FRP를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보수보강으로는 NSM 시스템이 가장 많이 사용되고 있다. 한편, 실무적으로 기존 건축 구조물의 보강에 있어서 부실시공 및 시공오차 등에 의해 피복두께가 확보되어 있지 못하거나 콘크리트의 열화에 따른 철근 노출, 설비배관 및 조적벽체의 간섭, 고가의 인테리어 비용에 따른 NSM 시스템의 탁월한 성능에도 불구하고 적용이 난해한 사례가 많으며 이에 따라 FRP보강재와 기존 철근콘크리트 구조물의 일체성 확보를 위한 정착장치의 개발이 요구되는 실정이라 할 수 있다. 따라서, 본 연구는 CFRP-bar NSM 시스템이 적용된 철근콘크리트 부재의 휨 거동 평가를 목표로 CFRP-bar NSM시스템의 보강길이 및 보강재 단면형상에 대한 영향변수별 휨 거동평가와 아울러 현장적용성이 고려된 NSM 시스템의 단부정착장치를 개발하고, 휨 실험에 의한 정착장치의 효율을 평가하고자 한다. 상기 목표의 달성을 위해 12개의 보 실험체에 대한 휨 실험을 수행하였으며 결과 분석을 통해 도출된 결론은 다음과 같다.
1) NSM 시스템이 적용된 철근콘크리트 보 실험체의 파괴양상은 피복분리파괴와 부착슬립 파괴로 대별되었으며, 극한강도설계법에 의한 이론값을 상회하는 실험결과를 보여 CFRP-bar NSM 시스템의 휨 성능에 대한 신뢰성은 우수한 것으로 평가된다. 2) 파괴거동에 대해 피복분리파괴는 하부면의 콘크리트의 휨 균열 혹은 휨-전단균열의 진전이 직접적 원인으로 사료되며, 인장철근과 콘크리트 계면을 따라 수평균열이 진전되어 CFRP-bar 단부의 불연속 구간에서 균열이 집중되고, 임계하중에 이르러 CFRP-bar의 단부에서부터 피복분리파괴가 발생하는 것으로 판단된다. 한편, 부착슬립 파괴는 에폭시 충진재의 국부적 휨 균열이 원인이 되며, 이때 에폭시 충진재의 국부적 손상은 부착력의 손실로 이어지고, CFRP-bar의 축방향 인장응력이 에폭시와의 계면 전단응력을 초과하여 부착슬립 파괴가 발생되는 것으로 판단된다.
3) CFRP-bar NSM 시스템에서 CFRP-bar의 단면형상에 대해 Strip 형태로 보강할 경우 하중 증가와 처짐량의 증가를 보였다. 이는 피복분리파괴 저항성이 향상되었기 때문인 것으로 판단된다.
4) CFRP-bar NSM 시스템에 적용된 R.C 보의 보강에서, 모멘트 증가분에 의해 결정되는 보강길이의 적용성을 확인한 결과, 모멘트 증가분에 따라 적용되는 보강길이 산정방식은 보강량 및 하중상태에 따라 보다 논리적이고 정량적인 산정근거가 될 것으로 예상된다.
5) 실무적으로 콘크리트의 피복이 미확보 되었거나 조적벽체 및 설비배관의 간섭 등에 의해 NSM 시스템이 적용 불가능한 현장 여건에서도 적용가능한 CFRP-bar 단부 정착구를 제안하였다. 단부 정착구에 대한 적용성을 평가한 결과, 단부 정착구에 의해 파괴양상에서 피복분리파괴가 제어되고, 파괴하중에 이르기까지 처짐증가에 기여하였고, 단부 정착구가 적용되고 비부착 구간을 둔 실험체의 실험결과, 극한강도설계법에 의한 이론값을 상회하는 휨 실험결과를 보였으며, 좀 더 연성적 거동을 보이는 정착구의 효과가 확인되어 CFRP-bar NSM 시스템에 대한 정착구의 실무적 적용이 기대된다.
6) 실무적으로 정착구 작업과정에서 보의 전단철근의 절단 및 손상에 따른 전단보강의 효과를 도모하고 정착구 구간의 응력집중에 의한 정착구의 탈락을 방지하고자 정착구 설치부에 CFRP sheet U-strip, 휨-전단균열에 기인된 정착구 탈락방지를 위한 보강길이 0.8L 변수의 적용성을 평가한 결과, 두 실험체 모두 하중의 현저한 증가는 없었으나, 인장철근의 항복이후 파괴 시까지 처짐량의 현저한 향상을 보여주어 보강길이의 증가와 CFRP Sheet에 의한 연성거동의 가능성을 확인하였다.
Over the past decades, FRPs(Fiber reinforcement polymer) are widely used for the strengthening materials of damaged RC structures as an alternative to steel plate. Recently, most of all FRP retrofitting systems, NSM(Near surface mounted) system is substantially reported for a number of advantages with respect to EBR(Externally bonded reinforcement) system. For example, an increased bond capacity, protection from external damage, the possibility of anchoring into adjacent concrete members and the amount of site installation work may be reduced. Although the NSM system have proved to be a reliable retrofitting technique for existing RC members, In the field application, NSM system is restricted due to curtain walls, duct and pipings in the ceiling, expensive interior and lack of cover concrete. These interruptions require more enhanced anchorages of the NSM system, emphasize the need for the CFRP-bar end anchor. The main objective of this paper is to study the flexural behaviour of CFRP-bar NSM system with the variables such as shape and sectional aspect ratio of CFRP-bars, bond length from moment increment of with or without strengthening, end anchorage. With this aim, an extensive programme of experimental tests completed to study the effect of the variables affecting this technique. The overall experimental consisted of 12 flexural tests on RC beams strengthened with CFRP-bar NSM system, in particular attention has been focussed on the effect of CFRP-bar end anchorage. The performance of each NSM strengthened specimen is presented discussed, and compared in terms of failure mode, ultimate load, load-deflection relationship, and test-to-predicted ratio. Based on the test results, findings about the CFRP-bar NSM system are as follow:
1) The failure mode of RC specimen with NSM system is largely distinguished two failure which is concrete cover seperation and Bond-slip, and flexural strength of specimen is higher than predicted strength that estimates ''ultimate strength design method''. so, if NSM system with CFRP-bar is applied to RC beam, Flexural capacity of RC beam is higher than specimen without strengthening.
2) Concrete cover seperation failure is caused directly by flexural crack or propagation of flexura-shear crack, and crack is concentrated in discontinuity section of end of CFRP-bar when perpendicular crack in interface of re-bar to concrete, finally concrete cover seperation failure occurs from end of CFRP-bar, when strength reach to maximum. On the other hand, bond-slip failure is caused by flexural crack of filling epoxy, and local damage of filling epoxy causes loss of bond capacity. finally, when longitudical tensile stress is higher than shear stress of interface of CFRP-bar to epoxy, bond-slip failure occurs.
3) Strip CFRP-bar is strengthened in R.C Structure with NSM system, strength and deflection is higher than plate CFRP-bar is trengthened because of aspect ratio of groove caused by aspect ratio of CFRP-bar. when strip type is used, bond area is bigger than plate type and length of crack propagation from center to top of the groove is longer. it causes flexible behaviour to structure, and prevents concrete cover seperation failure.
4) When it comes to strengthening length of CFRP-bar with a NSM flexural strengthening RC beam, it is believed that the calculation comes from moment increment of strengthened section with respect to original section moment capacity gives a reasonable approach of determining the way of CFRP-bar strengthening length.
5) The particular objective of the research are to investigate suitable anchorage for CFRP-bar coping with the interruptions such as pipes and ducts in the field application. anchorage of CFRP-bar prevents concrete cover seperation failure, and cause increasing deflection when failure occurs. In case of specimen with anchorage and unbonded length variables, maximum strength is higher than predicted strength that estimates ''ultimate strength design method'', and is much flexible. So, it is expected to application of CFRP-bar anchorage. 6) Variables of CFRP sheet U-strip, 0.8L of span is applied specimen because it prevents separation of anchorage and causes strengthening of shear strength of beam, with cutting and damage of shear reinforcement. high deflection of specimen is caused by variables, but further study is needed about interation of bond length and anchorage.
목차
목 차제 1 장 서론 11.1 연구의 배경 및 목적 11.2 연구의 내용 51.3 연구의 범위 및 방법 6제 2 장 이론적 배경 72.1 기존이론고찰 72.1.1 Chen & Teng의 연구 72.1.2 B. Taljsten의 연구 152.1.3 보강길이 산정 182.2 각국의 규준식 212.2.1 CANADIAN CODE 212.2.2 ACI 440 26제 3 장 실험 303.1 실험 계획 303.1.1 실험체 개요 303.1.2 실험 변수 313.2 실험체 제작 373.2.1 사용재료의 물성 373.2.2 실험체 제작 473.3 실험 방법 493.3.1 실험장비 493.3.2 가력방법 493.4 실험결과 및 분석 513.4.1 유형별 실험체의 파괴 513.4.2 휨 거동 양상 703.4.3 실험결과 분석 80제 4 장 결론 97參 考 文 獻 99▣ 부 록 102부록 1. 균열하중()의 계산 103부록 2. FRP 보강 단면의 극한 휨하중 산정 104부록 3. CFRP-bar NSM 보강 휨 실험체의 휨 강도 계산 106Abstract 116