FRP 판으로 표면매입 보강된 철근콘크리트 보의 보강성능

서수연,최기봉,권영순 한국구조물진단유지관리공학회 2012 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.16 No.1

최근 FRP를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보강방법으로서, 표면매입 보강 (Near-Surface-Mounted Retrofit, NSMR)방법의 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 방법은 콘크리트에 홈을 형성하는 추가의 작업이 필요하지만 보강효과를 높일 수 있고 FRP가 표면에 노출되지 않기 때문에 환경의 영향을 저감시킬 수 있다. 본 연구에서는 이와 같은 표면매입 보강공법 즉, FRP판을 세워서 표면에 매입보강하는 공법의 보강효과를 실험적으로 규명하고자 하였다. 이를 위하여 철근콘크리트 보를 제작한 뒤 기존의 표면부착 보강과 표면매입 보강을 실시한 뒤 실험을 통하여 보강성능을 비교하였다. 또한 매입보강의 경우에는 중앙부를 부분적으로 비부착시켜 그 효과를 관찰하였다. 연구결과, FRP판을 이용한 철근콘크리트 부재의 휨보강방법으로서 FRP판을 세워서 표면에 매입하는 보강방법은 기존의 판 부착보강에 비하여 높은 보강성능을 발휘하는 것으로 나타났다. ACI 440-2R의 휨보강시 내력산정방법을 따르고 정착부분의 세가지 파괴형태를 고려함으로써 표면매입 보강된 부재의 내력을 평가할 수 있는 것으로 나타났다. Recently, research about Near-Surface-Mounted Rertofit (NSMR) method has been being widely performed as a method for retrofit of RC structure using FRP. This method requires additional work to make grooves during retrofit but makes it possible to improve retrofit effect and reduce the attack by environment. In this paper, the retrofit effect of NSMR method, especially the method using FRP plate instead of bar is investigated through experiment. Six RC beams were made and retrofitted using by FRP plate following the planned methods; Surface-Bonding Retrofit (SBR), NSMR without debonding region and NSMR with debonding region. Flexural capacity of all specimens was evaluated by beam test with simple support condition. As a result, NSMR method with FRP plate had more improved structural capacity than SBR method. The calculation process of ACI 440-2R can be used to predict the member retrofitted by NSMR with FRP plate with consideration on the three anchorage failure mechanism.

콘크리트에 표면매립보강된 FRP의 내화단열방법에 따른 부착성능

임종욱,김태완,서수연 대한건축학회 2019 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.35 No.1

The purpose of this paper is to find the fire-protection method for keeping on the bond capacity of Near-Surface-Mounted (NSM) FRP underhigh temperature. Experiments have been carried out to evaluate the bond capacity of NSM FRP by using CFRP-plates and to confirm theheat transfer to the concrete block when the refractory insulation is attached to the surface of NSM FRP. Bond test of NSM FRP underroom temperature was conducted to obtain the maximum bond strength. And then a heating tests were carried out with keeping the bondstress of 30% of the maximum bond strength. As a result, the bond capacity of NSM FRP was disappeared when the temperature at epoxyreached to its glass transition temperature (GTT). In order to secure the bond capacity of the NSM FRP, it is necessary to protect the frontas well as side by using insulation materials 본 논문의 목적은 고온상태에서 표면매립 보강된 FRP의 부착성능을 유지하기 위한 내화보호 방법을 찾기 위함이다. 이를 위하여, CFRP 판으로서 표면매립 보강된 FRP의 부착성능을 평가하기 위한 실험을 실시하였으며 내화단열재를 표면매립된 FRP 표면에 부착할 때 콘크리트 블록의 홈으로 열전달을 확인하였다. 또한 표면매립된 FRP의 상온에서의 부착강도를 파악하기 위하여 부착실험을 실시하였다. 그리고 최대 부착강도의 30%에 해당하는 부착응력을 작용시킨 상태에서 가열시험을 실시하였다. 실험결과, 표면매립된 FRP의 부착성능은 에폭시가 유리전이온도에 도달할 때 사라지는 것으로 나타났다. 표면매립된 FRP의 부착성능을 확보하기 위해서는 단열재료를 사용하여 부착된 표면뿐만아니라 측면도 함께 보호할 필요가 있는 것으로 나타났다.

비부착 표면매립 긴장보강된 철근 콘크리트 보의 거동 분석

정우태 ( Jung Woo-tai ),박종섭 ( Park Jong-sup ),강재윤 ( Kang Jae-yoon ),박희범 ( Park Hee Beom ),김상현 ( Kim Sang-hyun ) 한국복합신소재구조학회 2020 복합신소재구조학회논문집 Vol.11 No.6

본 논문은 콘크리트 구조물 보강공법 중 하나인 CFRP 표면매립 긴장보강의 거동을 분석하였다. 이를 위해 CFRP 긴장재 및 긴장시스템을 개발하고 손상후 보강거동 및 충전재 유무에 따른 비부착 보강거동을 고찰하였다. 실험결과, 비부착 실험체의 보강효과는 무보강 실험체보다 38% 증가하지만, 부착 실험체보다 17% 감소하였다. 손상된 콘크리트를 보강한 경우는 건전한 콘크리트의 보강효과와 유사했다. 정착장치와 부착된 CFRP 긴장재는 안정된 보강효과를 보였다. Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) strengthens concrete structures due to its corrosion resistance. Various structural strengthening methods have been developed and applied to strengthen deteriorated reinforced concrete structures, such as externally bonded reinforcements (EBRs) and near surface mounted (NSM) systems. However, both EBR and NSM reinforcement demonstrate premature failure. Recent research has attempted to prestress NSM reinforcement, but this requires a special prestressing system and various strengthening behaviors without filler. Therefore, this study develops a CFRP tendon and prestressing system for NSM reinforcement and investigates the strengthening effect considering the unbonded performance without filler and the damaged concrete. The test results reveal that the unbonding of the CFRP tendon improves the strengthening effect by 38%; however, it remains 17% less strong than the bonded specimen. The strengthening effect of the damaged concrete is similar to that of the general strengthened specimen. The use of a CFRP tendon with filler and anchorage system appears to improve stable strengthening behavior.

콘크리트에 표면매입 보강된 FRP판의 전단키 및 연단거리 효과

서수연 한국구조물진단유지관리공학회 2016 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.20 No.1

본 연구에서는 콘크리트에 표면매입된 FRP판의 부착거동에서, 전단키와 연단거리의 효과를 관찰하기 위한 부착시험을 실시하였 다. 실험에서의 주요변수는 전단키의 위치, 형태 그리고 연단길이이다. 규격 3.6 ㎜×16 ㎜의 FRP를 400 ㎜×200(300) ㎜×400 ㎜ 규격의 콘크리 트 블록에 매입하고 에폭시로 고정시켜서 실험변수에 따라 총 10개의 부착실험체를 제작하였다. FRP의 연단에 인장력을 가한 뒤 파괴시까지 실험을 실시하고 하중을 기록하였으며, 미끄러짐과 FRP의 인장변형량을 기록하였다. 실험으로부터, 전단키의 위치는 가력부에서 멀리 떨어 질수록 전단강도가 상승하는 것으로 나타났으며, 전단키의 직경이 커질수록 내력이 저하되는 것으로 나타났다. 특히 전단키가 일정 이상의 규 격이 되면 전단키가 없는 경우에 비하여 내력이 저하되어 오히려 부착강도에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 것으로 나타났다. NSM FRP에서 응력장용방향의 연단거리가 길어짐에 따라 동일 부착길이임에도 불구하고 내력이 일부 증가하는 것으로 나타났다. 표면매입 보강된 FRP의 부착실험에서, FRP와 콘크리트사이의 부착-미끄러짐은 전체거동을 지배하는 것으로 나타나므로 이에 따른 과도한 미끄러짐은 설계에 반드시 고려될 필요가 있다. This paper presents a bond test to find the effect of shear key and edge length from the bonded FRP in near surface-mounted(NSM) retrofit using FRP plate. Main parameters in the test are the location and size of shear key and the edge length. For the test, 10 specimens were made by embedding FRP plate of 3.6 ㎜×16 ㎜ into 400 ㎜×200(300) ㎜×400 ㎜ concrete block and fixing it by using epoxy. Tensile load was applied to the FRP of the specimens until failure and was recorded at each load increase. In addition, the bond slip and elongation of FRP were measured during the test. From the test, it was found that the further the shear key located from the loading, the higher strength we could get. The bond strength inversely depended on the size of shear key. Especially, when the size of shear key was to be lagger than certain size, the bond strength decreased to very low value; even less than that of the case without shear key. The bond strength somewhat increased corresponding to the increase of edge length from the bonded end of FRP to loading in spite of same bond length. The bond-slip between FRP and concrete governed overall deformation in the bond test of NSM FRP so that the effect of excessive slip is necessary to be considered in the design.

FRP 판으로 표면매립 전단보강된 철근콘크리트 T형 보의 전단성능

서수연 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.26 No.6

본 연구의 목적은 실험을 통하여 FRP를 이용한 철근콘크리트 부재의 표면매립 전단보강 효과를 규명하는 것이다. 연구목적을 달성하기 위하여, 3개의 철근콘크리트 T형 보를 제작하고 이중 두 개의 보에 대해서 표면매립 보강방법으로 FRP를 전단보강한 뒤 실험을 통하여보강효과를 규명하였다. 실험에서 두 가지의 전단보강방법을 고려하였는데, 첫째 충분한 매립길이를 가진 표면매립 (NSM) 보강, 둘째 다소 짧은 표면매립길이를 가지지만 추가의 표면부착 (EB) 보강을 한 경우이다. 연구결과, FRP strip을 이용한 표면매립길이를 플랜지 하부까지 길게확보할 경우에는 충분한 전단보강효과가 발휘되는 것으로 나타났다. 반면에 충분한 매립길이가 확보되지 않은 경우에는 FRP sheet로 추가 보강하더라도 전단보강효과가 나타나지 않는 것으로 나타났다. The purpose of this study is to define the shear reinforcing effect of Near-Surface-Mounted (NSM) FRP strips in reinforced concrete (RC)member through a test. Three T shaped RC beams were made and two of them were strengthened with NSM FRP strips for increase shear strength. And those were tested to find the shear strengthening effect. In the test, two case of shear strengthening methods were considered such as 1) with NSMFRP strips having full embedded length and 2) with NSM FRP strips having some what short embedded length and additional externally bonded FRPsheet. As a result, the shear strengthening effect could be obtained when the NSM FRP strips are embedded to have full length up to the bottom ofslab. However the shear strength was not increased in the case of having somewhat short embedded length of NSM FRP strips even additional EBsheet was enhanced.

FRP판으로 휨 보강된 철근콘크리트 보의 장기거동

서수연,트랜 하이반,김강수,윤현도,이건철 대한건축학회 2023 대한건축학회논문집 Vol.39 No.3

The purpose of this study is to evaluate the long-term behavior of RC beams reinforced by fiber reinforced polymer (FRP) strip such asnear-surface mounted retrofit (NSMR) and externally bonded retrofit (EBR). The 30% loads of nominal strength of the RC beams wereapplied and continued for up to 49 days. The loads were increased up to 55% of the nominal strengths of RC beams at 50 days afterperforming flexural retrofit by using FRP with the planned retrofit methods and have been kept for almost one year. During all loadingperiods, the deflections and the strains of rebars and FRPs were measured at least once every week. The long-term behavior of all specimenswas evaluated and the deflection variations were predicted by considering the long-term effect on the nonlinear sectional analysis result of thereinforced RC beams. As a result, in the specimen reinforced with partially de-bonded NSM FRP, the strains of the FRP strip were notconcentrated on the center of the beam and the magnitude at the center was less than that with the fully bonded FRP. In addition, it ispossible to properly simulate the deflections of the beams strengthened with FRP exposed to a long-term load by considering the long-termeffect on the sectional analysis result. 본 연구에서는 FRP판으로 표면매립과 표면부착 보강된 RC 보들의 장기거동을 평가하고자 한다. RC 보에 공칭강도의 30%에 해당하는 하중을 가력하여 42일을 지속시킨 후, 하중 작용상태에서 계획된 보강방법에 따라 FRP 판으로 휨보강하고 1주일의 양생기간을 거쳐 50일째에는 보강후 공칭강도의 55%로 하중을 증대시키고 약 1년동안 하중을 유지시켰다. 모든 가력기간동안의 처짐과 인장철근 및 FRP의 변형률을 1주일에 최소 1회이상 계측하였다. 모든 실험체의 장기거동을 평가하였고 단면해석결과에 장기재하 효과를 고려하여 처짐의 변화를 평가하였다. 그 결과, 부분 비부착 FRP로 표면매립보강된 실험체는 비부착구간에서 FRP 변형률이 보의 중앙에 집중되지 않음에 따라, 중앙부 변형률이 완전부착인 경우에 비하여 낮게 나타났다. 또한 단면해석결과에 장기거동 효과를 고려함으로써 장기하중에 노출된 FRP 보강 RC 보의 처짐을 적절하게 예측할 수 있는 것으로 나타났다.

FRP판을 이용한 콘크리트 보강에서 보강방법에 따른 부착성능

서수연(Seo Soo-Yeon),오재길(Oh Jae-Gil),최기봉(Choi Ki-Bong) 대한건축학회 2011 大韓建築學會論文集 : 構造系 Vol.27 No.8

Recently, FRP (Fiber Reinforced Polymer) has been widely applied in retrofit of concrete member owing to its ease construction and high structural capacity compared to other materials. External Bond Retrofit (EBR) using FRP sheet or plate is most popular method for flexural retrofit of concrete member. In strengthened concrete member using this method, however, problems such as dismantling of FRP were founded after retrofit. This causes a strength reduction of the retrofitted member. To resolve this problem, Near-Surface-Mounted Rertofit (NSMR) method was developed and being studied. In this paper, bond capacities of EBR and NSMR using FRP plate were studied experimently and results were compared each other. Main variables in the test were retrofit method, bond length and existence of shear key. From the test results, it was found that the member strengthened by NSMR had almost 1.5 times higher bond strength than that by EBR. The contribution of shear key was not observed when the splitting failure of concrete governed.

4각형 고강도 콘크리트 기둥 단면 변형을 통한 CFS Jacketing 보강방법 개발

이종길,김장호,박석균,김진근 한국구조물진단유지관리공학회 2010 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.14 No.6

1970년대에 콘크리트를 기반으로 지어진 많은 구조물과 빌딩은 안전성과 사용성을 고려하여 무수히 많은 연구를 현재까지 진행해 왔으나, 설계강도 보다 낮은 최대강도를 보이고 있다. 현재 노후화된 콘크리트 구조물들에 대한 다양한 보수․보강 공법이 개발되어 적용되고 있지만 기존 연구들은 구조물의 특성에 대해서는 고려하지 않고, 단지 기존 부재와 보수 재료의 부착에 관한 연구와 기존 부재를 효과적으로 보강하기 위한 새로운 방법을 개발하는 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구는 보수․보강 재료를 이용한 효율적인 강도증진 방법에 대한 연구, 보강 재료와 기존 부재 사이의 거동에 대해 부족했던 연구를 보완 하고자 한다. 또한 고강도 콘크리트는 높은 압축강도를 발현하기 때문에 부재의 단면을 축소시킬 뿐만 아니라 구조물의 자중 또한 감소시킬 수 있으므로 거대한 구조물 건설에 사용되고 있다. 고강도 콘크리트의 사용이 점차 증가하는 추세이지만 고강도 콘크리트를 이용한 구조물의 보수․보강에 대한 방법 연구 역시 미진한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 효과적인 고강도 콘크리트 기둥에 대한 보수․보강 방법을 개발하고자 한다. 본 연구에서는 사각단명 형상을 가진 기둥을 팔각단면으로 형상 변형을 통해 CFS로 보수․보강하여 단면 형상이 변함에 따른 효과를 파악하고, CFS로 보강된 고강도 콘크리트(HSC) 기둥의 강도 증대 효과와 파괴 거동에 대해 파악하고자 한다. Numerous past studies have shown that safety and serviceability of many concrete infrastructures and buildings built in 1970's have far less strength capacities than their original intended design capacities, thereby requiring repair and strengthening. Currently, aged concrete structures are being repaired using various methods developed in the past. Unfortunately, these methods do not consider the specific conditions that these members are under, but they merely attach repairing materials on the external surface for random strength improvements. Therefore, in order to improve repair and strengthening methods by considering composite behavior between repairing material and structural member, enhanced construction methodologies are needed. Also, the enhanced repairing and strengthening methods must be able to be implemented on structural members constructed using high performance concrete to meet the present construction demand of building mammoth structures. Therefore, in this study, a repairing and strengthening method for retrofitting high strength concrete (HSC) columns that can effectively improve column performance is developed. A square HSC column's cross-sectional shape is converted to an octagonal shape by attaching precast members on the surface of the column. Then, the octagonal column surface is surface wrapped using Carbon Fiber Sheets (CFS). The method allows maximum usage of confinement effect from externally jacketing CFS to improve strength and ductility of repaired HSC columns. The research results are discussed in detail.

표면매입보강방법으로 콘크리트내에 매입된 FRP 판과 콘크리트 사이의 부착거동

서수연(Soo-Yeon Seo),윤승조(Seoung-Jo Yoon),권영순(Yeong-Soon Kwon),최기봉(Ki-Bong Choi) 한국콘크리트학회 2011 콘크리트학회논문집 Vol.23 No.5

카본판을 접착보강한 강재의 거동분석

Ikhyun Sung 한국재난정보학회 2016 한국재난정보학회 논문집 Vol.12 No.1

구조물에 복합재료를 사용한 보강과 복구에 대한 사용이 증가하고 있는 상황에서 갑작 스러운 강도저하로 발생되는 재난을 피하기 위하여 임시 보강하고자 탄소섬유 판을 이용 하여 기존금속재와 접합(접착방식)을 통한 강도증진효과를 연구하였다. 특히 실험을 통 하여 강-탄소섬유보강재로 이루어진 복합 재 거동을 파악하였으며 여기에 적절한 시험을 위한 새로운 형태의 시험편을 제작하였다. 접합재로 레진을 접착하는 부착 면을 달리하 여 거동을 비교하기 위하여 표면처리가 다른 시험편을 각각 고려하여 시험한 결과 강성 보강효과는 물론 일체거동의 특성이 잘 나타남을 알 수 있었다. The use of advanced composite materials in strengthening and repair of existing structures is increasing rapidly. This paper describes an effectiveness of a bonding of carbon fiber reinforced sheets to corroded steel members for the repair. Three types of surface treatment, what we call cleaning, of corroded plate are chosen as parameters. They are “without cleaning”,“removal of painting by brushing” and “complete removal of painting”. From the experimental study, the following findings are obtained. 1) When the steel plate is subjected to tensile force, carbon fiber sheets adhered to the painted steel gives a higher strength against peeling compared to that of the plate without painting, 2) The grade of surface treatment, or cleaning of the corroded steel plate affects the strengthening effect.