본 연구는 재래 철근콘크리트공법의 거푸집 및 철근보강재를 FRP 판으로 대체한 개념이다. FRP판에 리브를 갖게 하여 FRP 판과 콘크리트 합성을 개선하고 거푸집의 강성증가를 유도하여 영구거푸집 및 철근보강재로 활용하는 방안이다. 본 연구는 전단경간비가 짧고 리브가 있는 FRP 판과 콘크리트 합성보의 휨/전단 파괴거동과 균열형태를 비교 분석하였다. 콘크리트의 경우 CDP 모델을 사용하였고, 외연적 비선형 유한요소해석 결과와 기존 실험결과를 정점 하중 및 균열형태에 대해 비교 분석하였다. 유효균열방향 개념을 사용하여 콘크리트 균열패턴을 시각적으로 표현하였다. 인장 등가소성변형률이 0 보다 큰 곳에서 균열이 시작된다고 가정하고, 균열평면에 수직인 벡터의 방향은 최대 주소성변형률의 방향과 평행한 것으로 가정하였다. 이 방향을 콘 크리트의 균열으로 생각하여 실험에서 확보한 균열형태와 비교 분석하였다. ABAQUS/Explicit 의 CDP 모델은 FRP 합성구조체의 비선형 거동 및 균열형태 모사가 가능한 것으로 판단된다. 초기강성의 불일치는 리브가 있는 FRP 판과 콘크리트 사이의 미세균열 및 접착력 등의 문제로 인해 발생한 것으로 사료되며 1차 정점 하중 및 균열형태를 적절히 추적할 수 있으므로 앞으로 다양 한 FRP 합성구조시스템의 거동 및 균열해석에 이용 가능할 것으로 판단되나 보다 다양한 파괴 매카니즘에 대한 지속적인 연구가 필요하다고 사료된다.

본 연구는 FRP-콘크리트 합성구조의 휨/전단에 대한 구조적 성능 및 거동 특성을 해석적으로 규명하고자 휨/전단 저항성능에 대해 외연적 유한요소해석을 이용하여 FRP 합성보의 휨/전단파괴거동 해석을 실시하여 기 수행한 실험과 비교분석 하고, 적용된 콘크리트손상소성모델의 각각의 인자들의 영향에 대해 매개분석하고 최적화된 안을 제시하고자 하였다. 기하학적 및 재료적 비선형성 큰 경우 유한요소해석 중 내연적 해석의 경우 수렴에 많은 문제점을 내포함으로 외연적 유한요소 접근법이 보다 합리적임을 수치해석을 통해 보였다. 본 연구의 경우 콘크리트손상소성모델의 여러 인자들에 대한 매개변수 해석을 수행한 결과, 다이레이션각의 경우는 26°, 파괴에너지 값으로 100Nm/m2, 인자 Kc의 값으로는 0.667 그리고 손상계수는 감안하는 것이 합리적이다.

퍼포본드 FRP 판을 영구 거푸집 및 인장 보강재로 이용한 합성보에 대한 실험을 수행하였다. FRP 판을 영구 거푸집 및 인장 보강재의 합성이용은 재래적인 방법에서 필요한 거푸집 조립 및 탈형 등의 작업이 수반되지 않으므로 빠른 시공이 가능하다. FRP 판과 콘크리트가 합성 구조체로 작용하기 위해서는 FRP 판의 표면처리가 필요하다. 이를 위해 FRP 판에 잔골재를 현장에서 많이 사용하는 에폭시를 이용하여 부착하고 FRP 판의 웨브에 구멍을 천공하였다. 합성보에 추가적인 휨 및 전단보강은 하지 않았다. 비교를 위해 두 가지 종류의 비교 실험시편을 제작하였다. FRP 판의 웨브에 구멍을 천공하지 않은 비교 실험시편과 FRP 판 대신에 철근으로 보강한 비교 실험시편이다. 모든 시험체는 중앙에 집중하중을 재하하여 파괴까지 실험하였다. 본 연구 결과 퍼포본드 FRP 판은 콘크리트 구조물의 영구 거푸집 대용 및 인장 보강재로도 활용 할 수 있는 가능성을 보여주었다.