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 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.

Herein, the existing structural design criteria for highway bridge columns with hollow bars were analyzed. Expanding upon previous research focused on the performance analysis of the columns under compressive loads, load– displacement curves were evaluated and crack analysis was performed under cyclic transverse loads. A three-dimensional nonlinear finite-element structural analysis compared the structural performance of existing steel bars, same-reinforced hollow bars, and reduced hollow bars in detail. Results indicated that with regard to elastic or initial crack behavior, the existing steel bars can be replaced by the other bars. Future research should delve into inelastic behavior and strategies to ensure seismic performance.

본 연구는 고속도로용 RC 교각 기둥구조에 대하여 축방향 기존 철근을 중공철근으로 대체하는 설계방안을 제시하였 다. 동일직경 기준으로 기존 이형철근을 중공철근으로 대체할 수 있는 합리적인 설계방안을 제시하였으며, 기존 축방향 배근량 을 감소하는 방안을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 설계방안을 검증하기 위하여 3차원 유한요소 구조해석을 수행하였으며, 압 축하중에 의한 변수 수치해석을 통하여 본 연구에서 제안한 방안의 타당성을 제시하였다. 향후 다양한 변수 수치해석 및 실물 시험을 통하여 본 연구에서 제시한 설계방안에 대한 추가 검증이 필요하다.

본 연구에서는 가설 강교에 사용되는 조립식 거더-교각 접합부에 대한 새로운 설계를 제안하였다. 새로운 접합부는 모듈의 각 부분을 공장에서 용접하여 제작한 후 현장에서 용접 대신 볼트 접합부를 사용하도록 구성하여 현장에서 모듈을 신속 하게 조립하도록 구성하였다. 이 새롭게 제안된 거더-교각 접합부의 구조적 성능을 평가하기 위해 정적 거동, 연성 성능 및 회 전 성능을 분석하는 실험을 수행하였다, 실험결과 제안된 볼트 접합부는 기존의 용접 체결부에 비해 정적 지지력, 연성 거동 및 회전 성능에서 우수한 성능을 보여주었다. 비록 볼트 체결부의 강성이 용접 체결부보다 다소 작지만, 체결부의 연성 성능이나 정적 지지력에 큰 영향을 미치지 않았으며, 안전성 향상, 빠른 조립 및 분해, 건설 공기 단축 등의 유리한 특성으로 인해 가설 교량 건설에 적합한 것으로 평가되었다.

내진설계규정이 정립되기 전에 시공된 콘크리트 교각의 경우 횡철근을 겹침이음하거나 최소한의 배근으로 최적화를 유도하였다. 따라서 지진하중 발생 시 지진에너지를 소산할 수 있는 에너지 감쇠의 효과가 기존 교각들에는 미흡한 실정이다. 본 논문은 반복하중을 받는 원형콘크리트 교각 외부에 강판, GFRP, CFRP 보강을 적용한 경우, 교각의 지진대응 성능 향상도를 정량적으로 평가하였다. 범용유한요소해석프로그램인 ABAQUS의 다양한 3차원 요소를 적용하여 교각 구조물을 모델링하였으며,하중은 교각 상부에 횡방향 동적하중과 교각 전체 자중이 고려되었다. 하중-변위 곡선, 응력-변형률 곡선, 연성도, 에너지 흡수 능력(연성도), 손상도를 고려하여 보강에 따른 교각의 내진성능 향상도를 비교분석하였다. 비보강 콘크리트 교각의 경우 연성도는 78%로 취성파괴 구조물이었으나, 강판보강의 경우 91.0%, GFRP보강의 경우 91.9%, CFRP보강의 경우 92.0%이다. 세 가지 보강의 종류를 비교한 결과 강도, 연성도, 손상도 모두에 있어서 CFRP보강의 경우가 가장 큰 증진 효과를 보이고 있다.