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.

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.

송전철탑의 심형기초 시공 시 안전확보가 매우 중요한데, 무거운 철근을 취급하는 작업자의 중대 재 해 위험이 크고 실제로 심형기초를 위한 철근공 작업자들의 사고가 끊이질 않는 실정이다. GFRP는 철근 이상의 인장강도를 갖도록 제작이 가능하고, 철근에 비해 무게가 가벼워 취급이 용이하며 시공 편이성이 높다는 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 철근을 대체하여 GFRP를 보강근으로 활용한 심 형 기초의 구조설계에 대해 다루었다. 국내 송전철탑 설계기준(가공송전선용 철탑기초 설계기준, DS-1110, 한국전력) 및 ACI440.1R-06 설계기준을 참고하여 GFRP 보강근이 적용된 심형 기초의 구 조검토를 수행하여 GFRP 보강근의 적용성을 검토하였다. 송전철탑의 심형 기초 단면에는 휨모멘트와 축력이 동시에 작용하며 심형기초의 주체부 및 구체부 특성에 따라 축력에 의한 편심모멘트가 추가로 작용한다. 이에 따라 설계 검토는 휨 및 축력이 동시에 작용하는 경우에 대해 수행되었다. 국내 기준 (DS-1110)의 구조검토는 허용응력설계법의 형식을 취하므로 축력과 휨모멘트에 의한 최대응력을 산 정하여 허용응력과 비교하였고, 강도설계법을 통한 구조검토는 보강된 단면의 P-M 상관도를 작도하 여 휨모멘트 및 축력이 동시에 작용하는 경우 구조 안전성 확보 유무를 판단하여 GFRP 보강재를 배 근한 단면의 설계적정성을 판단하였다.

콘크리트 도로포장의 보강재로 사용된 철근은 염해나 중성화 등으로 인하여 지속적인 손상이 발생하고 있으며, 이에 따른 유지관리 비용의 증대가 사회적 관심으로 대두되고 있다. 이를 해결하기 위하여 건설분야에서는 철근보다 내부식성 및 내알칼리성이 뛰어난 유 리섬유강화폴리머(Glass Fiber Reinforced Polymer, GFRP)가 사용되고 있다. 하지만, 수분 및 염해 등의 환경에 대한 내구성 검증은 충분히 이루어지지 않고 있는 실정이다. 따라서, 이 연구에서는 국내외에서 생산하는 직경 22mm GFRP 보강근을 ASTM D570에 의 거하여 흡수율 품질기준을 평가하였다. 흡수율 실험결과, 국내에서 생산된 GFRP의 경우 가장 높은 0.15% 수준의 흡수율을 나타내었으며, 해외에서 생산된 GFRP의 경우 0.03% 이내 수준의 흡수율을 나타내었다. 이는 KCI-GFRP 101 : 2024 및 ASTM D7957에서 제시하고 있는 GFRP 보강근 흡수율 품 질기준은 0.25% 이하를 모두 만족하는 것으로 분석되었다. 철근대체제로써 활용을 위해서는 장기침지 및 특수한 환경 등에 대한 내구 특성에 대한 추가적인 실험적 검토가 필요할 것으로 판단된다.

Fiber-reinforced polymer (FRP) exhibits superior tensile strength and corrosion resistance compared to steel but has a lower elasticity. Recently, researchers have addressed this by proposing composite sections of FRP and concrete. To ensure the intended composite behavior, these FRP–concrete sections should exhibit sufficient stress transfer between the two elements through a shear connection. Herein, various shear connection methods were proposed to improve the composite behavior of glass fiber–reinforced polymer (GFRP) plates and concrete. Through push-out tests, the behavior characteristics of the prepared specimens were analyzed. The findings confirm that an FRP shear key (FSK) with a small cross-section resists high shear stresses, making it suitable for sections vulnerable to damage from bolt drilling. Additionally, combining an FSK with bolts as shear connectors on a GFRP plate proves beneficial in preventing the fracture of the plate and improving the shear resistance.

본 연구에서는 GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)를 주 보강근으로 사용하였으며, 정착길이가 없는 시험체를 제작 하여 4점 재하 휨시험을 수행하였다. 각 변수는 공칭지름이며 공칭지름 D13, D16, D19, 총 3가지의 변수로 이루어져있다. 휨 모 멘트는 공칭지름이 커질수록 약24.17%, 45.92% 강도가 증가하였으나 공칭 휨 강도를 고려하였을 때, 인장 강도와는 달리 공칭 지름에 비례하여 유사한 성능을 나타냄을 알 수 있었다. LVDT로 보강근과 콘크리트와의 부착성능을 확인하였고, 그 값은 매우 미미하며 거의 발생 되지 않은 것으로 판단된다. 또한 DIC로 시험체의 처짐을 확인하였으며, 실세 처짐 값과 유사함을 알 수 있었다.

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.