• 터널과지하공간
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• 제34권5호
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• pp.433-448
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• 2024

철근콘크리트 구조물 보강근으로는 일반강 소재가 주로 사용된다. 이 소재는 장기간에 걸쳐 부식이 진행되므로, 구조물이 노후화되면 안전성이 급격히 저하되는 문제가 발생한다. 그래서 부식 우려가 없는 GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic) 보강근이 기존 철근의 대체재로 주목받고 있다. 본 연구는 GFRP 보강근을 콘크리트 부재에 적용하기 위한 기초 기술을 조사하였다. 이를 바탕으로 기존의 GFRP 보강근 부재의 부착거동 및 인장강화 효과에 대해 분석하였다. 그 결과, GFRP 보강근의 부착거동의 반영, 보강근의 지름, 보강근비와 같은 GFRP 보강근의 물성치가 인장강화 효과의 주요 변수로 분석되었다. GFRP 보강근 적용을 확대하기 위해서는 인장강화 효과를 정확히 반영할 수 있는 신규 모델이 필요할 전망이다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제25권2호
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• pp.187-194
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• 2013

섬유복합체(FRP)는 비부식성 재료라는 특징으로 인해 이상적인 철근 대체재로 주목 받고 있다. 그러나 현재 FRP 보강근은 철근과 달리 일반적으로 수용되는 고정된 형태가 존재하지 않고 다양한 재료와 성분비, 형태 등으로 제작되기 때문에 이에 대한 성능평가 데이터에 근거한 FRP 보강 콘크리트 부재의 거동특성 구명은 상당부분 제한될 수 있다. 더군다나 FRP 보강 콘크리트 부재의 휨거동에 대한 평가는 주로 단기 거동 측면에 집중되어 이루어져 왔다. 이 연구는 GFRP 보강근 및 이를 사용하여 보강된 콘크리트 부재의 장기거동을 평가하기 위한 것으로, 먼저 철근 대체용으로 개발된 GFRP 보강근에 대한 성능평가 결과를 제시하였고, 이의 크리프 거동 특성에 대한 3년간의 계측 결과를 제시하였다. 실험 결과 인장강도의 약 55% 이하의 하중이 지속적으로 재하되는 경우에는 100년 이상의 내구연한을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 GFRP 보강 콘크리트 보의 장기거동을 약 1년간 관찰하였으며 이로부터 FRP 보강 부재의 장기처짐 계산식에 사용되는 수정계수 값 0.73을 도출하였다. 따라서 이 연구로부터 도출된 GFRP 보강근 및 이로 보강된 콘크리트 보의 단기 및 장기 거동 특성값은 FRP 보강 콘크리트 부재의 설계에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제25권2호
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• pp.137-144
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• 2013

철근콘크리트(reinforced concrete) 구조부재에서 철근의 부식으로 인한 문제점을 개선하고자 섬유보강 복합재료(FRP) 보강근(rebar)을 사용하는 것에 대한 연구가 꾸준히 진행되어져 오고 있다. 하지만 이러한 FRP 보강근을 사용한 콘크리트 부재의 환경에 대한 장기거동에 대한 연구가 아직도 미흡한 수준이다. 이 연구는 GFRP(glass fiber reinforced polymer) 보강근을 사용한 콘크리트 부재를 온도 약 $46^{\circ}C$와 습도가 80%인 인위적인 실험실에서 최대 300일까지 노출시킨 후의 장기 거동에 대한 실험적 연구를 제시하였다. 비교를 위하여 두가지 서로 다른 GFRP 보강근과 철근을 보강한 콘크리트 보 시험체를 제작하였다. 실험 결과, 장기 노출환경에서도 GFRP 보강근을 보강한 콘크리트 보 시험체의 파괴형태는 철근 보강 콘크리트 보시험체와 매우 유사한 파괴형태를 나타내었으며, 노출 시간에 따른 하중저항 감소값은 철근이 보강된 경우가 GFRP 보강근이 보강된 경우보다 하중저항 감소값이 크게 일어났다. 또한 GFRP 보강근 보강 콘크리트 보 시험체를 설계할 시에는 철근 보강보다 취성파괴에 대한 충분한 대비가 요구됨을 알 수 있었다. 그리고 압축파괴에 대한 변형도 계수(deformability factor)는 모든 경우에서 노출시간에 관계없이 큰 변화가 없음을 알 수 있었다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.49-52
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• 2008

유리섬유를 사용한 섬유강화복합체(Glass Fiber Reinforced Polymer, GFRP) 보강근의 인장강도 및 부착성능 등은 철근과 다르기 때문에 GFRP 보강근을 콘크리트 구조물에 적용하기 위해서는 GFRP 보강근으로 보강된 콘크리트 부재의 거동에 관한 연구가 선행되어야 한다. GFRP는 높은 비강도, 경량성, 비부식성 등의 장점을 가지고 있으나 탄성계수가 철근보다 작아 상대적으로 큰 처짐이 발생하는 단점이 있다. 교량 바닥판은 아칭효과 등에 의해 휨성능이 증가하므로 FRP 보강근을 우선 적용할 수 있는 대상 중 하나이다. 본 논문은 국내에서 개발된 철근 대체재용 GFRP 보강근의 콘크리트 구조물로의 적용 가능성을 관찰하기 위한 실험연구에 관한 것으로 폭과 길이가 3,000 mm, 4,000 mm이고 두께가 240 mm인 실제 크기의 콘크리트 바닥판을 제작하여 GFRP 보강근의 보강비에 따른 거동을 관찰하였다. 정적실험을 수행하였으며 DB-24 하중등급의 축하중을 모사한 재하면적을 가진 직사각형 강재로 바닥판이 파괴될 때까지 집중하중을 가하였다. 철근 보강 바닥판과 GFRP 보강 바닥판의 거동차이를 최대성능 및 처짐 거동 등에 대해 비교 검토하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권5A호
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• pp.719-727
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• 2008

GFRP 보강근의 인장강도 및 부착성능 등은 철근과 다르기 때문에 GFRP 보강근을 콘크리트 구조물에 적용하기 위해서는 GFRP 보강근으로 보강된 콘크리트 부재의 거동에 관한 연구가 선행되어야 한다. GFRP는 높은 비강도, 경량성, 비부식성 등의 장점을 가지고 있으나 탄성계수가 철근보다 작아 상대적으로 큰 처짐이 발생하는 단점이 있다. 교량 바닥판은 아칭효과 등에 의해 휨성능이 증가하므로 FRP 보강근을 우선 적용할 수 있는 대상 중 하나이다. 본 논문은 국내에서 개발된 철근 대체재용 GFRP 보강근의 콘크리트 구조물로의 적용 가능성을 관찰하기 위한 실험연구에 관한 것이다. 대상 실험체는 폭과 길이가 3,000 mm, 4,000 mm이고 두께가 240 mm인 실제 크기의 콘크리트 바닥판이다. 실험변수는 보강근 종류(철근, GFRP 보강근)와 보강비로 총 3개의 바닥판을 제작하였다. 정적실험을 수행하였으며 DB-24 하중등급의 축하중을 모사한 재하면적을 가진 직사각형 강재로 바닥판이 파괴될 때까지 집중하중을 가하였다. 철근 보강 바닥판과 GFRP 보강 바닥판의 거동차이를 최대성능, 처짐 및 균열 거동 등에 대해 비교 검토하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권1호
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• pp.65-74
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• 2009

이형철근의 부식이 우려되는 경우, GFRP 보강근의 사용이 사용될 수 있다. 이 연구에서는 GFRP 보강근으로 보강된 총 36개 보 및 일방향 슬래브의 휨 실험을 수행하였다. 4종의 GFRP 보강근을 실험에 사용하였고, 보강근 직경은 13 mm이었다. 대부분의 실험체의 보강근은 중앙부에서 겹침이음되었다. 모든 보 및 슬래브는 4점재하 되었으므로, 이음부는 균일한 모멘트를 받도록 계획하였다. 실험변수는 이음길이, 피복두께 및 보강근 간격이었다. 보수적으로 부착강도를 평가하기 위하여 이음부에는 스터럽을 사용하지 않았다. 실험결과 보강근과 콘크리트 간 발생한 부착응력을 비선형 단면해석을 통하여 결정하였다. 2변수 선형 회귀분석을 사용하여 평균부착강도의 예측식을 유도하였다. 5% 분위수 개념을 사용하여 이음길이 설계식을 제안하였다. 이 연구의 결과로 이론적인 이음길이 설계식이 제안되었으며 결과를 ACI 440 정착설계식과 비교하였다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.185-188
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• 2008

FRP 보강근은 철근부식의 근본적인 대책으로서 높은 인장강도와 내부식성이 우수한 재료이다. 그러나 낮은 탄성계수로 인해 부재의 처짐 및 균열이 철근콘크리트를 사용한 부재에 비하여 크게 발생하는 문제점이 있으며, 취성적인 성질로 인하여 파괴가 급격히 발생할 우려가 있다. 이러한 FRP 보강근을 구조부재에 사용하기 위해서는 기존의 철근콘크리트 부재설계와는 다른 개념이 필요하며, 이미 구조부재에 FRP 보강근을 사용하고 있는 외국의 경우 기존의 FRP 보강근을 사용한 구조부재의 설계를 위한 제안식들은 실험에 의한 계수의 추가 등으로 철근콘크리트 구조설계식을 수정하는 형태로서 제안되어지고 있다. 그러나 이러한 방법은 설계식을 복잡하게 하며, 철근콘크리트와 다른 FRP 보강근의 특성을 적절히 반영하고 있다고 할 수 없다. 또한, 기존의 설계식의 수정된 형태에서는 하중저감계수와 같은 안전계수(safety factor)를 제안하고 있으나, 정확한 신뢰성레벨은 알지 못하며, 실험에 의한 경험적 값의 성격이 강하다. 따라서 본 연구에서는 FRP bar를 사용한 보의 불확실성을 조사하고, FRP bar를 사용한 부재의 신뢰성지수를 평가하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.273-280
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• 2011

이질 보강근의 조합 및 섬유의 혼입을 변수로 한 10개의 고강도 콘크리트 보를 제작하고 구조 실험을 수행하고 균열 후 강성, 처짐, 균열 양상, 연성에 대한 거동을 살펴보았다. 6개 부재는 철근, CFRP 보강근, GFRP 보강근의 조합으로 2단 휨 배근되었고, 4개 부재는 CFRP 보강근 혹은 GFRP 보강근으로만 2단 배근되고 강섬유 및 합성 섬유를 혼입하였다. FRP 보강근 내측에 철근을 처짐 및 균열 제어용으로 하이브리드 배근함으로써 FRP 보강근 보강 보의 낮은 강성, 큰 처짐, 낮은 연성, 깊은 균열 및 넓은 균열폭을 제어할 수 있었다. 또한, 섬유의 혼입을 통해 FRP 보강근 보강 보의 빠르고 깊은 균열이 제어되고 연성 및 내하력이 향상되었다. 섬유 혼입된 FRP 보강근 보강 콘크리트 부재 설계 시 섬유 혼입에 의해 증가된 콘크리트의 극한 압축 변형률에 대한 고려가 필요함을 알 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.47-54
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• 2023

본 연구에서는 GFRP, BFRP와 CFRP 보강근으로 보강된 콘크리트 시험체의 인장 거동 특성을 실험적으로 분석하였다. FRP 보강근의 인장강도는 설계강도와 유사하게 나타났으나, 탄성계수는 다소 낮게 측정되었다. 또한 인장강화 시험체는 OPC와 SFRC를 사용하여 150(W)×150(B)×1000(H) mm의 크기로 제작하였다. 균열간격은 탄성계수가 낮고 표면이 보다 매끄러운 GFRP 보강근이 가장 크게 나타났으며, 표면이 다소 거친 BFRP와 탄성계수가 높은 CFRP 보강근의 균열간격은 비슷하게 분석되었다. 하중-변형률관계에서도 GFRP보강근은 균열후 다소 급격한 거동을 보인것에 반하여 BFRP와 CFRP 보강근은 균열발생시 다소 안정적인 거동후 일정수준은 인장강화 효과를 유지하였다. 인장강화지수의 경우 직경이 증가할수록 인장강화지수는 다소 작게 분석되었으며, BFRP보다 GFRP의 경우가 인장강화지수는 높게 분석되었다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.325-328
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• 2008

FRP 보강근을 이용한 콘크리트 부재는 균열이 발생하면 강성이 상대적으로 작아지고 이와 같은 부재의 낮은 강성은 사용하중 상태에서 허용처짐량이나 균열폭 등과 같은 사용성이 부재의 설계를 결정하게 되는 주요 요인으로 작용하게 된다$^{1)}$. 미국, 캐나다, 일본 등의 선진국에서는 FRP 보강근을 사용한 콘크리트 부재의 연구가 활발히 진행되어 사용성에 대한 설계기준(안)이나 지침서를 제안하고 있으나 국내에서는 아직까지 이에 대한 연구가 미비하다. 따라서 본 연구에서는 보강비를 달리한 총 4개의 콘크리트 보에 대하여 180일간 지속하중을 재하하였으며 이들 보의 순간처짐(sohrt-term deflection) 및 장기처짐(long-term deflection)의 발생을 관찰하였다. 뿐만아니라 현재 ACI에서 제안하는 장기처짐 값을 계산하여 그 결과를 실험값과 비교 분석하였다. 비록 제한된 수의 비교이지만 180일간 지속하중을 받은 콘크리트 보의 장기처짐은 재하시 순간처짐의 약 40${\sim}$70%까지 발생되었으며 ACI에서 제안한 장기처짐값은 실제 보에서 발생한 장기처짐값을 최대 46% 과대평가하였다.