기존 교량을 일체식 교대 교량과 같이 거동할 수 있도록 교대 흉벽과 상부슬래브를 일체화하는 흉 벽 일체식 교대 교량 공법에 관한 것으로, 교대 흉벽은 뒤채움 토사의 토압을 주요 하중으로 설계되기 때문에 배면부에는 휨보강 철근이 배치되지만 흉벽 일체화에 따른 흉벽 전면부에 온도팽창에 저항하 기에 부족한 철근량을 가지게 된다. 본 실험 연구는 일체화된 흉벽 구조체의 단차부 전면에 부착-정 착방식으로 제작된 FRP 보강체를 사용하여 휨 실험을 수행하고 이를 비교 분석하였다.

본 연구는 보강 콘크리트로 철근 대신 복합재료를 사용한 구조물의 설계에 대하여 다양한 파라미터 연구를 수행하여 철근콘크리트 대비 강점을 비교, 분석하였다. FRP 콘크리트는 ACI 440.1R-15를 적 용하였으며, 철근콘크리트 설계는 KDS 14(2021)의 최신 규정을 적용하여 다양한 파라미터 연구를 수 행하였다. 파라미터 변수로 콘크리트 밑단에서 철근의 중심까지의 거리, 보강량, FRP의 탄성계수 및 극한 변형률의 4개로 설정하여 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) FRP의 탄성계수와 극한 변형률이 클 수록 FRP 콘크리트의 휨성능이 우수하지만, 극한 응력이 동일할 때 극한 변형률보다 탄성계수를 크게 하는 것이 유리하며, 보강량이 작을수록 유리한 것으로 분석되었다. (2) FRP 콘크리트가 인장지배 단 면이나 변화구간 일 때 극한 변형률 증가에 휨성능이 비례해서 증가하지만 압축지배 단면일 경우에는 극한 변형률이 증가해도 휨성능은 증가하지 않는다. (3) FRP 콘크리트의 휨성능은 FRP의 탄성계수와 극한 변형률을 적절하게 조절하여 선택함으로서 최적의 성능을 나타낼 수 있다. (4) 또한, FRP 콘크리 트는 최소 피복두께가 필요하지 않아 추가적인 휨성능이 17~33% 증진 효과가 나타났다.

콘크리트 구조의 인장 보강재로 주로 사용되는 철근은 높은 인장강도와 연성이 우수한 변형 특성에 도 불구하고 부식이 발생할 수 있다는 단점을 갖고 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 부식이 발 생하지 않는 다양한 재료 중 FRP(Fiber Reinforced Polymer)를 철근과 유사한 형태의 Rod로 제작하 여 철근을 대체하는 보강재로 사용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그중에서도 인장강도가 우수한 탄 소 및 유리섬유를 일방향으로 성형하고 Rod 표면을 굴곡 처리한 CFRP 및 GFRP 보강근을 중심으로 콘크리트 구조에 적용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이 연구에서는 FRP Rod를 보강근으 로 하는 콘크리트 부재의 부착특성과 균열폭, 처짐과 같은 사용성 평가에 중요한 역할을 하는 인장강 화효과를 포함한 균열거동 특성을 파악하기 위하여 단변의 피복두께와 FRP 보강근 지름의 비를 1.0에 서 3.5 까지 0.5배씩 증가하는 직사각형 단면을 갖는 길이 1,000mm의 인장부재를 제작하여 만능재료 시험기(Universal Testing Machine)를 이용한 직접인장실험을 수행한 후, 피복두께와 FRP 보강근의 지름 비에 따른 균열거동(Cracking Behavior) 및 인장강화효과(Tension Stiffening Effect)를 분석하고 현행 설계기준의 규정과 비교하였다. 작용하중에 따라 발생하는 균열에 대해서 횡방향균열(Transverse Crack)과 쪼갬균열(Splitting Crack)로 각각 구분하고, DAQ(Data Acquisition) 시스템을 이용하여 콘 크리트 인장부재에 매입된 CFRP 및 GFRP 보강근의 변형량 및 작용하중을 측정하였으며, 그 결과로 부터 하중-변형률 관계로 대표되는 인장강화효과를 분석하였다. 균열거동 및 인장강화효과를 분석한 결과, CFRP 또는 GFRP Rod를 보강근으로 하는 콘크리트 인장부재는 FRP 보강근과 콘크리트의 부 착강도를 감소시키는 쪼갬균열이 발생하지 않도록 피복두께를 보강근 지름의 2.5배 이상 확보하였을 때, 각 보강근별로 극한강도 fu의 60-70%에 해당하는 하중이 작용하는 단계에서 인장강화효과는 우 수한 것으로 나타났으며, 철근을 보강근으로 하는 현행 설계기준의 규정으로 예측한 결과보다 우수한 인장강화효과를 얻을 수 있음을 확인하였다.

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.

Existing reinforced concrete buildings with seismically deficient details have premature failure under earthquake loads. The fiber-reinforced polymer column jacket enhances the lateral resisting capacities with additional confining pressures. This paper aims to quantify the retrofit effect varying the confinement and stiffness-related parameters under three earthquake scenarios and establish the retrofit strategy. The retrofit effects were estimated by comparing energy demands between non-retrofitted and retrofitted conditions. The retrofit design parameters are determined considering seismic hazard levels to maximize the retrofit effects. The critical parameters of the retrofit system were determined by the confinement-related parameters at moderate and high seismic levels and the stiffness-related parameters at low seismic levels.

본 논문은 FRP로 보강된 콘크리트 기둥의 압축성능에 관한 연구를 수행하였다. 압축성능을 분석하기 위해서 P-M 상 관도를 다양한 파라미터 연구를 통해서 비교, 분석하였다. FRP로 보강된 콘크리트 기둥의 P-M 상관도를 AASHTO LRFD(2018) 설계 기준과 Zadeh and Nanni(2013) 연구의 두 가지 모델로 비교, 분석하여 압축성능을 분석하였다. 균형 파괴점(Balance Point)의 위치는 철근으로 보강된 경우는 압축측에 위치하는 반면에 FRP로 보강된 기둥의 경우는 보통 인장측(아래쪽)에 위치하지만 압 축측(위쪽)에도 위치할 수도 있다. FRP로 보강된 콘크리트의 경우의 파괴형태는 콘크리트의 압축파괴로 유도하는 것이 강도 측 면이나 급작스러운 파괴 등의 측면에서 유리하기 때문에 균형 파괴점의 위치가 중요하다. 분석 결과 FRP의 보강비가 커질수록, FRP의 파괴 변형률이 일정하면 파괴 응력과 탄성계수가 커질수록, 파괴 변형률이 커질수록, 콘크리트의 강도가 작을수록 균형 파괴점은 아래쪽으로 내려간다.

이 논문에서는 기존의 조인트 교량을 일체식 교대 교량으로 변경할 경우, 온도하중에 의한 상부구조의 인장에 따른 흉벽의 휨거동을 보강하기 위한 흉벽 FRP 보강공법을 제안하고, 설계 및 유한요소해석을 통해 보강 효과를 검토하였다. FRP 보 강재는 펄트루젼 공정으로 제작하며, 흉벽 전면부에 부착하여 일체식 교대 교량으로 변경할 때, 흉벽에 부족한 인장철근의 역할 을 대체하게 된다. 흉벽 FRP 보강공법의 설계는 ACI Committee 440을 참고하여 수행하였으며, 유한요소해석은 콘크리트, 철근 및 유리섬유와 비닐에스터로 제작한 FRP 보강재의 최대응력을 보강 방법에 따라 비교하였다. 유한요소해석 결과, FRP 보강재는 콘크리트에 발생하는 인장응력을 감소시키는 역할을 하며, 흉벽이 저항할 수 있는 휨모멘트를 증가시킬 수 있는 것으로 나타났 다.

본 연구는 ACI 등 규정에 없는 FRP 보강 콘크리트의 복보강에 대한 설계흐름도를 제시하였으며, 단보강과 복보강을 비교, 분석하였다. 다양한 파라미터 연구를 통해서 각각 단보강일 때의 이점과 복보강일 때의 이점을 분석하였다. 콘크리트의 단면이 작을수록 보강량이 클수록 복보강의 휨성능이 유리하며, 반대의 경우는 단보강이 유리한 것으로 나타났다. 콘크리트의 단면을 크게 하는 것이 FRP 보강량을 크게 하는 것보다 효과가 좋으며, 콘크리트 단면 중에서 콘크리트 높이를 크게 하는 것이 효과가 우수하게 나타났다. 콘크리트의 설계기준강도가 클수록, FRP의 탄성계수가 작을수록 단보강이 유리하며, 반대의 경우는 복보강이 유리한 것으로 나타났다.

본 연구는 콘크리트구조기준(KDS 14-2021)을 적용한 RC보와 ACI 440.1R-15를 적용한 FRP 콘크리트의 비교 연구를 수행하였다. 파라미터 변수로 피복두께, FRP의 탄성계수 및 극한변형률 그리고 보강량 4가지로 설정하여 비교, 분석을 수행하였 다. 파라미터 연구 분석 결과 FRP의 탄성계수와 극한 변형률이 클수록 FRP 콘크리트의 휨성능이 우수하지만, 극한 응력이 동일 할 때 극한 변형률보다 탄성계수를 크게 하는 것이 유리하다. FRP 콘크리트가 인장지배 단면이나 변화구간 일 때 극한 변형률 증가에 휨성능이 비례해서 증가하지만 압축지배 단면일 경우에는 극한 변형률이 증가해도 휨성능은 증가하지 않는다. 또한, FRP 콘크리트는 최소 피복두께가 필요하지 않아 추가적인 휨성능이 17∼33% 증진 효과가 나타났다.

전 세계 각국은 탄소 배출량을 줄이기 위한 다양한 노력을 하고 있다. 지난 수십 년간 몇몇 연구자들은 탄소배출량 을 줄이기 위해서 철근콘크리트 구조에서 철근을 FRP로 대체하기 위한 연구를 수행해 왔다. FRP보강근을 휨부재로 사용하기 위한 연구는 많이 수행되어 왔으나, FRP 보강근 기둥의 성능을 평가하고 설계하기 위한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 본 연 구는 FRP보강근 콘크리트 구조 기둥과 철근콘크리트 기둥의 P-M 상관도를 비교하고, 철근콘크리트 기둥에서 철근의 대체재로 서 FRP보강근의 활용 가능성을 제시하였고, 변수는 콘크리트의 압축강도, FRP보강근의 종류, 보강근비이다.철근을 GFRP로 대체 할 경우, 요구 GFRP 보강근의 양은 철근의 4배이며, 철근비가 4% 이상이면 동일한 단면으로는 설계할 수 없다. 편심거리비가 1.0보다 크거나 철근비가 4%보다 작은 철근콘크리트 기둥의 철근을 CFRP로 대체할 경우, 보강근의양을 1/2수준으로 줄이거나 단면 크기를 줄일 수 있다.

In this paper, the flexural capacity equation of FRP-bar reinforced concrete beams was verified by comparing the experimental results and flexural capacity obtained according to the ACI procedure. And, also the economic feasibility of FRP-bar reinforced concrete beams was analyzed by comparing nominal moment capacity of beams. The results of analysis were as follows, 1) GFRP concrete beams have lower flexural performance than reinforced concrete beams, whereas CFRP concrete beams have similar flexural performance to reinforced concrete beams under the same reinforcement ratio 2) Although the design moment increased as the compressive strength of concrete increased, the flexural performance of GFRP reinforced concrete beams was found to be lower than the reinforced concrete beams for all reinforcement ratios.

본 논문은 FRP 그리드로 보강된 콘크리트 보의 휨 성능을 예측하기 위한 해석적 연구결과를 제시한다. FRP 그리드 로 보강된 콘크리트 보의 휨 성능 예측을 위해 상용구조해석 프로그램인 LS-DYNA를 이용하여 유한요소해석이 수행되었다. 유 한요소해석 시 콘크리트와 FRP 그리드 간의 본드-슬립을 고려하였으며, 콘크리트와 FRP 그리드의 구속조건은 BEAM_IN_SOLID 모델이 적용되었다. 이후, 국내 여러 연구자들에 의해 수행된 실험 결과의 재현해석을 통해 제안된 유한요소해석 모델의 정확성 이 검증되었다. 최대하중, 최대하중 시의 변위 실험값에 대한 해석값의 비는 각각 0.990, 0.924, 표준편차 각각 0.056, 0.087로 제 안된 해석모델은 FRP 그리드로 보강된 콘크리트 보의 휨 성능을 잘 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 제안된 유한해석모델을 이용하여 콘크리트 보의 인장재로 철근이 아닌 CFRP그리드를 적용하기 위한 매개변수해석이 수행되었으며, 콘크리트 압축강도, FRP그리드의 겹 수, FRP그리드의 유효깊이는 CFRP그리드로 보강된 콘크리트 부재의 휨성능에 중요한 인자임을 확인하였다.