The fiber reinforced polymer (FRP) strengthening is significantly effective for enhancing the performances of concrete to the high strain rate loadings. However, the FRP retrofitted concrete members show different behaviors comparing to quasi-static cases. This study presents experimental observation on behaviors of meso-scale concrete members retrofitted with FRP sheets under low-velocity drop-weight impact loadings. Concrete specimens with the dimensions of 100×100×400 mm were fabricated and various FRP sheets were attached. The specimens with a reinforced bottom surface and the doubly reinforced specimens showed much higher energy absorptions. Also, reinforced concrete (RC) members were cast and reinforced with CFRP sheets. The FRP flexural and shear strengthening RC beams has weakness in the spalling failure because the impact load concentrated the concrete face which is not strengthened with FRP sheets.

FRP Sheet와 비좌굴가새를 적용한 보-기둥 접합부의 보강효과를 평가하기 위하여 보-기둥 접합부 실험체에 축력 및 반복 횡가력을 가하여 실험을 수행하였다. 동일한 크기의 6개의 실험체를 제작하였으며 FRP Sheet의 종류 및 비좌굴 가새의 유무를 변수로 하였다. 실험체의 파괴양상 및 최대하중, 연성지수, 에너지소산능력의 측면에서 실험결과를 분석하였다. 실험결과 CFRP Sheet와 비좌굴가새를 혼용한 보강방법이 가장 우수한 성능을 나타냈다.

본 연구의 목적은 철근콘크리트 휨 부재에 탄소섬유시트, 유리섬유시트, PET(polyethylene terephthalate) 섬유 등을 이용하여 보강 했을 때, 보강재 종류, 보강재 물성, 보강량 등에 따른 보강효과를 파악하는 것이다. 변수별 보강효과를 파악하기 위해 가상의 휨부재를 기준실 험체로 선정하여, 기준실험체에 대해 항복단면과 극한단면일 때의 모멘트-곡률 관계를 파악하였다. 보강하지 않은 기준실험체에 보강재 종류, 보강재 물성, 보강량 등 다양한 변수를 적용하여 총 11개의 실험체의 모멘트-곡률 곡선을 비교하였다. 분석 결과, 보강하지 않은 실험체에 비해 보강한 실험체의 휨강도는 높게 나타났다. 그러나 연성에 대해서는 보강하지 않은 기준실험체가 가장 우수한 것으로 나타났다. 변수별 휨 보강 효과는 보강량이 많고, 파괴시 재료강도가 높을수록 우수하게 나타났으며, 연성효과는 보강재의 파괴시 변형률이 높을수록 우수한 것으로 나타났다. 손상 전과 손상 후의 보강효과에 대해서는 휨보강 효과와 연성효과 모두 10% 이내로 미미하게 나타나 손상상태에 있더라도 온전한 상태로 해석해도 큰 차이가 없을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 FRP로 보강된 장방형 철근콘크리트 기둥의 구속효과에 미치는 형상계수의 영향력 평가를 수행하였다. Lam and Teng의 연구결과를 바탕으로, FRP 종류를 구분하고, 단면형태에 따라 총 150여개의 철근콘크리트 기둥 실험 데이터를 분석하였다. 분석 결과, 단면의 형상계수가 구속효과에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났으며, FRP로 보강된 장방형 철근콘크리트 기둥은 보강되지 않은 철근콘크리트기둥에 비하여 구속효과가 28%에서 67%까지 증가되는 결과를 나타냈다. 또한, 정방형 형태는 장방형 형태에 비하여 약 20% 정도 증가되는 구속효과가 나타남을 확인할 수 있었다. 현재 FRP 보강에 대한 구속효과 산정식은 매우 복잡한 형태를 보이고 있으며, 실무에 적용하기 어려운 실정이다. 이에 본 연구에서는 분석한 결과를 이용하여, 간단한 구속효과 산정식을 제안하였다.

In this study, experimental research was carried out to evaluate the structural performance of the reinforced concrete beam retrofitted by strengthening methods(embedded CFRP rod of hexagon, CFRP Sheet) in existing reinforced concrete buildings. Test results showed that the maximum load carrying capacity of retrofitted specimens(NER2, NER2-C) were increased by 1.46 ~ 1.67 times respectively in comparison with the standard specimen(NBS).

본 연구에서는 기존 철근콘크리트 건축물의 구조성능 개선을 위하여 표면요철 매입형 FRP봉과 CFRP시트를 사용한 철근콘크리트 보의 구조성능을 평가하기 위하여 실험을 수행하였다. 표면요철 매입형 FRP봉의 사용량, CFRP시트 보강 유무에 따라 총 7개의 실험체를 제작하고 실험을 수행하여 구조성능을 평가하였으며, 본 연구의 실험결과를 근거로 다음과 같은 결론을 얻었다. 표면요철 매입형 FRP봉 보강 실험체 NER 시리즈의 경우, 표준실험체 NBS와 비교하여 12~46% 내력이 증가하였고, 표면요철 매입형 FRP봉과 CFRP시트를 복합 보강한 실험체 NERL 시리즈는 표준실험체 NBS보다 최대내력이 22~77% 증가하였다. 그리고 표면요철 매입형 FRP봉으로 보강된 실험체 NER 시리즈는 부착슬립, 피복분리 형태로 파괴되었으나, 표면요철 매입형 FRP봉과 CFRP시트을 복합 보강한 실험체 NERL 시리즈는 CFRP시트의 연속보강에 따른 콘크리트 구속효과 및 모재와 표면요철 매입형 FRP봉의 부착강도 증가로 인하여 부착슬립의 형태로 파괴되었다.

In this study, we model the pillars was actually performed finite element analysis while changing the amount of reinforcement in the top and bottom of the column the FRP sheet. The behavior of reinforced concrete structures and reinforced by examining the optimal amount of FRP reinforcement decided.

본 연구에서는 강섬유와 FRP 시트에 의한 충격 저항성능 향상 효과를 평가하기 위하여 고속 충격하중을 받는 2방향 RC 슬래브에 대한 유한요소 해석을 수행하였다. 유한요소 해석 프로그램으로는 충격해석에 탁월하다고 알려진 LS-DYNA를 사용하였으며, 실험결과와의 비교를 위하여 핀란드 VTT 연구소에서 수행한 고속 충격 실험과 동일한 조건으로 해석을 수행하였다. 2100×2100×250 mm의 RC 슬래브에 강 (steel)발사체를 통해 충격하중을 가하였으며 발사체의 무게는 47.5kg, 속도는 134.9m/s였다. 본 연구에서는 별도의 재료부재에 대한 충격실험을 통해 해석에 사용할 재료 모델을 검증하였다. 본 해석에서는 SFRC의 비선형적 연화 현상을 모사하기 위해 elastic-plastic hydro model을 적용하였으며, 보통콘크리트와 FRP의 재료모델을 모사하기 위해서 concrete damage model과 orthotropic elastic model을 각각 사용하였다. 해석 결과, 제안된 해석 기법은 충분한 신뢰성을 가지고 있으며, 보강 재료와 보강 기법의 유효성을 평가하는데 효과적으로 적용할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 강섬유와 FRP Sheets 보강방법은 고속충격하중에서 우수한 충격 저항 성능을 보여주는 것을 확인하였다.

In this study, thickness of FRP sheet on Connector, which did not cause any physical damage to concrete column, was decided by using nonlinear finite element analysis. Through this analysis, the optimal thickness was determined by a thickness of the Glass Fiber sheet

충격 하중 재하 실험의 경우 빠른 하중 재하 속도로 인해 실험 데이터를 측정하는 방법에 있어 많은 어려움이 있다. 또한 부재의 국부적 손상을 측정하지 못함으로써 부재의 동적 거동을 왜곡하는 문제점이 존재한다. 따라서, 본 연구에서는 충격 실험에서의 한계를 극복하기 위하여 명시적(explicit) 유한요소 해석 프로그램인 LS-DYNA를 이용하여 FRP Sheet 및 강섬유로 보강된 콘크리트의 저속 충격 하중 하에서의 동적 거동을 분석하였다. 해석 모델은 1방향 및 2방향 부재이며 충격 하중 재하 시 부재의 국부적 파괴를 고려하고 있다. 해석결과 강섬유에 의해 보강된 SFRC와 UHPC 부재의 경우 충격 저항성능이 크게 향상되었다. FRP Sheet로 보강한 경우 GFRP가 CFRP보다 우수한 충격 저항 성능을 보였으며 FRP Sheet의 방향성에 의한 영향은 크게 나타나지 않았다. 본 연구에서 수행된 해석은 충격 실험 결과와의 비교를 통해 그 신뢰성이 검증되었다.

국내에서 공동주택이 대량으로 공급되었던 1980～1990년대에는 콘크리트의 설계기준강도가 약 18MPa로 낮았으며 또한 대부분의 기둥은 수직하중만을 고려하여 설계되었다. 본 연구에서는 수명이 오래된 콘크리트 기둥의 성능을 향상시키기 위하여 시공이 간편하고 내식성이 우수하며 인장성능이 매우 뛰어난 탄소섬유시트로 보강된 RC 기둥의 압축강도 성능평가 실험을 수행하였다. 기둥을 구속하는 탄소섬유시트의 wrapping 각도는 수직하중과 수평하중에 저항할 수 있도록 기둥의 재축방향에 대하여 ±60°각도로 보강하였다. 실험을 수행한 후 압축강도 및 변형률의 증가양상과 시험체의 파괴양상을 분석하였으며 실험결과의 회귀분석을 수행하여 향상된 압축강도를 예측할 수 있는 회귀식을 작성하였다.

최근 지진, 노후화 등에 따라 손상된 많은 콘크리트 구조물을 보강하기 위하여 고강도이면서 가볍고 내구성이 뛰어난 특성을 가지고 있는 FRP(Fiber-reinforced polymer) 시트가 구미에서 뿐만 아니라 우리나라에서도 널리 사용되고 있으며 관련연구도 활발히 체계적으로 이루어지고 있다. 일반적으로 FRP 시트로 보강된 RC구조물은 지진, 교통, 온도 등에 의해 자주 반복하중을 받는다. 그러나 대부분의 연구가 일축 하중하에 이루어진 경우가 대부분이며 이러한 연구결과를 토대로 FRP의 부착특성을 확인하고 있으며 다양한 부착모델을 제안하고 있다. 이러한 관점에서 본 연구에서는 아라미드섬유, 탄소섬유, 폴리아세탈 섬유와 매수를 변수로 하여 총 18개의 시험체를 제작하고 최대부착강도, 최대변위, 변형률을 측정하고 그 결과에 근거하여 부착응력, 슬립을 계산하여 반복하중하의 FRP 시트와 콘크리트의 부착특성을 미시적으로 살펴보았다.