국내 건설현장에서 장스팬 구조물이 증가함에 따라 콘크리트와 강재를 조합한 충전형합성보의 적용이 증가하고 있 다. 충전형합성보는 경제적이며 시공성이 향상되고 콘크리트 축열효과에 따라 내화성도 우수하다. 충전형합성보 내부에 휨성능 을 향상시키기 위해 Re-bar로 보강하여 사용한다. 이는 콘크리트 균열에 의해 부식 되어 내력저하를 유발한다. CFRP Re-bar는 경량이며 내부식성이 우수하다. 그러나 임계온도가 250℃로 낮기 때문에 화재에 취약으로 적절한 내화피복재를 적용해야된다. 따라서 열전달해석을 통해 내부 CFRP Re-bar가 보강된 충전형합성보의 온도분포를 확인하였다. 온도 상승에 따른 휨내력을 산 정하여 피복두께를 제안하고자 한다. 해석결과 단면크기에 상관없이 콘크리트 피복두께 40mm와 뿜칠내화피복재 20mm를 적용 하면 표준화재에서 3시간 내화성능을 확보하는 것으로 평가되었다.

In this paper, the mechanical properties of glass fiber reinforced plastic (GFRP) rebar, which has been applied as an concrete reinforcement, and produced carbon fiber reinforced plastic (CFRP) grid were compared to develop a concrete reinforcement material with excellent mechanical properties. In addition, the mechanical properties of CFRP prepared with each molding process were evaluated. Three molding processes were evaluated: prepreg oven bagging, reaction injection molding (RIM), and pultrusion. The tensile strength of the CFRP grid prepared through pultrusion was 2.85GPa, the elastic modulus was 169.81GPa, and the strain was 1.68%, which was 2.85 times better in tensile strength, and 2.83 times better in elastic modulus compared mechanical properties of GFRP rebar. The strain was confirmed to be equivalent to GFRP rebar.

본 논문은 철근을 대체재로 CFRP 그리드의 적용 가능성을 평가하기 위한 해석적 연구 결과를 보고한다. CFRP 그리 드로 보강된 콘크리트 보의 휨거동 예측을 위한 유한요소해석은 상용 구조해석 프로그램인 LS-DYNA를 이용하여 수행되었다. 제안된 유한요소해석 모델은 Kwak et al.(2022)에 의해 수행된 실험 결과에 대한 재현해석을 통해 검증되었다. 해석에서 도출된 파괴양상은 실험 결과와 비교적 정확히 예측되었다. 또한 유한요소해석에서 예측된 극한하중 및 극한하중에서의 처짐은 실험 결과와 각각 9%, 12%의 미미한 오차를 보였으며, 제안된 유한요소해석모델의 정확성은 검증되었다. 제안된 해석모델을 FE해석 모델을 이용하여 CFRP 그리드로 보강된 콘크리트 부재의 휨강도에 영향을 미치는 인자를 확인하기 위해 매개변수해석이 수행 되었다. 매개변수해석 결과, CFRP 그리드의 단면적이 CFRP 그리드로 보강된 콘크리트 보의 휨성능에 상당한 영향을 끼치는 인 자로 확인되었다.

콘크리트 충전강관은 국부좌굴을 방지하고 내화성이 향상되기 때문에 건설현장에서 많이 적용되며 휨성능을 향상시 키기 위해 강관 내부에 철근을 보강하여 사용한다. 그러나 철근은 부식되며 내구성이 저하되기 때문에 이를 대신할 소재에 대 한 연구가 진행되고 있다. 탄소섬유보강근은 철근에 비해 경량이며 고강도와 내부식성이 우수하다는 이점이 있다. 그러나 임계 온도가 250℃로 철근의 임계온도인 538℃에 비해 현저히 낮기 때문에 내화피복이 필요하다. 따라서 열전달해석을 통해 탄소섬 유보강근을 사용하였을 때 온도분포를 확인하고 P-M상관도를 도출하여 적용 가능여부를 확인하고자 한다. 해석결과 내화성능을 확보하기 위해 콘크리트 피복두께 40mm, 뿜칠내화피복재 30mm를 적용하거나 콘크리트 피복두께 60mm, 뿜칠내화피복재 20mm 를 적용하면 3시간 내화성능을 만족하는 것으로 평가되었다.

본 논문은 철근대체재로 Carbon fiber reinforced polymer(CFRP) 그리드가 사용된 콘크리트 부재의 휨성능을 평가하기 위한 실험적 연구결과를 보고한다. 실험에 사용된 CFRP grid의 탄성계수와 인장강도는 각각 240GPa, 3964MPa이다. CFRP 그리 드가 인장 보강재로 사용된 콘크리트 부재의 휨거동 평가를 위해 총 7개의 1방향 슬래브 콘크리트 실험체가 제작되었다. 실험 변수로 피복두께, CFRP 그리드의 보강 겹 수, CFRP 그리드의 겹침 여부가 고려되었다. 실험체의 휨거동 평가는 3점 휨실험을 통해 수행되었으며, 각 실험변수가 초기균열하중에 미치는 영향은 미미한 것으로 확인되었다. 실험체에 초기균열이 발생된 이후 응력 재분배에 의해 하중 증가 없이 CFRP grid의 변형률이 증가하는 현상이 관측되었다. CFRP 그리드 보강 겹 수가 1겹 증가 함에 따라 실험체의 극한하중은 약 8.5kN씩 선형적으로 증가하였다. 또한, 피복두께가 증가함에 따라 실험체의 극한하중 및 강 성이 감소하였으며, 그리드 겹침 여부가 실험체 극한하중에 미치는 영향은 미미하다는 것이 확인되었다. 추가적으로 실험결과와 ACI 440.1R-15를 통해 계산된 공칭 휨강도를 비교하였다. 그 결과 실험을 통해 확보된 극한강도는 ACI 440.1R-15 대비 13%∼ 24% 큰 것으로 나타났다. 따라서, ACI 440.1R-15는 CFRP grid로 보강된 콘크리트 보의 휨강도를 보수적으로 평가하고 있음이 확인되었다.

This study assessed the changes in the fiber properties of virgin and recovered fibers from lab-scale and pilot-scale depolymerization reactors based on the thermal air oxidation-resistance characteristics. Lab-scale and pilot-scale depolymerization reactors had different depolymerization volumes. Results showed that the lab-scale and pilot-scale peak solvent temperatures were 185 °C and 151 °C, respectively. The lab-scale had highest solvent temperature rate increase because of the small depolymerization volume and the dominant role of the cavitation volume. The structural properties of the recovered and virgin fibers were intact even after the depolymerization and after the pretreatment and oxidation-resistance test. We observed 1.213%, 1.027% and 0.842% weight loss for the recovered (lab-scale), the recovered (pilot-scale) and virgin fibers because of the removal of impurities from the surface and chemisorbed gases. Further, we observed 0.8% mass loss of the recovered fibers (lab-scale) after the oxidative-onset temperature because of the “cavitation erosion effect” from the dominant of the cavitation bubbles. The “cavitation erosion effect” was subdued because of the increased depolymerization volume in the pilot-scale reactor. Therefore, negligible impact of the pilot-scale mechanochemical recycling process on the structure and surface characteristics of the fibers and the possibility of reusing the recovered fibers recycling process were characteristic. Representative functional groups were affected by the thermal oxidation process. We conducted HPLC, HT-XRD, TGA– DSC, XPS, SEM, and AFM analysis and provided an extensive discussion of the test thereof. This study highlighted how misleading and insufficient small-lab-scale results could be in developing viable CFRP depolymerization process.

One of the most important problems in the cutting process of CFRP is tool wear. During CFRP machining, high temperature caused by friction between the cutting tool and the carbon fiber structure increase tool edge wear. Since CFRP is manufactured in a form in which the fibrous tissue is combined with a bonding resin, delamination caused by the separation of the resin and carbon fiber during process is recognized as a very big problem. This delamination proceeds very rapidly as the wear of the drill edge increases. Therefore, in this experiment, tool wear was measured during drilling using a TiAlN-coating drill with excellent wear resistance. In this study, tool wear is measured to suggest optimized cutting conditions for each material.

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.

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.

Demand for CFRP with new characteristics is increasing in various industrial fields, from parts materials to daily necessities, and research on this is also being actively conducted. CFRP is a material that realizes properties suitable for multiple functions that cannot be seen in a single material by physically combining two or more materials with different shapes and chemical compositions. When machining CFRP using a high-speed steel (HSS) drill or a TiAlN-coating drill with different rotation speed and feed speed, the cutting force was experimentally analyzed and the optimal tool material and cutting conditions were selected. The cutting force according to the change in rotation speed of the high-speed steel drill and the TiAlN-coating drill is compared.

취성특성을 가진 탄소섬유복합체의 인장특성을 결정하기 위해 ASTM D 3 0 39에 따라 인장시험을 실시하였다. 극한시 점에 박리, 부분파단으로 인해 스트레인 게이지의 계측값의 변동성이 커져 신뢰성을 확보하기 어렵기 때문에 극한응력과 탄성 계수를 이용한 유효극한변형률을 제안하고, 극한계측변형률과 상호보완하였다. 특히 게이지가 비정상적으로 작용할 경우에도 적용이 가능하다는 장점이 있다. 또한 유효극한변형률을 결정하는 탄성계수는 단일시편에서 여러 변형률 구간에 대하여 평가하여 비교 검증할 수 있다.

Parts made from CFRP materials are fabricated by hand or using automated layup and forming techniques. Finishing must be performed to meet the requirements for the necessary dimensions and geometry to facilitate assembly with other component parts. Parts such as airplane wings require trimming, milling and drilling to make CFRP into its final shape. In this study, the machining characteristics of CFRP were evaluated by manufacturing an end mill with a changed helix angle of the end mill. The cutting force was the lowest at the helix angle of 60 degrees, but the peeling state of the surface was the best at the point angle of 45 degrees.

철근의 부식 문제를 해결하기 위해 최근 복합재료 기반의 철근이 개발되어 사용되고 있으며 CFRP 그리드도 개발되어 구조부재로 사용되기 시작하고 있다. 그러나 CFRP 그리드의 부착 특성과 응력을 연구한 경우는 매우 드물다. 이에 본 실험은 CFRP 그리드의 부착거동, 부착응력을 평가하고 정착길이를 산정하기 위해 다양한 길이의 정착길이를 가진 인발실험체를 제작한 후 인발하였으며 실험 결과 부착력의 경우 정착길이가 길어질수록 커지며 반대로 부착응력은 정착길이가 길어질수록 작아지는 결과를 얻을 수 있었다. 이는 FRP 보강근도 같은 경향을 보이지만 CFRP 그리드와 FRP 보강근의 차이점은 부착응력의 추세선의 경향에서 두드러지며 또한, 최대 부착력 이후 거동에서 차이를 나타냈다. 위 실험 결과를 토대로 CFRP 그리드의 정착길 이를 산정한 결과 본 연구에서 사용된 CFRP 그리드의 보수적인 정착길이는 250mm로 나타났다.

This study aims to investigate the effect of an aluminum chromium nitride (AlCrN) coating on tool wear and hole quality in the conventional drilling process of carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) composites, titanium alloy (Ti), and CFRP–Ti stack workpieces popular in the aerospace industry. The advanced arc plasma acceleration (APA) method of physical vapor deposition (PVD) was used for all AlCrN coatings. The drilling experiments were conducted with uncoated drills as well as AlCrN-coated drills. When drilling CFRP only, the AlCrN coating was removed at the drill cutting edges and the margin area, which suggests the carbon fibers abraded the coatings. When drilling Ti only, the AlCrN-coated drill mitigated the Ti adhesion formation, which resulted in less tool wear. In addition, hole quality for both CFRP and Ti was improved when the coating was used versus the uncoated tool. The machinability of CFRP–Ti stacks in the drilling process was improved by utilizing the advanced AlCrN coating on the WC tool in terms of drilling forces and hole quality parameters such as average hole size, average hole roundness, hole surface roughness, and Ti exit burr height.

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.

내진설계규정이 정립되기 전에 시공된 콘크리트 교각의 경우 횡철근을 겹침이음하거나 최소한의 배근으로 최적화를 유도하였다. 따라서 지진하중 발생 시 지진에너지를 소산할 수 있는 에너지 감쇠의 효과가 기존 교각들에는 미흡한 실정이다. 본 논문은 반복하중을 받는 원형콘크리트 교각 외부에 강판, GFRP, CFRP 보강을 적용한 경우, 교각의 지진대응 성능 향상도를 정량적으로 평가하였다. 범용유한요소해석프로그램인 ABAQUS의 다양한 3차원 요소를 적용하여 교각 구조물을 모델링하였으며,하중은 교각 상부에 횡방향 동적하중과 교각 전체 자중이 고려되었다. 하중-변위 곡선, 응력-변형률 곡선, 연성도, 에너지 흡수 능력(연성도), 손상도를 고려하여 보강에 따른 교각의 내진성능 향상도를 비교분석하였다. 비보강 콘크리트 교각의 경우 연성도는 78%로 취성파괴 구조물이었으나, 강판보강의 경우 91.0%, GFRP보강의 경우 91.9%, CFRP보강의 경우 92.0%이다. 세 가지 보강의 종류를 비교한 결과 강도, 연성도, 손상도 모두에 있어서 CFRP보강의 경우가 가장 큰 증진 효과를 보이고 있다.