최근 프리팹 부재간 비간섭 계면이음 설계기술이 도입되고 기계주입식 충진 기술의 실용화 성공으 로, 교량 프리캐스트 바닥판 시공의 저해요인이 상당히 해결될 수 있다. 이 때 프리팹 부재에 GFRP 보강근을 적용한다면 가공조립비 절감 효과가 있고, 프리팹 부재의 경량화로 경제성이 제고될 뿐 만 아니라, 현장 안전성과 작업편의성이 향상될 것으로 보인다. 기존 철근 연신율은 20% 내외 수준인데 반해 GFRP 보강근의 파괴변형율은 3% 내외이며 탄성계수는 50GPa (강재 대비 25%수준)이므로, 이 러한 재료특성 차이로 인한 휨성능에 대한 영향 평가가 필요하다. 특히 GFRP 보강근을 프리캐스트 바닥판과 거더 간 계면이음 적용에 따른 영향을 평가하기 위한 프로토타입 거더를 설계하고, 재료간 계면의 부착 특성을 고려한 유한요소해석 모델을 수립하고 극한 휨성능과 소요 계면 전단성능과의 상 관관계를 검토하였다. 추후 본 변수해석 연구에 대해 실험적 검증이 완수된다면, GFRP 보강근 설계기 술을 정립하는 데 기여할 것으로 기대된다.

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.

국내 건축물에서는 노후한 철근콘크리트 구조물의 안전성이 중요한 문제로 대두되고 있다. 구조물 부분이나 전체의 무너짐으로 인해 경제적 손실을 초래할 수 있으며, 이는 주로 구성 재료의 내구성 결 함으로 인해 발생한다. 여러 노후화 인자 중 동결융해와 부식은 주요한 열화 요인으로 작용한다. 동결 지역의 구조물은 동결융해가 위험 요소로 작용할 수 있으며, 해양 구조물은 해수에 존재하는 염소이온 에 의해 부식될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 복합 열화 작용과 철근콘크리트 부재의 성 능 저하 관계를 이해하는 것이 필요하다. 본 연구는 동결융해와 부식의 복합적 피해가 RC 보의 거동 에 미치는 영향을 실험적으로 조사하였다. 7개의 RC 보를 제작하여 각각 다른 수준의 열화 조건을 부여한 후 휨 시험을 실시하였다.

철근콘크리트 구조물의 동결융해, 염해, 부식 등의 열화 현상으로 인해 구조물의 노후화가 발생되고 있다. 노후화로 인해 성능이 저하된 구조물의 성능 복원을 위해 FRP를 활용한 보수보강이 수행되고 있다. 본 논문에서는 동결융해 작용을 받은 철근콘크리트 보에 카본판재와 카본섬유로 휨 보강하여 동결융해 및 보강에 따른 철근콘크리트 보의 휨 성능을 비교 분석한 실 험적 연구 결과를 제시하였다. 이를 위해 철근콘크리트 보를 제작하여 300회의 동결융해를 수행한 후 카본판재와 카본섬유로 휨보강을 하여 성능 실험을 수행하였다. 실험 결과, 동결융해로 철근콘크리트보의 항복강도는 11% 감소하였으며, 동결융해를 입 지 않은 철근콘크리트보의 항복강도 보강성능은 20%, 동결융해를 입은 후 보강된 철근콘크리트 보의 보강성능은 19%으로 나타 났다. 에너지소산능력을 분석한 결과 본 연구에서 수행한 CFRP 보강이 동결융해로 열화된 철근콘크리트 보의 휨 보강에 유리 한 것으로 나타났다.

콘크리트 구조물은 시간이 경과함에 따라 Steel Re-bar 부식 등이 원인이 되어 주요 구조부재의 내력이 저하된다. 이 를 방지하기 위해 아연도금, 에폭시 코팅, 피복두께 증가 등의 방법이 사용되지만 근본적인 문제가 해결되지 않는다. 최근 들어 Steel Re-bar를 대체할 복합섬유에 대한 연구가 활발히 수행된다. CFRP Re-bar는 경량이며 고강도이고 내식성이 우수하다. Steel Re-bar의 임계온도는 538℃인 반면 CFRP Re-bar의 임계온도는 250℃로 화재에 취약하다. 따라서 건설현장에 적용하기 위한 내 화피복 방안이 필요하다. 본 연구에서는 콘크리트 피복두께(40, 60, 80mm), SFRM(0, 15, 30mm)두께를 변수로 CFRP Re-bar가 배 근된 표준화재 3시간 노출된 콘크리트 기둥 단면의 온도분포를 확인하고, 온도상승에 따른 소재 강도 감소를 고려하여 P-M상관 도를 도출하였다. 이를 통해 건설현장에 CFRP Re-bar를 사용하기 위한 내화피복 두께를 제안하고자 한다. 1시간 내화성능을 만 족하기 위해 콘크리트 피복두께가 60mm 필요하며, 2시간은 80mm가 필요하다. SFRM 15mm를 도포하면 400×400 단면의 경우 2 시간, 600×600과 800×800 단면의 경우 3시간 내화성능을 만족한다.

국내 건설현장에서 장스팬 구조물이 증가함에 따라 콘크리트와 강재를 조합한 충전형합성보의 적용이 증가하고 있 다. 충전형합성보는 경제적이며 시공성이 향상되고 콘크리트 축열효과에 따라 내화성도 우수하다. 충전형합성보 내부에 휨성능 을 향상시키기 위해 Re-bar로 보강하여 사용한다. 이는 콘크리트 균열에 의해 부식 되어 내력저하를 유발한다. CFRP Re-bar는 경량이며 내부식성이 우수하다. 그러나 임계온도가 250℃로 낮기 때문에 화재에 취약으로 적절한 내화피복재를 적용해야된다. 따라서 열전달해석을 통해 내부 CFRP Re-bar가 보강된 충전형합성보의 온도분포를 확인하였다. 온도 상승에 따른 휨내력을 산 정하여 피복두께를 제안하고자 한다. 해석결과 단면크기에 상관없이 콘크리트 피복두께 40mm와 뿜칠내화피복재 20mm를 적용 하면 표준화재에서 3시간 내화성능을 확보하는 것으로 평가되었다.

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.

본 연구에서는 직관적인 적용 및 응용이 가능한 FRP 구속 콘크리트의 재료모형을 반영하는 단면해석 기법을 적용하여 FRP 보강 RC 교각의 성능 증진효과 분석을 수행하였다. 분석 대상 교각은 국내 시설물 내진성능평가 지침인 ｢기존 시설물 (교량)의 내진성능 평가요령 해설 및 예제집(국토해양부, 2015)｣에서 제시하고 있는 예제 모델을 대상으로 하였으며, Lam and Teng. (2003)의 FRP 구속 콘크리트 재료 모델을 활용하여 단면해석을 수행하였다. 미국 콘크리트 학회(ACI, American Concrete Institute)의 구조물 FRP 보강 매뉴얼인 ACI440.2R-17에서 제시하고 있는 구조물 보강용 FRP 소재 물성 제원을 활용하였으며, 구조물 FRP 보강 설계 세부 조항을 따랐다. 국내 내진성능 평가요령에 제시된 교각의 축방향 철근 겹침이음을 조항을 고려하여 기존 교각의 콘크리트 재료 물성을 가정하여 매개변수 연구를 수행하였으며, FRP 보강재 소재별 보강 겹수를 고려하여 FRP 보강 RC 교각의 휨 성능 증진 효과 분석을 수행하였다.

본 논문은 FRCM 공법으로 보강된 철근콘크리트 보의 휨 성능을 예측하기 위한 해석적 연구결과를 제시한다. FRCM 공법으로 보강된 철근콘크리트 보의 휨 성능 예측을 위해 상용구조해석 프로그램인 LS-DYNA를 이용하여 유한요소해석이 수행되었다. 유한요소해석시 콘크리트와 모르타르는 Solid 요소로 모델링 되었으며, 철근과 FRP 그리드는 각각 Beam 요소 및 Shell 요소로 모델링되었다. 또한, 콘크리트와 철근은 완전부착하는 것으로 가정되었으며, 콘크리트와 모르타르 경계면의 부착파괴를 모사하기 위하여 Contact_Tiebreak_Surface_to_Surface 요소가 사용되었다. 이후, 국내⋅외 여러 연구자들에 의해 수행된 실험의 재현해석을 통해 제안된 유한요소해석 모델의 신뢰성이 검증되었다. 실험결과와 해석결과의 파괴양상을 분석하였을 때, 본 연구에서 제안된 유한요소해석 모델은 실험체의 부착파괴를 적절히 모사할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 해석을 통해 예측된 극한 강도에 대한 실험결과의 비는 평균 1.04, 표준편차 0.064로 제안된 해석모델은 FRCM 공법으로 보강된 철근콘크리트 보의 휨 성능을 비교적 잘 예측할 수 있는 것으로 나타났다.

Precast concrete (PC) modules have been increased its use in modular buildings due to their better seismic performance than steel modules. The main issue of the PC module is to ensure structural performance with appropriate connection methods. This study proposed a PC modular beam system for simple construction and improved structural and splicing performance. This modular system consisted of modules with steel plates inserted, and it is easy to construct by bolted connection. The steel plates play the role of tensile rebar and stirrup, which has the advantage of structural performance. The structural performance of the proposed PC modular beam system was evaluated by flexural test on one reinforced concrete (RC) beam specimen consisting of a monolithic, and two PC specimens with the proposed PC modular beam system. The results demonstrated that the proposed PC modular beam system achieved approximately 86% of the structural performance compared to the RC monolithic specimen, with similar ductility of approximately 1.06 fold greater.

초고강도 섬유보강 콘크리트 데크플레이트는 높은 콘크리트 압축력과 섬유에 의한 휨인장력의 우력으로 동바리 지지없이 얇은 두께의 데크플레이트로 고정하중과 작업하중을 견딜 수 있는 강성을 가지고 있다. 본 연구는 슬래브 두께, 섬유의 종류와 혼입률, 철근 및 GFRP를 변수로 휨실험을 수행하였다. 40mm∼50mm 두께의 120MPa 초고강도 콘크리트에 강섬유를 체적 대비 1.5% 이상을 혼입한 데크플레이트로 슬래브의 자중과 작업하중을 부담할 수 있으며, 철근을 보강하면 내하력이 더욱 증진 되고 연성거동을 하는 데크플레이트 특성을 가지는 것을 검증하였다.

복합재료의 구조물 활용에 있어 동적하중에 의한 재료성능에 대한 영향성은 빈번하게 발생할 수 있다. 이들 동적하중들 중 피로하중은 실제적으로 복합재료 구조 또는 부재의 손상이나 파괴를 야기하는 주요 원인이 된다. 본 연구의 일차적인 목표는 이들 복합재료의 휨 피로 성능을 조사할 수 있는 장비 개발이며 두 번째 목표로는 이들 장비를 활용, 바잘트 복합재료에 대한 휨-피로성능에 대한 초기 연구를 수행하는 것이다. 이를 위하여 진공압출공법을 활용, 평균 두께 4.0mm의 바잘트 섬유보강 플레이트를 제작하였다. 총 5개의 휨-피로 시편들이 제작되었으며 각 시편들은 반복응력 비 Smin/Smax = 1의 크기로 각 시편에 작용하였다. 이때 초기 응력레벨은 122.24MPa로 고려되었으며 재료의 파괴 한계상태를 국외자료를 토대로 초기 강 성 대비 20% 강성 감소로 고려하였다. 최종적으로 본 연구를 통하여 총 3단계 구간들에서 강성값의 감소 변화를 확인할 수 있었다. 첫 번째 구간에서는 대체적으로 높은 강성 감소가 시험체에서 발생하였으며 이후 두 번째 구간에서도 지속적인 강성값 감소가 확인되었다. 최종적으로 3단계 구간에서 복합재료 내 섬유 파단과 더불어 복합재료 전체에 대한 한계파괴상태에 도달하였다.

In this paper, the hybrid prefabricated retrofit method is suggested and examined. Six specimens were manufactured in order to evaluate their flexural performance of RC beams. Test parameters include the added beam depth, the thickness of bottom plate, the number of the steel plate with openings. The effects of these parameters on the flexural performance of reinforced concrete beams were examined. The load-deflection behavior and modes of cracks are presented from the test results. At the test result, the flexural capacity and the ductility of the hybrid prefabricated retrofit method was increased satbly. Also, comparing the flexural performance of RC beam and retrofitted RC beams, it was increased that the flexural strength is about 3.3 times, the ductility is about 2.55 times, and energy dissipation capacity is about 7.34 times.

최근 국내 구조물들의 노후화가 진행됨에 따라 구조물 보강과 관련된 연구에 대한 관심이 높아지고 있다. FRP보강은 노후화가 진행되어 성능이 저하된 구조물을 보강하는데 사용되며 주로 유리섬유를 사용한다. 그러나 이 유리섬유는 환경적 재 활용의 문제점이 대두되고 있다. 따라서 본 연구에서는 친환경적이고 내열성이 우수한 현무암 섬유를 활용한 휨 보강 플레이트 적용방법과 기존 FRP 외부부착의 문제점을 해소하기 위하여 연성 코팅용 보강페인트를 활용한 휨 보강 페인팅 적용방법을 통하여 각각의 경우에 대한 3점 휨 시험을 통하여 보강성능을 평가, 비교하였다. 그 결과 BFRP 보강의 경우 무보강 시험체에 비하여 약 1.2배 높은 강성 값을 나타내었고 콘크리트-BFRP 계면 부착력에 의한 연성효과도 나타났다. 반면 연성 코팅 보강페인팅 적용을 통한 휨 보강의 경우, 무보강 시험체에 비하여 약간의 개선효과는 나타났으나 실험체 제작의 오차 등을 고려할 때 실질적인 보강효과는 크게 나타나지 않았다. 따라서 연성 코팅페인팅을 활용한 보강방법의 경우, 향후 다양한 시공조건에 따른 추가연구가 필요할 것으로 판단된다.