, 시험체의 크기와 형상비의 변화를 통해 이론적인 부분을 검증하였고, 겹이음길이는 둘레의 5%이상으로 해야만 보강효과에 영향이 없는 것으로 확인하였다. 또한 본 연구의 시험결과와 기존 시험결과를 정리하고 이를 기준으로 기존 강도추정모델을 통계 분석함으로 모델의 정확성과 신뢰성을 검증하였다.

To apply the NSM technique extensively, reasonable strengthening parameters, like flexural strengthening ratio, need to be evaluated. In this study, Monte Carlo Simulation(MCS) technique was applied to suggest reasonable values of strength ratio and uncertainties in material and geometry. Finally, flexural strengthening ratio for CFRP plate was determined by using the limit state function with the target reliability index.

최근 탄소섬유판 매립공법의 콘크리트 구조물의 보강에 적용되고 있다. 그러나 탄소섬유판 표면매립공법은 피복부 콘크리트의 강도 부족과 높이 부족 등으로 인하여 그 적용의 제한이 발생하기도 한다. 본 연구에서는 이와 같은 이유로 인하여 전단 스터럽을 절단하고 탄소섬유판을 주철근의 위치에 표면매립 보강하는 공법에 대하여 고찰하였다. 일반적인 표면매립공법과 스터럽을 절단하고 표면매립공법을 적용한 보에 대한 휨 실험을 수행하였으며, 결과를 서로 비교하였다. 탄소섬유판의 길이를 실험변수로 하였다. 실험결과에 따르면, 전단 스터럽을 절단한 보강 보의 휨거동은 일반적인 표면매립공법이 적용된 실험체의 거동과 유사한 전형적인 휨 거동을 나타내었으며, 스터럽의 절단으로 인한 구조거동상의 문제는 발생하지 않았다. 따라서, 일반적인 현장 여건에 의하여 탄소섬유판의 적용이 곤란한 경우에는 스터럽을 절단하는 본 공법의 적용이 가능한 것으로 판단된다.

건축물의 보수․보강 시 섬유보강 폴리머를 이용한 부착공법을 이용한 보수․보강이 행해지고 있으며, 특히 CFRP(carbon fiber reinforced polymer)는 이러한 RC 구조부재의 보강재로 널리 활용되고 있다. 그러나 외부 환경적 요인에 의해 열화되는 즉, 동결융해 환경이 RC 보에서의 CFRP 보강성능에 미치는 영향에 관한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 AE 기법을 통해 CFRP와 RC 부재 내부의 손상진전에 따라 발생하는 AE 신호를 계측함으로써 CFRP로 보강 후 동결융해에 의해 열화된 RC 구조물의 파괴기구 규명을 위한 기초자료를 마련하고자 한다.

본 연구에서는 외부 부착 프리스트레스트 탄소섬유판으로 보강된 RC보의 휨거동을 분석하기 위한 실험연구를 수행하였다. 실험체는 프리스트레스 양을 변수로 축소모형으로 제작되었다. 또한 프리스트레스의 도입에 따른 구조성능 비교를 위하여 기준실험체와 단순부착 실험체를 함께 제작하였다. 실험결과, 단순 부착 탄소섬유판으로 보강된 부재는 조기 박리에 의해 탄소섬유판 인장강도의 50% 이하에서 최종파괴되었다. 그러나, 프리스트레스를 도입하여 보강한 실험체는 모두 탄소섬유판의 파단하중까지 도달하였다. 또한 프리스트레스 보강량의 증가에 따라서 균열하중, 항복하중은 증가하며 최대하중은 프리스트레스 양과 관계없이 일정한 것으로 나타났다.

본 연구에서는 외부 비부착형 프리스트레스트 탄소섬유판으로 보강된 RC보의 휨거동을 분석하기 위한 실험연구를 수행하였다. 실험체는 프리스트레스 양 및 정착장치의 형상을 변수로 총 10개로 제작되었다. 또한 프리스트레스의 도입에 따른 구조성능 비교를 위하여 기준실험체와 단순부착 실험체를 함께 제작하였다. 실험결과, 단순 부착 탄소섬유판으로 보강된 부재는 조기 박리에 의해 탄소섬유판 인장강도의 50% 이하에서 최종파괴되었다. 그러나, 프리스트레스를 도입하여 보강한 실험체는 모두 탄소섬유판의 파단하중까지 도달하였다. 또한 스터드형 정착장치를 적용한 실험체들의 보강성능은 매립형 정착장치를 적용한 실험체와 동등한 보강성능을 나타내었다.

교량의 노후화와 교통량의 증가로 성능개선이 요구되어 질 경우, 경제적인 측면에서 신축 보다는 보수·보강을 통한 성능개선이 보다 바람직한 유지관리이다. 많은 보강공법중 시공방법의 편리와 빠른 시공기간으로 교량의 성능향상을 위해 FRP 재료를 이용한 표면부착공법이 많이 이용되고 있다. 특히, FRP 재료는 철근보다 경량이고 인장강도는 약 10배정도 우수한 재료이다. 이를 이용한 보강성능을 평가하기 위하여 CFRP 쉬트와 GSP를 이용하여 실험을 수행하였다.