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.

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.

본 연구에서는 콘크리트 구조물의 내구성 고도화를 위하여 고속도로용 교각 기둥부에 대하여 내부 식성이 우수한 GFRP 보강근 적용하였으며, 설계적 분석, 축소모형 시험체 제작 및 성능 시험을 통하 여 실용화의 타당성를 검증하였다. 설계적으로 교각의 기둥부는 축방향 주철근을 GFRP 보강근으로 대체하였다. 일반적으로 GFRP는 압축부에 취약한 것으로 알려져 있으며, 국외 기준의 경우는 압축부 에 대하여 GFRP 보강근은 저항력이 없는 것으로 가정하고 있다. 본 연구에서는 탄성 교각에 대하여 기존 철근을 대체할 수 있는 GFRP 보강근의 설계적 방안 제시 및 실물 시험을 통한 성능 검증을 수 행하여 결과를 제시하였다. 본 연구 결과는 고속도로용 탄성 교각 기둥의 내구성 증진을 위한 설계 및 실용화에 있어 가능한 가이드라인을 제시할 것으로 기대된다. 다만, 본 연구에서 다룬 기둥부는 주철 근만을 GFRP 보강근으로 대체한 것으로, 향후 GFRP 나선형 보강근 등의 적용, GFRP의 축하중 분담 률 및 건조수축 크리프 특성, 기둥부의 최소 보강근비 산정 그리고 GFRP 보강근의 압축강도 측정법 등 상세 사항에 대한 추가적인 연구가 필요할 것이다.

본 연구는 실내실험 및 수치해석을 적용하여 GFRP 보강근의 콘크리트 휨 및 인발 부착성능을 분석하였다. 부착길이 변화에 대하여 철근 또는 GFRP로 보강된 콘크리트 보의 하중-변위 곡선을 도출하였다. 또한, 두 타입의 근에 대하여 인발 실험 을 수행하였다. 다음으로 3차원 유한요소 해석을 통하여 실험 결과를 검증하였다. 본 연구로부터 도출은 결과는 GFRP 보강근이 철근을 대체하는 휨 및 인발 부착 성능을 보유하고 있음을 보여 준다.

본 연구에서는 유리섬유보강근(GFRP rebar)를 적용한 SB6 등급 콘크리트 방호벽의 비선형 동적 해석을 수행하였다. ACI 설계기준에 근거한 새로운 방호벽 구조에 대하여 소형차와 트럭의 충돌에 대한 유한요소 모델링을 수행하였다. 트럭 충돌 에 대하여 제안한 모델은 기존의 철근을 적용한 모델과 비교하였을 때 구조적으로 만족할 만한 성능을 보였다. 또한, 소형차 충 돌 해석으로부터 산출한 탑승자 보호지수는 한계기준 범위 안에서 만족하였다. 이러한 결과로부터, 제안한 방호벽 구조는 기존 철근을 적용한 방호벽을 대체하여 실용적으로 적용이 가능할 것으로 기대된다.

본 연구는 이러한 단점을 보완하기 위해 철근을 대체하여 내산화성과 전기저항이 높은 GFRP 보강근을 적용한 도상슬래브의 최적 변수해석을 수행하였다. 철도 궤도슬래브에 적용되는 철근은 열차 운행 중 신호전류의 손실을 일으켜 열차의 안정성을 저해하며, 철 근의 부식으로 내구성이 저하될 수 있다. GFRP 보강근의 직경 및 배근 개수 변화가 전체 콘크리트 도상슬래브의 휨강도 및 균열제어 에 미치는 영향을 유한요소 변수해석을 통하여 상세분석하였다. 해석 결과, GFRP 보강근의 직경 및 배근을 합리화하여 제안하였으며 이러한 경우 기존 배근보다 더욱 경제적인 단면을 도출할 수 있음을 알 수 있었다. 본 연구로부터 도출된 결과는 향후 GFRP 보강근을 적용하여 도상슬래브를 설계하는 경우 보다 합리적이고 경제적인 단면을 산정할 수 있는 가이드라인이 될 수 있을 것으로 기대된다.

Fiber-reinforced polymer (FRP) bars have advantages as a construction material, including corrosion resistance, lightweight and high tensile strength. However, FRP rebars have shortcomings, such as low elastic modulus comparing to the steel rebar. With these reasons, FRP bars have not been widely used to reinforced-concrete (RC) structures. To overcome these shortcomings, the steel-hybrid GFRP rebars were developed by the authors at Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT). Mechanical properties of the developed steel-hybrid GFRP rebars were experimentally evaluated through this study. Both tensile and bonding tests were conducted and the mechanical performance was investigated as well as corrosion resistance. As a result of all tests, elastic modulus, tensile strength and boding strength of the steel-hybrid GFRP rebars were all improved in comparison with fully GFRP rebars.

GFRP 보강근과 콘크리트의 부착성능은 접착력, 부착력 및 지압력으로 발휘되며 보강근의 표면처리 방식이나 외피형상에 따라 발휘되는 부착저항력의 종류와 크기는 다르다. GFRP 부착 해석모델에 대한 선행연구를 살펴보면 철근의 부착 해석모델을 일부 수정하여 발전시키거나 수치해석을 통한 매개변수의 수가 많은 복잡한 해석식을 제안하였다. 전자의 경우에는 규격화된 마디형상을 갖는 철근과 달리 구성재료, 배합방법, 제조방법에 따라 다양한 외피형상을 가지는 GFRP 보강근의 특성을 포괄적으로 제안하는 데는 제약이 있으며 후자의 경우에는 수치해석으로 인한 수학적 관계식으로 GFRP 보강근의 부착거동과의 역학적인 관계를 고려하기에는 어려움이 있다. 따라서 이 연구에서는 GFRP 보강근의 콘크리트와의 외피형상에 따라 달라지는 부착메커니즘을 반영한 부착 해석모델을 제안하고자 하였다. 제안한 부착 해석모델에 대한 적합성 검증을 위하여 타 연구자가 수행한 실험값과 비교하였으며 기존의 부착 해석모델인 BPE 부착 해석모델과 CMR 부착 해석모델과의 비교연구도 수행하였다. 비교결과 이 연구에서 제안한 부착 해석모델이 실제 거동에 가장 근사하게 평가하였다.

The purpose of this paper is to assess the effect of surface characteristic of GFRP rebar on concrete-reinforcement bond behavior. For sample preparation, 10 GFRP rebar with two types of surface conditions were used to fabricate 15×15×15cm sized GFRP reinforced concrete. Then, pull-out test was carried out on each concrete samples until the maximum bond strength was achieved. From the test result, it was found that the maximum bond strength at the lattice type is 1.38 times higher than that for unidirectional surface.

The purpose of this study is to evaluate the tensile strength of GFRP and BFRP Rebar after exposure to environmental factors of deterioration (alkali, freezing -thawing) in order to present that as basic data for the application of FRP Rebar as concrete reinforcement. As a result, in the exposure of an alkali environment, the deterioration of fiber-resin was accelerated as the temperature increased, and it was found that there was an insignificant effect on freezing-thawing.

In this experimental study, the characteristic of damages on GFRP rebar exposed to high temperature only and immerged in alkaline solution after the exposure to high temperature was analyzed through microscopic image analysis. The found microcrack and pores in resin matrix were quantitatively compared if there was effect of pre-exposure to high temperature. The damages, such as microcrack and pores in resin matrix, by alkali exposure were mainly found in rebar surface. On the other hand, the pores caused by high temperatures were extensively found in a section and had greater width than those caused by the alkali exposure. In results of the quantitative comparison, the accumulated length and widths of microcrack and pores in resin matrix in pre-exposed GFRP rebar to high temperature were respectively 1.5 and 1.4 times of those in the GFRP rebar only immerged in alkali solution. Therefore, the deterioration of resin matrix by the alkali exposure could be accelerated due to the pre-exposure to high temperature.

This paper introduces the recent development of GFRP-steel hybridized rebar and deals with an evaluation of its mechanical performance by authors. The objective of this study is to investigate tensile and bonding performance of the GFRP-steel hybridized rebar. The effect of hybridization on tensile properties was evaluated by comparing the results of tensile test with those of non-hybrid GFRP bars. The surface of the bar was designed and experimentally evaluated to obtain the sufficient bond strength in this study. To ensure the long-term durability of GFRP-steel hybridized rebar to corrosion resistance, the individual and combined effects of environmental conditions are currently under investigation.

Accelerated alkali resistance test were conducted for pre-heated GFRP Rebar. The GFRP rebar specimens were heated to temperatures of 60℃, 120℃, 200℃ and 300℃ and then immerged in alkali solution for 30days. According to ACI 440.3R-12, tensile properties were measured.