자기감지형 센서를 활용한 초고성능콘크리트 부재의 손상 평가 :

이상훈

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이상훈 (서울시립대학교, 서울시립대학교 일반대학원)

지도교수: 김강수

발행연도: 2020

저작권: 서울시립대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2020

초고성능콘크리트로 제작된 자기감지센서 성능평가

이상훈 , 한선진 , 장범수 외 3명 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2020.06 학술대회자료

자기감지형 센서를 활용한 초고성능콘크리트 부재의 손상 평가

이상훈 건축공학과 2020.01 학위논문

2019

CNT를 혼입한 초고성능 콘크리트의 자기감지 성능평가

이상훈 , 장범수 , 한선진 외 3명 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2019.10 학술대회자료

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철근콘크리트 구조물은 시간이 경과함에 따라 노후화가 진행될 뿐만 아니라, 사용 중 외부 충격이나 열화에 의해 손상이 발생된다. 이러한 손상이 심화될 경우 철근콘크리트 구조물의 구조안전성 및 내구성 저하를 야기할 수 있으며 이는 재실자의 안전과 직결되어있다. 따라서 구조물의 부재는 매우 엄격히 관리되어야 하지만 구조물에 손상이 발생하였을 때 이전 구조물 상태에 대한 정보가 없으면 손상정도에 대한 판단이 어렵다. 이와 같이 부재에 발생된 손상을 장기적으로 계측하기 위하여 구조물의 상태 평가 시스템(Structural Health Monitoring System, SHMS)을 구축하려는 노력이 이루어지고 있다. SHMS의 신뢰성을 확보하기 위해서는 먼저 구조물을 구성하는 부재의 역학적 특성을 규명하고, 부재에 발생된 손상을 평가하는 도구를 개발하는 것이 우선되어야 한다. 현재 이러한 손상을 계측하기 위한 측정도구들이 상용화되어있으나 내구성 결함 및 장기적 측정의 어려움 등의 문제점이 존재한다. 이에 대한 해결책으로, 자기감지콘크리트가 활용된 손상감지방법에 대한 연구가 최근 들어 수행되고 있다.
이 연구에서는 초고성능콘크리트에 자기감지성능을 부여하기 위하여 전도성물질인 강섬유, 탄소나노튜브 및 유동화제의 혼입율을 실험변수로 재료실험을 수행하였으며, 재료실험에서는 하중에 따른 실험체의 전기저항변화를 측정하고 이들의 상관관계를 분석하였다. 측정된 데이터를 바탕으로 실험식을 사용하여 실험체에 발생한 손상정도를 추정하였으며, 실험결과를 바탕으로 자기감지콘크리트에 적합한 배합을 제안하였다.
다음으로, 실험체의 단면형상 및 전기저항 측정방법에 따른 실험체의 자기감지성능을 평가하였으며 실험체에 발생된 손변형에 따른 전기저항변화 폭이 가장 큰 실험체를 자기감지센서로 선정하였다. 실험체에 발생된 손상을 감지하는 성능의 척도로는 gauge factor를 사용하였으며, gauge factor는 변형률에 대한 전기저항 변화율(Fractional Change in Resistance, FCR)을 의미한다.
최종적으로는, 자기감지 센서 적용실험에서 자기감지 센서를 부재의 인장측에 매립하고 휨실험을 수행하였다. 부재 타설 시 사용되는 콘크리트의 종류 및 철근배근 유무를 실험변수로 선정하였고, 각 부재에 매립된 자기감지 센서를 통하여 측정된 gauge factor를 비교하였다. 균열발생 전·후를 기준으로 자기감지 센서의 gauge factor를 산출하였으며, 산출된 gauge factor를 활용하여 부재의 손상을 평가한 값이 실제 부재에 발생된 변형과 유사한 것을 확인하였다.
따라서, 자기감지 센서가 균열발생 이후에도 장기적으로 손상을 측정하는 것이 가능한 것을 확인하였으며, 부재에 발생된 손상을 gauge factor를 통하여 유사하게 평가하였으므로 SHMS 구축에 기여할 수 있을 것이라고 사료된다.

Reinforced concrete structure not only ages with time, but also damages due to external impact or deterioration during use. If such damage is intensified, it may cause structural safety and durability deterioration of reinforced concrete structure, which is directly related to the safety of occupants. Therefore, the members of the structure must be very strictly managed, but when the damage occurs, it is difficult to judge the degree of damage without information on the previous structure status. Efforts have been made to develop a structural health monitoring system (SHMS) for the long-term measurement of damage caused to members. In order to secure the reliability of SHMS, it is first necessary to identify the mechanical characteristics of the members constituting the structure and to develop a tool for evaluating the damage caused to the members. At present, measurement tools for measuring such damages are commercially available, but problems such as durability defects and long-term measurement difficulties exist. As a solution to this, researchs on damage detection method using magnetic sensing concrete have been recently performed.
In this study, material experiments were carried out using the mixing ratios of conductive materials such as steel fibers, carbon nanotubes and super plasticizer to give magnetic sensing performance to ultra-high performance concrete. And their correlation was analyzed. Based on the measured data, the degree of damage to the specimen was estimated using the empirical formula, and based on the experimental results, a formulation suitable for the self-sensing concrete was proposed.
Next, the self-sensing performance of the specimen was evaluated according to the cross-sectional shape of the specimen and the electric resistance measurement method, and the specimen with the largest change in electrical resistance according to the deformation of the hand was selected as the self-sensing sensor. Gauge factor was used as a index of the performance of detecting damage to the specimen, and gauge factor means the Fractional Change in Resistance(FCR).
Finally, in the self-sensing sensor application experiment, the self-sensing sensor was embedded in the tension side of the member and the bending test was performed. The type of concrete and rebar reinforcement used in the casting of the members were selected as the experimental variables, and the gauge factors measured by the self-sensing sensor embedded in each member were compared. The gauge factor of the self-sensing sensor was calculated based on the before and after crack occurrence. It was confirmed that the degree of damage on the member was similar to the deformation calculated by gauge factor.
Therefore, it was confirmed that the self-sensing sensor can measure damage in the long term even after the occurrence of cracks. The damage caused to the member was evaluated similarly through the gauge factor, which may contribute to the construction of SHMS.

#초고성능콘크리트 #자기감지콘크리트 #자기감지 센서 #강섬유 #탄소나노튜브 #전기저항변화율 #Gauge factor

제1장 서론 1
제1절 연구배경 2
제2절 연구목적 및 범위 4
제2장 기존연구 5
제1절 초고성능콘크리트 재료특성 6
제2절 자기감지콘크리트 재료특성 8
제3장 실험계획 및 결과분석 12
제1절 자기감지콘크리트 재료실험 13
제2절 자기감지 센서 성능평가실험 31
제3절 자기감지 센서 적용실험 39
제4장 결론 51
참고문헌 54
영문초록 57
감사의 글 60

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