Abstract
Among the methods for enhancement of load-carrying capacity on flexural concrete member, recently, a concept is being investigated which replaces the steel in a conventional reinforced concrete member with a fiber reinforced polymer(FRP) shell. This study focuses on modeling of the structural behavior of concrete surrounded with FRP shells in flexural bending members. A numerical model of fiber cross-sectional analysis is proposed to predict the stress and deformation state of the FRP shell and concrete. The stress-strain relationship of concrete confined by a FRP shell is formulated to be based on the constitutive law of concrete in multi-axial compressive stress state, in assuming that the compression response is dependent on the radial expansion of the concrete. To describe the FRP shell behavior, equivalent orthotropic properties of in-plane behavior from classical lamination theory are used. The present model is validated to compare with the experiments of 4-point bending tests of FRP shell concrete beam, and has well predicted the moment-curvature relationships of the members, axial and hoop strains in the section, and the enhancement of confinement effect in concrete surrounded by FRP shell.
콘크리트 휨 부재의 내하능력을 개선하는 방법들 중에서, 최근에 와서, 기존의 철근콘크리트 부재에서 사용하는 철근을 대신하여 섬유보강폴리머(FRP) 복합재료 층으로 보강한 콘크리트 부재에 관한 연구가 이루어지고 있다. 본 연구는 휨을 받는 원형단면 FRP 콘크리트 부재의 거동을 예측하기 위한 해석모델에 중점을 두고 있다. FRP층과 내부에 충진된 콘크리트로 이루어진 부재의 응력 및 변형을 예측하기 위하여 층분할 단면해석 모델이 제시되었다. 콘크리트의 압축거동이 횡방향 팽창에 의존한다는 가정과 다축 압축 응력상태의 구성관계에 기초하여 FRP 층으로 둘러 쌓인 콘크리트의 응력변형률 관계를 정식화하였다. 고전적 적층이론에서, FRP 층의 거동은 2차원 적층의 면내거동의 응력-변형률 관계에 기초한 등 가직교재료특성에 기초하여 정식화하였다. 소개된 해석모델의 검증을 위하여 원형단면 FRP 콘크리트 휨 부재의 4점 실험과 비교한 결과, 본 모델은 부재의 모멘트-곡률 관계, 단면에서의 축방향 변형률뿐만 아니라 횡방향 변형률, 그리고 FRP 층으로 인한 콘크리트의 구속효과의 증진에 관한 거동 특성들을 잘 예측해 주었다.
