본 연구는 바이오차를 혼입한 콘크리트를 구조용 재료로 활용할 가능성을 검토하기 위해, 보강근의 종류에 따른 부착 성능 차이를 실험적으로 분석하였다. 이를 위해 직접 인발 실험을 수행하였으며, 실험 변수로는 콘크리트의 종류(일반/바이오차), 보강근의 종류(철근/GFRP), 보강근 직경(D13/D16)을 설정하였다. 실험 결과, 일반 철근을 적용한 실험체에서는 바이오차 혼입이 부착강도 저 하를 유발하였으며, 특히 D13 보강근에서 약 30%의 감소가 확인되었다. 반면, GFRP 보강근을 적용한 실험체에서는 바이오차 콘크리 트를 적용한 경우 부착성능이 소폭 향상되는 경향을 보였다. 또한 보강근의 직경이 증가할수록 최대 인발하중 및 평균 부착강도가 증가하는 양상이 일관되게 관찰되었다. 이러한 결과는 GFRP 보강근과 바이오차 콘크리트의 조합이 기계적 결합력 증대를 통해 긍정적인 구조 성능을 발휘할 수 있음을 시사하며, 향후 지속가능한 콘크리트 구조물의 보강설계에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 보행자용 방호울타리의 구조 재료를 FRP로 대체하는 경우의 구조적 타당성을 동적 조건에서 검토하였다. ABAQUS/Explicit 기반의 비선형 충돌 해석을 통해 FRP 복합재 방호울타리의 충돌 거동을 분석하였으며, 각 재료의 비선형성을 반영 한 적절한 재료 모델을 적용하였다. 해석 결과, 기존 강재 방호울타리는 최대 약 167.6 mm의 변위가 발생하였으며, 방호구조물 및 기둥부의 소성 파괴가 관촬되었다. 추가적으로 콘크리트 연석의 고정부에서는 광범위한 파괴 양상이 확인되었으며, 이는 차량 충돌 시 구조체가 보행자 측으로 비산될 수 있는 위험성을 내포한다. 한편, CFRP 및 GFRP 방호울타리는 강재 대비 최대 변위가 약 7.1∼ 9.6%까지 증가하였으며, Hashin 파손 기준에 따른 파손 지수가 최대 1,548.428로 나타나 초기 단계에서 파손이 시작된 것으로 분석 되었다. 이러한 결과는 단순한 재료 치환만으로는 충분한 구조 안전성을 확보하기 어려움을 보여주며, FRP 복합재에 적합한 구조 설계 및 변수 최적화에 대한 추가 연구가 필요함을 시사한다. 아울러 수치해석 결과의 신뢰성 확보를 위해서는 향후 실험적 검증이 필수적이다.

본 연구는 고속철도 궤도 구조의 핵심 부재인 상부 콘크리트층(TCL)에 GFRP 보강근을 적용하여 기존 철근을 대체한 구조의 비선형 동적 거동 특성을 규명하였다. GFRP는 비도전성, 내식성, 경량성과 같은 특성을 갖추고 있어 철도 신호 간섭 방지와 내구성 향상에 적합하다. 국내외 설계기준은 정적 하중 중심이어서 GFRP 적용 구조의 동적 응답과 균열 거동에 대한 연구가 부족한 상황이다. 이에 본 연구에서는 동적 비선형 3차원 유한요소해석을 수행하여 GFRP 보강 TCL 구조와 기존 철근 보강 구조의 하중-변위, 균열폭, 응력 분포를 비교하였다. 분석 결과, 철근 적용 구조는 높은 연성으로 인해 반복 재하에 따른 균열 확대가 크지만 GFRP 적용 구조는 취성적 파괴 양상을 보이며 균열폭이 작고 안정적이었다. 두 구조 모두 허용기준 내의 성능을 만족하였으며, GFRP 보강 구조는 특히 반복 하중에 대한 안정성과 구조 신뢰성에서 우수한 결과를 나타냈다. 본 연구는 GFRP 보강근을 활용한 철도 구조물의 설계 및 유지관 리 측면에서 실용적 근거를 제시하며, 향후 설계기준 수립에 기여할 수 있을 것이다.

본 연구에서는 반복 하중에 의한 철근 및 GFRP로 보강된 교각 기둥부의 비선형 거동을 수치해석적으로 모사하기 위하여 Parabolic 함수와 Weibull 함수가 적용된 콘크리트 손상 소성모델 및 운동학적 경화모델을 적용하였다. 3차원 유한요소 모델링을 구현하였으며, 고속도로용 교각 기둥부의 실제 설계 제원을 기반으로 GFRP 보강근의 축방향 배근 개수를 변화하였을 때 하중-변위 곡선 및 포락선을 도출하여 각 변수해석 결과를 비교 분석하였다. 본 연구의 수치해석 결과로부터, 교각 기둥부와 같은 압축부재에 기존의 국외기준에서 GFRP 보강근의 압축성능이 무시된 것은 보수적이고 과다한 설계로 판단되며, 본 연구결과는 GFRP 보강근의 압축부 설계에 대한 가이드라인이 될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 강재 보행자용 방호 울타리 고정부 부식에 따른 유효단면적 감소로 인한 강성 저하를 해결하기 위해 내부식성이 뛰어난 GFRP, CFRP를 볼트에 적용하여 설계하중에서의 적용성을 검증하였다. 강재에서 유효단면적은 부식이 20년 진행 되었을 때 1.4mm 감소하여 기둥 변위는 28.65mm로 측정되어 부식의 심각성을 인지하였다. FRP 적용 시 평가는 파손 지수(DI)를 통하였고 CFRP 고정부 앵커에서 최대 성능의 30% 수준을 사용하여 설계하중에 만족함을 보였다. 또한, 콘크리트 연석에 가하는 쪼갬 인장응력 이 강재 대비 0.93배로 확인되었다. 이는 FRP 볼트 적용 시 강재와 동일한 방법으로 연석을 검토할 수 있을 것으로 판단된다. 결론적 으로 강재 부식에 따른 강성 저하는 구조물의 심각한 영향을 주어 부식 저항성이 높은 재료의 대체는 필수적이며, 동시에 보행자용 방호 울타리의 설계하중에 대한 연구가 추가적으로 수행 되어야한다.

본 연구는 수소 탱크를 고정하는 강재 볼트의 부식으로 인한 성능 저하 문제를 해결하기 위해 내부식성 복합재료로 알려진 Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) 및 Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP)를 활용한 앵커 시스템을 제안하고, 이를 지진 하 중 하에서의 안전성 평가를 통한 적용 타당성 검토를 수행하였다. 연구에서는 현장 조사를 통해 실제 사용 중인 수소 탱크의 설계 제 원을 확보한 후 이를 바탕으로 유한요소해석을 수행하였으며, AC 156 인공 지진파를 적용하여 FRP 앵커 볼트와 기존 강재 앵커의 성 능을 비교 분석하였다. 주요 분석 결과, FRP 앵커 볼트를 적용한 수소 탱크는 강재 앵커 볼트에 비해 고유 진동수가 21% 증가하여 구 조적 강성이 향상됨을 확인하였다. 또한, 가속도 응답 분석 결과 FRP 앵커 볼트는 상부 가속도를 감소시켜 지진 하중에 대한 저항성을 증진하는 것으로 나타났다. 응력 해석에서는 FRP 앵커 볼트가 강재 앵커 볼트에 비해 유효 응력이 약 91% 감소하여, 구조적 안전성이 크게 개선되었다. 그러나, FRP 앵커 볼트 적용 시 기초 콘크리트에 가해지는 쪼갬 인장 응력이 강재 앵커 대비 최대 3.5배 증가하는 것으로 나타났으며, 이에 따라 FRP 앵커 볼트 사용 시 기초 콘크리트의 보강이 필요할 것으로 사료된다. 이러한 연구 결과는 수치해석 에 국한된 결과로, 향후 실제 지진 하중을 모사한 실험적 검증이 필요하다. FRP 앵커 볼트의 적용 가능성은 향후 연구를 통해 광범위 하게 평가될 것이며, 이를 통해 수소 인프라의 내구성과 안전성을 더욱 강화할 수 있을 것으로 기대된다.

철근은 콘크리트와 결합하여 인장 능력을 보완하고 표면 피막으로 부식을 방지하지만, 탄산화 및 염화물 침투로 인해 부식이 발생하면 내력이 저하된다. 이를 해결하기 위해 내부식성이 뛰어난 GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer) 보강근이 철근 대채제로 주 목받고 있다. 본 연구는 직경에 따른 GFRP 보강근의 부착특성을 철근과 실험적으로 비교 분석하였다. 콘크리트는 약 39MPa의 고강도 에 가까운 콘크리트를 사용하였으며, 보강근의 직경은 D10과 D13을 사용하였다. 실험 결과, GFRP 보강근의 평균 부착 응력은 17.21MPa로 철근의 18.14MPa와 유사하게 나타났다. GFRP 보강근의 슬립 양은 3.05mm로 철근의 1.53mm 보다 크게 나타났다. 또한 GFRP의 경우 인발 과정에서 표면에 국부손상이 발생하는 것을 확인하였다.

본 연구에서는 철근의 부식 문제를 근본적으로 해결하기 위하여 고속도로 교각 두부보에 GFRP 보강근을 적용하고 구조설계 및 3차원 유한요소해석을 수행하였다. AASHTO LRFD 설계기준에 근거하여 교란영역(D-region)인 두부보를 설계하였으며, 기존 연구결 과를 바탕으로 설계기준보다 완화된 계수를 적용하여 결과를 비교하였다. 또한, 두 가지 설계에 대해 각각 3차원 유한요소해석을 수행 하여 설계 결과를 검증하였다. 본 연구의 결과로부터 완화된 계수 적용을 통해 GFRP 보강 교각 두부보의 경제성 확보가 가능하다는 결과를 얻었으며, 이는 다양한 GFRP 보강 콘크리트 구조물의 실용화에 기여할 수 있을 것이라 기대된다.

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 연구에서는 철근 부식 문제의 근본적인 해결책으로 각광받고 있는 GFRP 보강근을 교각의 두부 보에 적용하기 위해 철근 보강 콘크리트로 설계된 고속도로 교각의 두부보를 철근 대신 GFRP 보강근 으로 대체하여 설계하고 실용화를 위해 필요한 요소를 발굴하였다. 교란영역(D-region)인 두부보 설계 를 위해 8도로교량의 콘크리트 바닥판, 콘크리트 방호울타리 등의 휨 지배 구조물9의 설계로 적용범위 를 한정하고 있는 국내 설계기준 대신 8AASHTO LRFD Bridge Design Guide Specifications for GFRP-Reinforced Concrete 2nd Edition9을 적용하여 설계하였다. 이를 통해 철근 대비 지나치게 보 수적인 설계 요소 및 GFRP 재료가 철근 대체재로 활용되기 위해서 보완되어야 할 점을 제시함으로써 향후 GFRP 보강근 적용 부재의 확대 및 실용화에 기여할 수 있을 것이라 기대한다.