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.

This paper aims to develop numerical models for seismically-deficient reinforced concrete columns retrofitted using a fiber-reinforced polymer jacketing system under blast loading scenarios. To accomplish the research goal, a coupling model reproducing blast loads was developed and implemented to the column model. The column model was validated with a past experimental study, and the blast responses were compared to the numerical responses produced by past researchers. The validated modeling method was implemented to the non-retrofitted and retrofitted column models to estimate the effectiveness of the retrofit system. Based on the numerical responses, the retrofit system can significantly reduce the peak dynamic responses under a given blast loading scenario.

This study develops finite element models for seismically-deficient reinforced concrete building frame retrofitted using fiber-reinforced polymer jacketing system and validates the finite element models with full-scale dynamic test for as-built and retrofitted conditions. The bond-slip effects measured from a past experimental study were modeled using one-dimensional slide line model, and the bond-slip models were implemented to the finite element models. The finite element model can predict story displacement and inter-story drift ratio with slight simulation variation compared to the measured responses from the full-scale dynamic tests.

국내 노후교량에 대한 보강은 지속적으로 증가하고 있으며, FRP 보강재에 대한 관심 또한 증가하고 있다. 이 논문에서는 ACI Committee 440를 참고하여, 프리플렉스 거더의 FRP 보강재 적용을 위한 설계식을 제안하였다. 또한, 프리플렉스 거더의 FRP 보강재 적용 특성을 설계예제를 통해 제시하였다. 설계 결과를 통해, FRP 보강재는 사용성 측면에서 우수한 휨보강 효과를 나타내었다.

콘크리트는 안전성과 경제성이 우수한 재료로 인식되어 많은 사회기반시설물의 건설재료로 이용되어 왔으나, 최근에는 노후화 현상 등으로 인한 성능저하가 발생하고 있으며 이는 직·간접적으로 경제적·인명적 피해의 원인이 되기 때문에 여러 가지 보강을 실시하고 있다. 본 연구에서는 복합섬유소재를 활용하는 보강공법을 포함한 다양한 보강공법에 대한 성능비교 실험연구를 수행하고 분석하였다.

FRP 보강이 RC 기둥의 내진성능에 미치는 효과를 평가하고자 다양한 실험 연구가 수행되어 왔다. 그 중 많은 연구가 휨지배를 받는 원형 단면 RC 기둥의 거동에 초점을 맞추었다. 단면 형태가 FRP 보강에 의한 구속효과에 영향을 주기 때문에, 단면 형태에 따라 보강효과 및 최종손상 양상이 다를 수 있다. 또한, 기존 RC 기둥 중 일부는 현재의 구조기준을 만족하지 못하는 설계로 인하여 취성적인 파괴 모드인 전단 파괴가 발생할 것으로 여겨진다. 이 두 가지 조건을 고려하여, 현무암 섬유를 함유한 FRP 시트와 복합섬유 패널로 보강한 정사각형 단면을 가진 짧은 RC 기둥의 전단 거동을 살펴보기 위하여 반복하중 실험을 수행하였다. 실험 결과에서 전체적인 전단 거동의 개선을 확인하였으며, 이러한 경향은 모서리 부분에서 심각한 손상이 발생할 때까지 유효하였다.

본 논문은 FRP보강시스템에 의한 철근콘크리트보의 보강설계에 대하여 소개하고 있고 ISIS CANADA-Design Manual No. 4(2001) 및 KCI-2012의 설계 코드를 고려하여 연구가 수행되었다. FRP보강시스템에 의한 철근콘크리트보의 보강 설계순서 도가 제시되었으며, 보강설계해석프로그램을 소개하였다. 연구의 검증은 참고문헌과의 비교를 통해서 이루어졌다. 또한, 복철근 직사각형 보와 T형보의 정밀 분석을 통하여 보강 설계 순서도를 수정, 보완하는 경우를 제시하였다. 구조설계자는 본 프로그램 을 이용하여 FRP보강시스템에 의한 노후 철근콘크리트보의 보강설계를 쉽게 수행할 수 있다. 따라서 본 연구가 FRP보강시스템 의 최적화된 설계 및 제작 등에 실질적인 지침서가 될 수 있을 것으로 기대된다.

내진설계기준이 개정됨에 따라 기 시공된 철근콘크리트 건축구조물의 내진보강에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 내진철근상세가 적용되지 않은 철근콘크리트 기둥의 경우 지진이 발생할 경우 취성적인 전단파괴가 발생할 가능성이 크다. 본 연구에서는 아라미드 FRP를 이용하여 비내진상세 철근콘크리트 기둥의 휨 및 전단내력 보강 후, 실험체를 반복횡하중 가력하여 아라미드 FRP의 내력 상승효과 및 연성능력의 증가를 확인하였다. 무보강 및 아라미드 FRP 보강 실험체를 비교 한 결과 아라 미드 FRP 보강이 비내진상세 철근콘크리트 기둥의 내력을 증가시키고 연성능력 또한 증가시킴을 확인하였다. 또한 비내진상세 철근콘크리트 기둥의 아라미드 FRP 보강 시 기둥 뿐만 아니라 접합부의 보강 또한 필요함을 확인하였다.

최근 FRP 보강공법의 보강성능 저하 요인으로 발생하는 박리파괴를 방지하고자 다양한 앵커리지 시스템이 개발되고 있다. 본 연구는 기존 사용되고 있는 기계식 정착 앵커와 FRP 앵커를 복합하여 새로운 메커니즘의 Hybrid 앵커모델을 개발하였다. Hybrid 앵커를 개발하기 위해 다양한 종류의 기계식 앵커와 Carbon 및 Aramid 섬유를 조합하였다. 개발된 다양한 앵커모델에 대한 특성을 평가하고자 Pull out 강도 실험을 수행하였다. 예비 실험 결과 Drop-in 앵커와 Undercut 앵커의 경우 낮은 정착력으로 적용에 한계가 있었다. Stud 앵커는 높은 정착력을 확인하였으며, 앵커와 FRP를 결합하기 위해서는 일체화가 중요한 것으로 나타났다. 일체화를 위해 앵커 내부에 홀을 천공하여 FRP rod를 결합하는 형태로 I-Hybrid 앵커를 제작하였다. I-Hybrid 앵커 의 경우 앵커 내부 홀에서 뽑히는 거동을 보였다. 따라서 향후 연구에서 I-Hybrid 앵커가 일체화된다면 FRP 박리파괴 저감에 효과적일 것으로 사료된다.