GFRP Rebar로 보강된 보의 유효단면 이차모멘트 산정식 제안

Abstract

건설구조물의 경우, 고내구성을 보유한 구조물의 장수명화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 경량, 고강도 및 고내구성을 보유한 건설신소재에 대한 연구·개발 및 활용이 점차 증가되는 추세이다. 최근에는 건설신소재인 GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymers)에 대한 연구가 꾸준히 진행되어 왔다. 그러나 GFRP는 낮은 탄성계수와 항복점과 소성구간이 없는 특성으로 인하여 구조부재에 철근을 대체하여 사용될 경우 부재의 처짐의 증가, 과다한 균열 발생 등 사용성의 문제를 야기시킬 수 있으며 높은 인장강도로 인하여 균형보강비가 철근 사용시에 비해 현저히 저감되어 이에 따른 파괴양상 및 거동특성이 기존의 철근 콘크리트 구조물과는 상이하여 이에 대한 고려가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 국외 선진국의 기술사례를 바탕으로 개발된 GFRP rebar를 바탕으로 GFRP rebar가 적용된 콘크리트 보 구조물의 ？？ 성능을 분석하였다. 또한 시험결과를 바탕으로 ACI 440 및 ISIS Canada design manual의 제안식 및 선진 연구자의 제안식들과 비교하여, 개발된 GFRP rebar 적용 가능한 유효단면 이차모멘트 산정식을 제안하였으며, 시험결과와 비교 검증을 통하여 그 적용성을 검토하였다. GFRP rebar로 휨 보강된 보의 경우 철근콘크리트보에 비해 높은 극한하중을 나타내었다. 다소 큰 처짐과 균열폭을 보였으나, 취성적 거동은 발현되지 않음에 따라 GFRP rebar의 휨보강 적용이 가능할 것으로 판단되며 이러한 결과를 바탕으로 GFRP 보강 휨 부재의 유효단면 이차모멘트에 관한 기존의 제안식들과 시험데이터와의 비교 분석을 실시한 결과 기존식은 균열모멘트이후 극한모멘트의 50%수준 이후에는 실제 유효단면 이차모멘트보다 다소 높은 값을 나타냄으로써 최종파괴시까지의 처짐량을 과소평가하는 경향이 있었다. 따라서 Toutanji 와 Saffi의 제안식을 회귀분석 및 변수 해석을 통하여 수정된 식을 제안하였으며, 제안식을 적용한 모델의 비교 분석을 통하여 제안식이 최종파괴시까지의 처짐량을 비교적 정확히 예측할 수 있는 것을 확인하였다.; Traditional concrete structures with steel reinforcing bars shall gradually deteriorate owing to external loadings and environmental attacks. Fiber reinforced polymer (FRP) is one of the most attractive alternative material for steel since it provides excellent tensile strength and much higher corrosion resistance as well as lower self-weight. But Concrete members reinforced with glass fiber-reinforced polymer (GFRP) bars exhibits large deflections and crack widths compared with concrete members reinforced with steel. This is due to the low modulus of elasticity of GFRP. Current design methods for predicting deflection at service loads developed for concrete structures reinforced with steel may not be used for concrete structures reinforced with GFRP. This study presents methods for predicting deflection in beams reinforced with GFRP. To use the effective moment of inertia for concrete beams reinforced with GFRP rebars, the effect of GFRP reinforcement ratio and elastic modulus of GFRP were incorporated in the m of Branson's equation. This study utilized a newly developed FRP rebar that uses glass fibers in core and chopped glass fibers to make rips on the surface of rebar. Six concrete beams reinforced with different GFRP reinforcement ratio were tested. Their measured deflection and the effective moment of inertia were compared with ACI 440, ISIS Canada Design Manual and proposed model. The experimental results compared favorably with those predicted by models