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한국복합신소재구조학회> 복합신소재구조학회논문집> 아라미드 FRP보강 비내진상세 철근콘크리트기둥의 반복횡하중 가력실험

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아라미드 FRP보강 비내진상세 철근콘크리트기둥의 반복횡하중 가력실험

Lateral Cyclic Loading Experiment of Aramid FRP Reinforced Non-seismic Detailed RC Column

이태훈 ( Lee Taehun ) , 김선희 ( Kim Sunhee ) , 노광근 ( Rho Kwanggun ) , 최성모 ( Choi Sungmo ) , 양일승 ( Yang Ilseung )
  • : 한국복합신소재구조학회
  • : 복합신소재구조학회논문집 10권6호
  • : 연속간행물
  • : 2019년 12월
  • : 34-42(9pages)

DOI


목차

1. 서 론
2. 철근 콘크리트기둥의 FRP 섬유를 이용한 휨 및 전단 성능 보강 효과
3. FRP 보강 필로티 철근콘크리트 기둥의 반복횡하중 가력실험
4. 실험결과
5. 분석 및 고찰
6. 결 론
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내진설계기준이 개정됨에 따라 기 시공된 철근콘크리트 건축구조물의 내진보강에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 내진철근상세가 적용되지 않은 철근콘크리트 기둥의 경우 지진이 발생할 경우 취성적인 전단파괴가 발생할 가능성이 크다. 본 연구에서는 아라미드 FRP를 이용하여 비내진상세 철근콘크리트 기둥의 휨 및 전단내력 보강 후, 실험체를 반복횡하중 가력하여 아라미드 FRP의 내력 상승효과 및 연성능력의 증가를 확인하였다. 무보강 및 아라미드 FRP 보강 실험체를 비교 한 결과 아라미드 FRP 보강이 비내진상세 철근콘크리트 기둥의 내력을 증가시키고 연성능력 또한 증가시킴을 확인하였다. 또한 비내진상세 철근콘크리트 기둥의 아라미드 FRP 보강 시 기둥 뿐만 아니라 접합부의 보강 또한 필요함을 확인하였다.
As seismic design requirements in the Korean Building Code were revised, public attention to the seismic reinforcement of existing reinforced-concrete (RC) structures has been increasing. RC columns which were designed without seismic re-bar details are particularly likely to undergo brittle shear fracture when hit by an earthquake. This study suggests reinforcing non-seismic detailed RC columns with aramid FRP (Fiber Reinforced Polymer) to improve the bending load and shear load of the columns. Lateral cyclic loading tests were conducted on the specimens to observe improvement in load capacity and ductility. It was verified that the aramid FRP reinforcement of the RC columns without seismic details would improve the load capacity and ductility. It was also found that the body-to-end connections of the column should be included in the aramid FRP reinforcement.

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1아라미드 섬유 보강 영구거푸집을 적용한 RC 기둥의 성능평가

저자 : 박상화 ( Park Sanghwa ) , 김시윤 ( Kim Siyun ) , 김승직 ( Kim Sung Jig ) , 장준호 ( Chang Chunho ) , 양준모 ( Yang Jun-mo )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 10권 6호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 1-7 (7 pages)

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본 논문에서는 아라미드 스트립을 이용하여 영구거푸집을 제작하고 철근 콘크리트 기둥에 적용하여 성능을 평가하였다. 보강된 철근콘크리트 기둥의 구조거동을 평가하기 위하여 총 3개의 기둥을 제작하였다. 1개의 실험체는 무보강 실험체로서 비내진 상세의 기둥이며 다른 두 실험체의 경우 내진설계가 적용되거나 아라미드 섬유보강 영구거푸집으로 보강하였다. 기둥의 전형적인 성능평가를 위하여 일정한 축하중하에서 정적반복가력 실험을 수행하였다. 실험결과 무보강 실험체와 비교하여 전단강도, 연성 및 에너지 소산능력을 증가시켰으며 반복하중으로 인한 강도 및 강성 저감에서 우수한 성능을 보였다. 따라서, 본 연구에서 제안한 아라미드 보강 영구거푸집은 기존 RC 기둥의 내진성능을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

2직물섬유 보강 콘크리트 복합패널의 휨성능에 대한 해석적 평가

저자 : 양준모 ( Yang Jun-mo ) , 손홍준 ( Son Hong-jun ) , 한진주 ( Han Jin-joo ) , 김대진 ( Kim Dae-jin )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 10권 6호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 8-13 (6 pages)

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직물섬유 보강 콘크리트(textile reinforced concrete, TRC)는 콘크리트 매트릭스를 직물섬유로 보강한 복합재료로 높은 강도 및 우수한 연성을 발휘한다. 본 논문에서는 TRC로 보강된 구조 부재의 성능 평가를 위해 그 유효물성치를 멀티스케일에 기반한 해석적 방법을 통해 평가하였다. 유효물성치 산정을 위해 감소차수모델(reduced order model)에 기반한 3차원 유닛셀 유한요소해석법을 이용하였다. 계산된 유효물성치를 TRC 보강 휨 부재의 유한요소해석에 활용하여 하중-변위 그래프를 도출하였다. 계산된 유효물성치를 TRC 보강 휨 부재의 유한요소해석에 활용하여 하중-변위 그래프를 도출하였으며, 이의 정확성을 평가하기 위해 TRC 복합패널의 4점 휨실험을 수행하고 그 결과를 유한요소 해석결과와 비교 및 분석하였다.

3탄소 직물 배치위치에 따른 TRC 패널의 휨성능 평가

저자 : 이종억 ( Lee Jongeok ) , 양준모 ( Yang Jun-mo ) , 김승직 ( Kim Sung Jig ) , 장준호 ( Chang Chunho )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 10권 6호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 14-20 (7 pages)

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경량화 설계 및 자유로운 성형이 가능하고 유사연성의 장점을 가지는 직물보강 콘크리트는 철근콘크리트의 대체재로 큰 기대를 모으고 있다. 본 연구에서는 탄소 직물을 보강한 콘크리트 복합체 (TRC) 패널의 휨 특성을 살펴보고, 탄소 직물의 배치 위치 변수에 따른 차이를 살펴보기 위해 TRC 시험체를 제작하고 4점 재하 휨실험을 수행하였다. 또한, 일반 철근콘크리트 개념을 바탕으로 시험체의 휨 거동을 수치계산 결과와 실험결과를 비교하였다. 실험 결과, 콘크리트 매트릭스에서 탄소 직물간의 부착파괴로 인해 TRC 패널의 큰 휨강도 감소와 내하력 감소가 나타났고, 탄소 직물을 시험체 하부로 편심 배치한 경우 휨성능의 감소를 다소 줄일 수 있었다. TRC 패널의 수치계산 결과, 초기 거동에서는 휨실험 결과와 유사한 거동을 나타내었지만, 두 번째 균열의 발생 이후부터는 부착파괴의 발생으로 거동의 큰 차이를 나타내었다.

4CFRP판으로 보강된 RC보의 복부정착형태에 따른 피로효과

저자 : 최현 ( Cui Xian ) , 장폐윈 ( Zhang Pei-yun )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 10권 6호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 21-27 (7 pages)

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본 연구에서는 CFRP판으로 보강된 콘크리트 보의 피로파괴 특성을 알아보기 위하여 보강재의 정착 길이, 보강재의 정착넓이, 보강재의 정착량을 실험변수로 반복 하중에 따른 역학적 거동과 파괴형태를 분석하고 CFRP판 사용에 대한 안전성과 타당성을 평가하도록 하였다. 반복하중의 범위는 극한하중의 10~70%를 취하고 3점 재하방식으로 sine파를 이용한 3Hz의 속도로 재하 하였다. 실험결과 보강길이가 작을수록 보강재 단부에서 박리파괴가 일어날 확률이 증가하였고 반복하중의 횟수도 현저히 감소되어 안정성은 다소 감소됨을 알 수 있다. 보강두께는 감소할수록 피로수명은 증가하지만 CFRP와 콘크리트사이의 부착력이 저하되어 경계면에서 박리파괴가 일어나 최종파괴를 이루었다. 보강넓이는 감소할수록 피로 횟수는 현저하게 증가되었고 보강재의 이용률도 현저하게 증가되어 안정성도 증가함을 알 수 있다.

5내진성능 향상을 위한 SWCNT로 보강된 적층 복합 원통형 쉘의 강제 진동 특성

저자 : Ashish Maharjan , 황지광 ( Hwang Ji-gwang ) , 이상열 ( Lee Sang-youl )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 10권 6호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 28-33 (6 pages)

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본 연구는 탄소나노튜브/보강섬유/폴리머 복합 쉘에 대한 동적응답을 다루었다. 단일벽 탄소나노튜브, 유리섬유 및 에폭시 레진으로 구성된 3단계 복합구조이며, 유효 물성값은 멀티스케일 해석을 통하여 산정하였다. 유한요소 프로그램인 ABAQUS를 적용하여 다양한 탄소나노튜브 함유비율, 적층각도, 곡률 및 중앙 개구부의 다양한 변화에 대한 동적응답 및 상호작용을 분석하였다. 본 연구는 원통형 복합쉘의 동적 하중에 의한 처짐을 감소시킬 수 있는 변수들의 중요성을 보여주었다.

6아라미드 FRP보강 비내진상세 철근콘크리트기둥의 반복횡하중 가력실험

저자 : 이태훈 ( Lee Taehun ) , 김선희 ( Kim Sunhee ) , 노광근 ( Rho Kwanggun ) , 최성모 ( Choi Sungmo ) , 양일승 ( Yang Ilseung )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 10권 6호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 34-42 (9 pages)

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내진설계기준이 개정됨에 따라 기 시공된 철근콘크리트 건축구조물의 내진보강에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 내진철근상세가 적용되지 않은 철근콘크리트 기둥의 경우 지진이 발생할 경우 취성적인 전단파괴가 발생할 가능성이 크다. 본 연구에서는 아라미드 FRP를 이용하여 비내진상세 철근콘크리트 기둥의 휨 및 전단내력 보강 후, 실험체를 반복횡하중 가력하여 아라미드 FRP의 내력 상승효과 및 연성능력의 증가를 확인하였다. 무보강 및 아라미드 FRP 보강 실험체를 비교 한 결과 아라미드 FRP 보강이 비내진상세 철근콘크리트 기둥의 내력을 증가시키고 연성능력 또한 증가시킴을 확인하였다. 또한 비내진상세 철근콘크리트 기둥의 아라미드 FRP 보강 시 기둥 뿐만 아니라 접합부의 보강 또한 필요함을 확인하였다.

7FRP보강시스템에 의한 철근콘크리트보의 보강설계에 관한 연구

저자 : 지효선 ( Ji Hyo-seon ) , 손병직 ( Son Byung-jik )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 10권 6호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 43-53 (11 pages)

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본 논문은 FRP보강시스템에 의한 철근콘크리트보의 보강설계에 대하여 소개하고 있고 ISIS CANADA-Design Manual No. 4(2001) 및 KCI-2012의 설계 코드를 고려하여 연구가 수행되었다. FRP보강시스템에 의한 철근콘크리트보의 보강 설계순서도가 제시되었으며, 보강설계해석프로그램을 소개하였다. 연구의 검증은 참고문헌과의 비교를 통해서 이루어졌다. 또한, 복철근 직사각형 보와 T형보의 정밀 분석을 통하여 보강 설계 순서도를 수정, 보완하는 경우를 제시하였다. 구조설계자는 본 프로그램을 이용하여 FRP보강시스템에 의한 노후 철근콘크리트보의 보강설계를 쉽게 수행할 수 있다. 따라서 본 연구가 FRP보강시스템의 최적화된 설계 및 제작 등에 실질적인 지침서가 될 수 있을 것으로 기대된다.

8EVCL 재유화형 분말수지 혼입 3D 프린팅용 폴리머 시멘트 모르타르의 고온 공극특성

저자 : 송훈 ( Song Hun ) , 신현욱 ( Shin Hyeonuk )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 10권 6호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 54-61 (8 pages)

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3D 프린팅의 적층제조를 위한 시멘트 모르타르의 이용은 시멘트의 유동 특성을 개질하기 위한 시멘트 혼화용 폴리머의 혼입이 필수적이다. 시멘트 모르타르는 점성이 높고 수축이 크기 때문에 적층제조를 위해서는 유동성, 경화속도, 시공성 및 적층특성의 개선이 필요하다. 시멘트 혼화용 폴리머 디스퍼젼을 혼입한 시멘트 모르타르는 시멘트 수화물과 공극 사이에 폴리머 필름이 상호 형성되어 인장강도와 취성이 개선되며 우수한 접착성, 기밀성, 내약품성을 보인다. 최근, 사용편리성이 우수한 Ethylene-vinyl acetate 재유화형 분말수지가 널리 사용된다. 하지만 화재와 같은 고온에서는 재유화형 분말수지를 혼입한 경우에는 성능저하가 더 크다. 재유화형 분말수지가 시멘트 수화물과 공극에 폴리머 필름을 형성하고 충전하지만 고온에 의해 열분해되기 때문이다.
본 연구에서는 3D 프린팅의 적층제조를 위해 내열성이 개선된 Ethylene-vinyl chloride 재유화형 분말수지의 혼입률을 달리하여 고온에서의 특성과 열분해에 따른 공극특성을 검토하였다. 연구결과, EVCL 재유화형 분말수지를 혼입한 경우 고온에서 약간의 성능개선을 보였지만 열분해하여 공극률이 커지며, 밀도, 강도가 감소한다. 따라서, 사용조건에 적합한 배합조절 등이 필요하다.

9H형강을 사용하는 스팬 300m 단층래티스 돔의 좌굴 특성

저자 : 윤석호 ( Yoon Seok-ho ) , 정환목 ( Jung Hwan-mok )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 10권 6호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 62-69 (8 pages)

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대공간 단층래티스 돔의 골조프레임 재질로는 알루미늄, 목재, 그리고 강재 등이 사용된다. 소규모 돔에서는 알루미늄, 목재 등이 사용되는 사례도 많이 있지만, 300m 이상의 대공간 돔에서는 강재를 주로 사용하며, 강재의 단면 형상은 강관 또는 H형강 등이 유리하다. H형강은 기성재가 시중에 판매되고 있어 다양한 종류를 선택할 수 있으며, 지붕 마감 공사 시 시공성이 우수하다. 본 연구의 목적은 H형강 단면을 사용한 스팬 300m 단층래티스 돔의 좌굴특성을 연구하는 것이다.

10중저층 비내진 철근콘크리트 건축물의 내진성능평가에 대한 연구

저자 : 이선기 ( Lee Sun-ki ) , 김대진 ( Kim Dae-jin ) , 이택현 ( Lee Taek-hyun ) , 최기봉 ( Choi Ki-bong ) , 김선희 ( Kim Sun-hee )

발행기관 : 한국복합신소재구조학회 간행물 : 복합신소재구조학회논문집 10권 6호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 70-77 (8 pages)

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본 연구에서는 1988년 이전에 설계된 RC라멘+코어월 구조형식의 비내진 건축물을 선정하여 내진성능평가를 통해 현재 건축물들의 내진성능수준을 파악하고, 목표 내진성능수준에 적합하도록 보강 방안을 제시하였고, 보강방법별 성능을 비교하였다. 보강 전 중앙코어 건축물과 측면코어 건축물의 내진성능수준은 모두 붕괴방지수준이었지만 보강 후에는 두 건축물 모두 목표 내진성능수준인 거주가능수준으로 성능이 향상되는 것으로 나타났다. 보강방법별 성능을 비교한 결과 중앙코어 건축물의 경우 벽체보강방법이 가장 성능이 우수한 것으로 나타났으며, 측면코어 건축물의 경우 가새보강방법이 가장 성능이 우수한 것으로 나타났다.

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