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피로하중을 받는 GFRP Rebar로 보강된 콘크리트 보의 휨·부착특성

Title
피로하중을 받는 GFRP Rebar로 보강된 콘크리트 보의 휨·부착특성
Other Titles
Flexural Bonding Characteristics of Concrete Beam Reinforced with GFRP Rebar Under Fatigue
Author
강태성
Alternative Author(s)
Kang, Tae-Sung
Advisor(s)
심종성
Issue Date
2007-02
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
현대 산업의 발전으로 교통물의 고속화는 구조물에 주는 진동의 주기는 대단히 짧고 이와 반대로 진폭은 대단히 커졌으므로 이러한 차량 하중으로 인한 교량, 도로 등 콘크리트 구조물의 피로파괴를 고려해야 하는 문제를 일으키고 있다. 반복하중을 받는 도로, 철도, 교량이나 해양구조물에 대한 콘크리트 구조물의 피로에 대한 관심이 점차로 증대되어 왔다. 최근 AASHTO, PCA 등에서 발표된 논문들에 의하면 콘크리트 구조물에서는 철근이 콘크리트보다 피로에 대한 더 큰 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 국내에서는 아직까지 철근에 대한 피로 연구가 전무한 실정이고, 철근대체 재료로서 첨단건설신소재인 GFRP Rebar에 대한 피로성능연구는 아직 미비한 실정에 맞춰 GFRP Rebar로 보강된 콘크리트 보를 이용하여 피로현상 확인 및 규정 설립을 위한 연구가 절실히 필요한 실정이다. GFRP Rebar의 피로부착특성을 분석하기 위해서는 선행 연구인 정적부착특성에 관한 연구가 선행되어야 한다. 정적부착특성을 규명하기위해서 기존에 많은 연구자들은 단순순수 1방향 순수인발(수평, 수직인장)실험에 국한되어 있었다. 이러한 순수인발 실험은 실제구조물에서 발생할 수 있는 여러 가지의 휨 하중에 대한 고려는 하지 않고 있을 뿐만 아니라 보강근의 파단을 유도하기 위하여 과도한 피복두께를 적용하고 있다. 따라서 본 연구에서는 GFRP Rebar로 보강된 콘크리트 보를 제작하여 실제 하중과 유사한 휨 하중발생시 GFRP Rebar와 콘크리트의 부착특성을 실험적으로 검증하고자 하였다. 본 논문에서는 철근과 유사한 자체 개발된 GFRP Rebar의 휨 부착특성을 규명하고자, GFRP Rebar의 뭍힘길이를 피로 특성의 영향 인자로 설정하여 휨 부착 피로 실험을 수행하였다. 인장시험, 휨 부착 정적 실험을 수행하여 피로실험을 수행하고 피로 실험에서 얻어진 데이터를 이용하여 Amplitude 2단계(two stress levels)와 3단계(three stress levels) 휨 응력을 받는 휨 부착시험체의 부착-슬립을 단계적으로 실행하여 실험을 통하여 얻은 진 결과로부터 피로하중-피로수명, 강도-피로수명, 부착응력-슬립, 관계를 얻어낸 후 분석을 통하여 Miner 이론의 누적손상 이론에 적용하여 GFRP Rebar로 보강된 콘크리트 보의 피로 휨·부착 특성을 분석하는데 그 목적 있다. 또한 단계별 피로하중에 대한 실험결과로부터 피로수명과-슬립의 관계를 나타내고 누적손상현상을 밝힘으로서, GFRP Rebar의 철근대체 재료로서의 사용 가능성을 검토하고자 한다. 이를 위하여 본 연구에서는 BRITISH STANDARD에서 규정하고 있는 실험 방법에 따라 GFRP Rebar로 보강된 콘크리트 보를 제작하고, GFRP Rebar의 공칭직경의 5배(5db), 10배(10db), 15배(15db)를 부착구간으로 설정하여 정적실험, 일정하중 피로실험 및 변동하중 피로실험을 실시하였다. 실험결과 모든 시험체에서 Pull-out파괴가 지배적으로 발생하였고, 10db시험체에서는 Pull-out파괴와 GFRP Rebar와 콘크리트의 완전부착에 의한 Concrete Splitting파괴가 동시에 발생 하였으며 15db시험체는 모두 GFRP Rebar와 콘크리트의 완전부착에 의한 Concrete Splitting파괴가 발생하였다. 또한 일정하중피로실험을 통해서 GFRP Rebar로 보강된 콘크리트 보의 피로수명이 S-N Curve와 S-N관계식으로부터 검증되었으며, 변동하중피로 실험결과를 Miner의 누적손상이론에 적용한 결과, 그 값이 실험방법에 따라 1이 되지 않음으로서 Miner의 누적손상이론은 수정이 불가피한 것을 실험적으로 규명하였다.
This study is to examine bond strength of beam reinforced with GFRP rebar under 4-point fatigue bending test by adopting BS(British Standard). The variables were chosen to have bonding length of 5times(5db), and 15times(15db) of the nominal diameter of GFRP Rebar. In the result of the test, pull-out failure was dominant in the 5db specimen, patterns of the pull-out failure and concrete shear failure appeared in the 15db specimen showed only concrete Splitting failure at the end of bonding length. Therefore, The strain development consist of three different stage : A rapid increases form 0 to about 10% of total fatigue life. A uniform increases form 10% to about 70%~90%. Then a rapid increases until failure, if failure takes place. It seems that stress level has not influence on the secant modules of elasticity. And also according to the outcome the existing strengthening method came out to be the most superiority in S-N graphs. A nonlinear cumulative damage theory, which can model the effects of the magnitude and sequence of variable amplitude fatigue loadings, is proposed. The concrete beam specimens are prepared and tested in four-point flexural loading conditions. The variable amplitude fatigue loadings in two and three stage are considered. The present experimental study indicates that the fatigue failure of concrete greatly influenced by the magnitude and sequence of applied, variable-amplitude fatigue loading. It is seem that the linear damage theory proposed by Palmgren and Miner is not directly applicable to the concrete under such loading case. The sum of the cumulative damage is found to be greater than 1 when the magnitude of fatigue loading is gradually decreased. The proposed nonlinear damage theory, which includes the effects of the magnitude and sequence of applied fatigue loading, allows more realistic fatigue analysis of concrete structures.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/150784http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000406679
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