CFRP strip을 사용한 NSM 보강 콘크리트 교량의 확률·신뢰도 기반 휨 보강비 산정

Abstract

현재 FRP를 적용하는 대표적인 콘크리트 교량 보강방법은 외부부착공법(Externally Bonded Reinforcement)으로서, FRP strip 또는 sheet를 노후화된 부재의 면에 부착하는 형식이다. 그러나 이 방법은 보강재의 조기debonding 및 계면파괴로 인해 FRP의 인장력을 충분히 끌어내기 어려움, 동결융해에 취약 등의 단점이 있다. 따라서 외부부착공법의 단점을 보완하기 위해 표면매립공법(Near Surface Mounted, 이하 NSM)이 제안되어 기존 외부부착 공법에 대한 대안으로서 주목 받고 있다. 하지만 NSM 보강공법에 대한 신뢰성 있는 통계자료의 부족으로 인해, 합리적인 보강상세에 대한 기준이 미비한 현실이다. 실제로 콘크리트 교량에 작용하는 차량하중, 콘크리트의 압축강도, 철근의 인장강도, 강재의 항복응력, 부재의 치수 등등의 성능변량 값들은 불확실성(uncertainty)을 내포하고 있는데, 구조물에 가해지는 하중, 구성 재료, 구조물의 기하학적 형상 등이 갖는 불확실 특성을 반영하여, 보강 후 구조물의 신뢰도를 기준으로 한 합리적인 보강성능 평가가 필요하다. 본 연구에서는 노후화된 실제 콘크리트 교량 모델을 선정하여 외부하중, 재료 및 기하학적 형상의 불확실성을 반영한 통계자료를 기반으로 MCS(Monte Carlo Simulation) 확률기법을 사용하여 CFRP strip을 사용한 NSM 보강공법 적용 시 구조물의 외부하중 및 내력에 대한 한계상태 함수를 정의하여, 확률분포를 분석하였으며, 규정된 목표신뢰도에 부합할 수 있는 휨 보강비를 도출하였다. 이는 CFRP strip을 사용한 콘크리트 교량 NSM 보강 시 구조물의 불확실성을 반영한 합리적인 보강 및 안전도 확보의 연구 방법으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.; The purpose of this study is to evaluate the flexural strengthening ratio of CFRP strip for concrete bridge strengthened by NSM technique. It is important that the effective strengthening performance must be exhibited under the service loading is acted. The NSM strengthening technique which is suggested for the concrete bridge was considered as better strengthening method than conventional external bonded strengthening using fiber sheet. Because it can effectively resist to the loading without less or none premature debonding failure on the strengthening surface. And also, the NSM strengthening may be more cost effective than the conventional external bonded method because the NSM method do not need to have the whole strengthening surface like the fiber sheet bonded method have been done. To widely apply the NSM method for the concrete bridge in field, it needs that reasonable strengthening parameter such as strengthening ratio has to be investigated and evaluated when the strengthening design is conducted. In this study, to suggest more reasonable strengthening ratio, material and geometrical uncertainties were considered and applied by Monte Carlo Simulation (MSC) technique. Lastly, the flexural strengthening ratio of CFRP strip with NSM method was evaluated by using the limit state function with the target reliability index.