PSC 박스거더교 적용을 위한 FRP 스트럿의 압축거동 평가

Abstract

FRP를 통해 외부를 보강한 철근콘크리트 합성 압축재(Reinforced concrete filled FRP tube, RCFFT)는 기존 철근콘크리트 부재에 비해 내구성이 향상될 뿐만 아니라 구조적인 관점에서도 강도 및 연성 등을 향상시킬 수 있는 것으로 평가되고 있다. 이러한 합성 압축부재의 거동을 예측하기 위한 실험적 연구는 여러 연구자들에 의해 수행되고 있으며, 다양한 압축강도 예측모델이 제시되고 있다. 그러나 기존 연구자들에 의해 제시된 압축강도 예측모델은 그 결과에서 각각 차이를 나타내고 있어 실험적 검증을 통해 확인할 필요가 있다. 또한, FRP(Fiber reinforced polymer)의 생산기술에 있어서 아직까지는 초기단계에 있는 국내 실정을 고려할 때 FRP-콘크리트 합성부재에 대한 압축거동은 필연적으로 확인되어야 한다. 따라서 이 연구에서는 RCFFT의 압축거동 예측 및 설계를 위한 기초자료의 마련을 위해 이론적, 실험적 연구를 수행하였다. RCFFT에 대한 압축거동을 평가하기 위해서는 우선 RCFFT를 구성하고 있는 재료에 대한 이해가 선행되어야 하고, 압축성능의 향상 이유에 대한 명확한 근거를 제시해야 할 것이다. 이 연구에서는 우선 RCFFT의 외부를 구성하고 있는 FRP의 역학적 특성에 대해 연구문헌을 조사하여 적절한 FRP의 제조방법 및 구성재료(Fiber or resin) 등의 특성을 분석하였으며, 분석된 내용을 통해 FRP 시편을 제작하고 압축 및 Split-disk 실험을 수행하여 역학적 성질을 결정하였다. 또한, FRP를 통해 콘크리트의 압축성능을 향상시키는 구속 정도에 대한 평가를 수행하기 위해 콘크리트 충전 FRP 합성부재(Concrete filled FRP tube, CFFT)를 제작하여 일축압축실험을 수행하였으며, 실험결과의 분석 및 유한요소해석 등을 통해 FRP 보강량에 따른 CFFT의 구조적 성능을 확인하고 압축 거동 예측모델을 제시하였다. RCFFT에 대한 압축거동 평가는 FRP의 역학적 특성 및 CFFT의 압축거동 연구 결과를 분석하여 실험체를 설계, 제작하고 일축압축 및 준정적 휨실험을 통해 수행하였다. 일축압축실험으로부터 RCFFT에 대한 압축강도 평가식을 제안하였고, 준적정 휨실험으로부터는 RCFFT에 대한 유효휨강성을 도출하여 좌굴강도 평가식에 적용하였다. 마지막으로 최근 RCFFT가 스트럿으로 적용된 PSC box 거더교를 대상으로 실물 대형 실험체에 대한 재하실험 및 유한요소해석을 수행하여 RCFFT 스트럿에 대한 압축거동을 조사하였다. 검토결과 RCFFT는 기존의 철근콘크리트 스트럿에 비해 압축성능이 우수하며 단면의 축소 및 설치간격의 확대 등이 가능한 것으로 평가되었다.