손상된 철근콘크리트 보의 Sprayed FRP 보강효과

Abstract

콘크리트 구조물은 일반적으로 설계, 사용재료, 시공 등이 적절하게 이루어지면 내구성이 우수하고 반영구적으로 사용가능하다. 하지만, 내력저하, 각종 하자 발생, 지진피해 등에 따른 각종 보수 및 보강이 요구되어지며, 효율적이면서 경제적인 방법에 의하여 이루어져야 한다. 현재, 기존의 재래식 보수ㆍ보강법(벽체 신설법, 단면 증설법, 강판 보강법, 철골 브레이스 보강 등) 및 복합 신소재를 이용한 보수ㆍ보강공법은 중량증가, 경제성의 단점들을 내포하고 있어 이러한 단점을 보완하고 극복할 수 있는 새로운 보수 보강법의 개발이 요구되고 있는 상황이다. 최근 들어, 북미 선진국 및 일본 등지에서는 이러한 기존의 단점을 보완 할 수 있는 새로운 개념의 보수ㆍ보강법, 그 중에서도 복합신소재인 탄소섬유, 유리섬유 및 아라미드 섬유의 시트를 이용한 보수ㆍ보강법의 단점을 보안하여 시공성 및 경제성이 탁월하고 성능확보가 가능한 새로운 보수·보강법인 Sprayed FRP(Fiber Reinforced Plastics)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. Sprayed FRP 보수·보강법은 탄소 또는 유리 단섬유(Short Fiber)와 수지(Resin)를 외기에서 혼합하여 고속의 압찰 공기로 콘크리트 표면에 랜덤하게 분사하여 기존의 구조물을 보수ㆍ보강하는 방법이다. 신공법인 Sprayed FRP 보수ㆍ보강 방법은 표면 형상에 관계없이 시공이 가능하며, 좁은 작업공간에도 시공이 되며, 분사한 두께가 얇아도 큰 강도가 발휘되며, 중량증가가 거의 없는 것이 특징이다. 특히, 절단섬유를 랜덤하게 분사하기 때문에 널리 사용되어지는 연속섬유시트 FRP 보수ㆍ보강법은 이방성이 있지만, Sprayed FRP 보수ㆍ보강법은 이방성이 없는 큰 장점을 갖고 있다. 본 연구에서는 국내 처음으로 Sprayed FRP 보수·보강공법의 효과를 파악하고자 본 연구를 실시하였으며, 손상된 부재에 관한 연구가 많이 미비한 점을 고려하여 손상 상태에 따른 부재에 에폭시 수지와 유리 단섬유와 탄소섬유의 활용으로 본 연구를 수행하였다. 본 연구의 실험결과는, 설정한 손상도 0%, 70%, 90%로 계획된 실험체는 손상정도에 따라 내력의 순서가 일정하지 않았다. 단, 무 손상된 실험체와 손상된 실험체와 비교에서도 7%미만의 차이만을 나타났다. 이는 손상 후 닫히지 않은 균열에 Sprayed FRP 공법으로 보강재의 유입으로, 특히 에폭시 수지의 유입으로 인한 2차적인 보강효과 및 분사한 보강재의 두께에서 약간의 변수가 발생된 것으로 판단되어 진다. 그리고 향후, 2차적인 보강효과에 관한 연구가 필요하다고 사료되어 진다. 본 논문은 총 6장으로 제1장은 서론 및 연구배경, 제2장은 Sprayed FRP공법의 특성, 제3장은 실험체 제작과 실험, 제 4장은 실험결과의 비교 및 분석 제 5장은 비선형 해석 및 실험결과 비교분석 제 6장은 결론으로 나누어 기술하였으며 각 장에 기술된 내용을 간단히 요약하면 다음과 같다. 제 1장에서는 연구의 배경 및 필요성을 그에 따른 연구내용 및 방법을 명시하여 연구의 방향을 제시하고자 기술하였다. 제 2장에서는 Sprayed FRP공법의 특성과 기존 연구에 관한 내용을 기술하였다. 제 3장에서는 극한 강도설계법에 의하여 실험체 계획, 실험체 제작, 실험체 설치, 계획된 실험에 관한 전반적인 사항을 기술하였다. 제 4장에서는 실험에서 나타난 결과를 가지고 비교 및 분석을 통하여 보강 효과 및 손상도에 따른 분석을 하였고, 강성, 강도, 연성 등 실험체별 변수의 효과를 검증하였다. 제 5장에서는 비선형 유한요소 해석 프로그램인 Total-RC를 이용한 해석 모델링 제시 및 결과 분석 제 6장에서는 위와 같은 연구를 통하여 얻은 결론을 기술하였다.; Concrete structure has great durability and can be used semi-permanently if designing, material, and constructing work is harmonized well. However, it's required of repair and reinforcing per any lowered internal force, various defect occurrences and earthquake damage, and it needs to be carried out in efficient and economical way. At current, as the traditional repair-reinforcing method(wall renewal way, section extension way, steel plate strengthening way, reinforcing bar frame brace strengthening way, etc) and the repair-reinforcing method utilized of compound new material, has the shortcoming of load increase, uneconomic aspect, therefore, the development of new repair-reinforcing measure to compensate and overcome these shortcomings, is required now. Recently, in developed countries, North America and Japan, the repair-reinforcing method of new concept, Sprayed FRP(Fiber Reinforced Plastics) is being studied actively, that can compensate the existing shortcoming by using the compound new material like carbon fiber, glass fiber and aramid fiber sheet, and has significant constructible and economic benefit, and has a guaranteed function. Sprayed FRP repair-reinforcing method is to repair and strengthen the existing structure by spraying carbon or glass short fiber and resin after mixing them in the open Air, on the surface of concrete randomly with high-speed pressed air. The new method, this Sprayed FRP repair-reinforcing measure can be carried out regardless of the surface shape and can be implemented even in narrow space and even if the sprayed thickness is thin, it creates much rigidity, and its one of features is there's almost no load increase. Especially, as the sheared fibers are sprayed randomly, Sprayed FRP repair-reinforcing method has a big benefit that there's no both direction while the continuous fiber sheet FRP reinforcing method has both direction. We've performed this study in order to investigate the impact of Sprayed FRP repair-reinforcing method for the first time in Korea, and considering the fact that the studies on damaged subsidiary material are very insufficient, carried out this study by utilizing epoxy resin and glass fiber & carbon fiber on the material per the damage class. This thesis consists of 6 chapters and 1st chapter has introduction and study background, chapter 2 is about the property of Sprayed FRP method, chapter 3 is about specimens production and test, chapter 4 is about comparison and analysis of test result, chapter 5 is about nonlinear finite element analysis and comparing analysis of test result and chapter 6 is conclusion, and the brief content of each chapter is as follows; In chapter 1, described in order to suggest the direction of study by indicating detail and method of study according to its background and the necessity of study. In chapter 2, described the property of Sprayed FRP method and on the detail of existing study. In chapter 3, described general points regarding the planned experiment, like specimens planning, specimens production, specimens installation through the limit rigidity designing method. In chapter 4, through comparison and analysis with the test result, analysed per damage class and analysed strengthening effect, and verified the variables like comparison per criteria, rigidity, stiffness, ductility, etc. In chapter 5, suggested interpretation modeling and analysed the result by utilizing Total-RC, the nonlinear finite element analysis program. In chapter 6, described the decision achieved through the studies above.