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.

Bond stress between cast-in-place ductile fiber reinforced cementitious composites and CFRP plank were experimentally analyzed. As failure shape, the mixture of failure between CFRP plank and epoxy, and failure between concrete and epoxy was shown. In case of RFCON from the suggested simple bond slip relationship, the maximum average bond stress was 5.39MPa, the initial slope was 104.09MPa/mm, and the total slip length was 0.19mm. PPCON showed the maximum average bond stress of 4.31MPa, the initial slope of 126.67MPa/mm, and the total slip length of 0.26mm, while RFCON+ appeared to have 8.71MPa, 137.69MPa/mm, 0.16mm. PPCON+ had 6.19MPa maximum average bond stress, 121.56MPa/mm initial slope, and 0.34mm total slip length. To comprehend the behavior of composite structure of FRP and concrete, local bond slip relation is necessary, and thus a simple relation is suggested to be easily applied on hybrid composite system

본 연구에서는 콘크리트에 표면매입된 FRP판의 부착거동에서, 전단키와 연단거리의 효과를 관찰하기 위한 부착시험을 실시하였 다. 실험에서의 주요변수는 전단키의 위치, 형태 그리고 연단길이이다. 규격 3.6 ㎜×16 ㎜의 FRP를 400 ㎜×200(300) ㎜×400 ㎜ 규격의 콘크리 트 블록에 매입하고 에폭시로 고정시켜서 실험변수에 따라 총 10개의 부착실험체를 제작하였다. FRP의 연단에 인장력을 가한 뒤 파괴시까지 실험을 실시하고 하중을 기록하였으며, 미끄러짐과 FRP의 인장변형량을 기록하였다. 실험으로부터, 전단키의 위치는 가력부에서 멀리 떨어 질수록 전단강도가 상승하는 것으로 나타났으며, 전단키의 직경이 커질수록 내력이 저하되는 것으로 나타났다. 특히 전단키가 일정 이상의 규 격이 되면 전단키가 없는 경우에 비하여 내력이 저하되어 오히려 부착강도에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 것으로 나타났다. NSM FRP에서 응력장용방향의 연단거리가 길어짐에 따라 동일 부착길이임에도 불구하고 내력이 일부 증가하는 것으로 나타났다. 표면매입 보강된 FRP의 부착실험에서, FRP와 콘크리트사이의 부착-미끄러짐은 전체거동을 지배하는 것으로 나타나므로 이에 따른 과도한 미끄러짐은 설계에 반드시 고려될 필요가 있다.

최근 들어 FRP 판을 영구 거푸집 및 주요 인장보강재로 활용하기 위한 새로운 콘크리트 교량 바닥판 시스템 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 영구거푸집과 인장 보강재로의 병행이용은 기존의 콘크리트 바닥판 보다 공사비와 공사기간을 절감 할 수 있다. 본연구에서 는 영구거푸집 및 주요인장재로 활용한 FRP 판의 종류에 따른 현장타설 콘크리트와 부착응력에 대해 실험을 수행하였다. 부착성능 평가를 실시하였고, 부착특성을 나타내는 중요한 변수중에 하나로서 부착 강도 및 부착면의 파괴 매커니즘 특성을 알 수 있는 계면 파괴에너지를 나타내었다. 일반콘크리트에서 계면 파괴에너지는 GF11의 경우 0.24kN/m이고, GF21의 경우에는 0.43kN/m, GF31과 CF11의 경우에는 각각 0.46kN/m와 0.44kN/m로 나타났고, RFCON에서는 GF12의 경우 0.52kN/m, GF22와 CF12에서는 각각 0.36kN/m와 0.51kN/m로 나타났다.

Recently, retrofits by using fiber reinforced polymer (FRP) have been widely performed for strengthening of reinforced concrete structure. However, in spite of the weakness of FRP for fire, the research result of it is not enough for practical use. In korea, fire is most frequent disaster which occurs in building. This means the improved structural capacity of building by a retrofit with FRP may be lost by fire if the FRP was not properly protected from it. In this paper, a fire analysis result is presented for the evaluation of damage of reinforced concrete member enhanced by FRP. As a result, the loss of strength of RC member is able to be predicted by using FE analysis with proper material properties for temperature variation.

최근 FRP를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보강방법으로서, 표면매입 보강 (Near-Surface-Mounted Retrofit, NSMR)방법의 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 방법은 콘크리트에 홈을 형성하는 추가의 작업이 필요하지만 보강효과를 높일 수 있고 FRP가 표면에 노출되지 않기 때문에 환경의 영향을 저감시킬 수 있다. 본 연구에서는 이와 같은 표면매입 보강공법 즉, FRP판을 세워서 표면에 매입보강하는 공법의 보강효과를 실험적으로 규명하고자 하였다. 이를 위하여 철근콘크리트 보를 제작한 뒤 기존의 표면부착 보강과 표면매입 보강을 실시한 뒤 실험을 통하여 보강성능을 비교하였다. 또한 매입보강의 경우에는 중앙부를 부분적으로 비부착시켜 그 효과를 관찰하였다. 연구결과, FRP판을 이용한 철근콘크리트 부재의 휨보강방법으로서 FRP판을 세워서 표면에 매입하는 보강방법은 기존의 판 부착보강에 비하여 높은 보강성능을 발휘하는 것으로 나타났다. ACI 440-2R의 휨보강시 내력산정방법을 따르고 정착부분의 세가지 파괴형태를 고려함으로써 표면매입 보강된 부재의 내력을 평가할 수 있는 것으로 나타났다.

최근에 상용 FRP 판(plank)을 콘크리트 구조물의 영구 거푸집 및 보강재로 이용하기 위한 연구가 진행되고 있다. FRP 판과 타설 콘크리트가 합성효과를 발휘하기 위해서는 두 재료간의 부착이 중요한 요인 중의 하나이다. 이러한 부착을 확보하기 위하여 FRP 판에 모래를 일반적으로 건설현장에서 많이 사용하는 에폭시를 이용하여 부착하였다. FRP 판과 콘크리트 합성구조의 구조적 거동을 이해하기 위해서는 FRP판과 타설 콘크리트 사이의 정량적인 국부 부착모델이 필요하다. 본 연구에서는 이와 같은 합성구조 시스템에 간단히 적용할 수 있는 단순 부착모델을 제안한다.

FRP 판은 외부 부착된 보강 판의 효과적인 부착강도의 증진으로 실질적으로 부착강도에 대한 많은 연구가 수행되어왔다. 선행연구자들은 이러한 부착강도를 알아보기 위하여 다양한 변수를 설정하여 실험을 통하여 FRP 판의 부착강도를 규명하였다. 그러나, 이러한 부착강도를 알아보기 위한 실험은 장비구축의 비용과 시간 소비가 많이 되고 수행하기 어렵기 때문에 국한적으로 수행되고 있다. 본 연구는 선행연구자들의 부착실험 데이터를 다양한 신경망 모형과 알고리즘을 적용하여 최적의 인공신경망 모형을 개발하는데 그 목적이 있다. 인공신경망 모형의 출력층은 부착강도, 입력층은 FRP 판의 두께, 폭, 부착 길이, 탄성계수, 인장강도와 콘크리트의 압축강도, 인장강도, 폭을 변수로 선정하여 학습을 수행하였다. 개발된 인공신경망 모형은 역전파 학습 알고리즘을 적용하였으며, 오차는 0.001범위에 수렴되도록 학습을 하였다. 또한, 일반화 과정은 Bayesian 기법을 도입함으로써 보다 일반화된 방법으로 과대적합의 문제를 해소하였다. 개발된 모형의 검증은 학습에 이용되지 않은 다른 선행연구자들의 부착강도 결과 값과 비교함으로서 실시하였다.