국내설계기준과 피복두께를 고려한 RC 구조물의 탄산화 내구수명의 변동성

김윤식 ( Yun-shik Kim ),권성준 ( Seung-jun Kwon ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.25 No.5

본 연구에서는 탄산화에 노출된 하부 콘크리트 구조물을 대상으로, 실태조사 결과와 국내 시방서를 고려하여 결정론 및 확률론적 방법에 따른 내구수명을 도출하였다. 또한 변동계수의 변화에 따른 내구수명의 변화와 결정론적 해석 결과와 비슷한 결과를 제시하는 신뢰도 지수를 고찰하였다. 문헌조사 결과 도심지 하부 구조물의 피복두께의 평균은 70.0 ~ 90.0 mm였으며, 변동계수는 0.2 수준으로 조사되었다. 목표 내구수명 파괴확률을 10.0 %로 설정한 확률론적 내구수명 해석 방법의 경우 피복두께가 70 mm일 때 피복두께 변동계수 0.05, 0.1, 0.2에 해당하는 내구수명은 137년, 123년, 91년이 도출되었으며 피복두께가 80 mm인 경우 내구수명은 각각 179년, 161년, 120년으로 도출되었다. 결정론적 내구수명 평가와 동일한 수준의 신뢰도 지수를 평가하였는데 피복두께가 70 mm일 때 1.66 ~ 3.43 수준으로, 피복두께가 80 mm일 때 1.61 ~ 3.24 수준으로 평가되었다. 결정론적인 방법에서는 다양한 품질 및 국부적인 환경계수가 크게 고려되어 있는데, 이에 따라 내구수명이 크게 변화하므로 환경 및 설계인자의 변동성을 고려한 탄산화 설계변수의 정의가 필요하다. In this paper, service life for RC(Reinforced Concrete) substructure subjective to carbonation was evaluated through deterministic and probabilistic method considering field investigation data and Design Code(KDS 14 20 40). Furthermore changes in service life with increasing COV(Coefficient of Variation) and equivalent safety index meeting the same service life were studied. From the investigation, the mean and its COV of cover depth were evaluated to 70.0 ~ 90.0 mm and 0.2, respectively. With intended failure probability of 10.0 % and 70 mm of cover depth, service life decreased to 137 years, 123 years, and 91 years with increasing COV of 0.05, 0.1, and 0.2, respectively. In the case of 80 mm of cover depth, it changes to 179 years, 161 years, and 120 years with increasing COV. The equivalent safety index meeting the same service life from deterministic method showed 1.66 ~ 3.43 for 70 mm of cover depth and 1.61 ~ 3.24 for 80 mm of cover depth, respectively. The various design parameters covering local environment and quality condition in deterministic method yields a considerable difference of service life, so that determination of design parameters are required for exposure conditions and parameter variation.

확대머리철근의 측면파열파괴에 대한 피복두께의 영향

최창식,김정엽 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

본 연구에서는 확대머리철근이 정착된 접합부에서 측면파열파괴가 일어날 때 피복두께가 미치는 영향에 대해서 연구하였다. 인장응력을 받는 철근에 확대머리철근을 사용하는 것을 기계적정착 이라고 한다. 확대머리철근을 사용함으로서 지압판에 지압응력이 작용하며, 지압응력이 철근의 부착응력과 같이 인장응력에 저항하므로 짧은 정착길이를 가능하게 하며, 정착길이가 제한되는 접합부에 유용하게 사용된다. 기계적정착은 기존의 정착과 달리 지압판에 작용하는 지압응력에 의해서 측면파열파괴가 일어난다. 측면파열파괴는 철근이 충분한 피복두께를 충족하지 못하면 발생하는 경향을 보인다. Furche의 논문에 의하면 측면파열파괴강도는 철근의 피복두께, 지압판의 지압면적, 콘크리트의 인장응력에 비례하는 것을 볼 수 있다. 이를 통해서 기존의 ACI 기준에서는 기계적정착의 피복두께를 2db 이상으로 정하였는데, 실험에 의하면, 구경이 큰 철근을 기계적정착에 사용하였을 경우 피복두께가 2db 이상인 경우에도 측면파열파괴가 일어나는 경우를 보인다. 이와 같은 경우에 철근의 직경이 제한될 필요가 있으며, 철근의 직경과 피복두께에 상관관계에 관한 연구가 필요하다.

법정 내화슬래브의 내화성능에 관한 실험 연구

여인환,Yeo. In Hwan 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.6

본 연구는 현재 법정내화구조로 규정되어 있는 철근콘크리트조, 철골철근콘크리트조 및 철골철망모르타르조 슬래브에 대하여 재하조건에서의 내화성능을 검토함으로써 관련 규정의 분류체계 개선을 위한 자료 구축을 목적으로 하였다. 실험결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 피복두께 40 mm의 경우 철근콘크리트조, 철골철근콘크리트조, 철골철망모르타르조의 변형량은 허용기준 대비 40~44%, 피복두께 50 mm의 경우는 34~37%로 유사한 수준의 내화성능을 보이는 것으로 나타나, 동일 피복의 경우 구조형식에 따른 내화성능 차이는 크지 않은 것을 확인하였다. 다만 근소한 차이로 철근콘크리트조, 철골철근콘크리트조, 철골철망모르타르조의 순으로 내화성능이 우수한 것으로 나타났다. (2) 슬래브 피복두께가 10 mm 증가하면 철골철근콘크리트조의 경우 8%, 철골철망모르타르조의 경우는 7%의 내화성능이 향상되는 것으로 나타났다. 이로써 슬래브의 내화성능은 피복두께와 전체 두께에 비례하여 증가하며, 구조형식의 영향은 거의 없는 것을 확인하였다. (3) 슬래브의 차열성능은 구조형식이나 피복두께의 영향보다는 전체 두께가 증가할수록 향상되었다. 하지만 슬래브 두께 200 mm이상에서는 두께가 증가하여도 차열성능에 미치는 영향이 없는 것으로 나타났다. This study aimed to secure the test data for improving the classification scheme of related regulations about fire resistant slabs by testing the structural member of RC, SRC and SWM slabs which legally prescriptived. Test result may be summerised as follows. (1) In the equal thickness condiion of covering, the deflection of specimen of RC, SRC and SWM showed to have equivalent performance at the rate of 40~44% in the case of 40 mm, 34~37% of 50 mm to the proportion of allowed criteria. It can be placed in order, however, RC, SRC and SWM as a view of fire resisting rate. (2) An increase of 10mm cover thickness of slab lead to the fire resisting rate up to 8% and 7% in SRC and SWM, respectively. This showed that the fire resisting rate increases in proportion to the cover and whole thickness, with few influenced by structural type. (3) The insulation performance of slabs improved by increasing whole thickness, with few influenced by structural type or covering thickness, but in the case of over the 200 mm of thickness of slab it was not further improved.

도넛형 이방향 중공슬래브의 적용을 위한 해석적 연구 : 부착 강도

정주홍,강성훈,최현기,최창식 한국방재학회 2011 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.10 No.-

이방향 중공슬래브는 휨 성능에 미치는 영향이 적은 슬래브의 웨브 부분에 중공형성체를 배치하여 중공을 형성, 콘크리트 물량을 감소시키고 슬래브 중량을 저감시키는 바닥시스템구조이다. 하지만 슬래브 복부에 중공이 형성됨으로써, 철근과 중공 사이에 내부피복두께가 발생하게 되며 이에 따라 철근과 콘크리트 사이의 부착력이 저하될 것으로 판단된다. 이에 따라 본 연구에서는 내부 피복 두께 및 중공 형상을 고려하여 이방향 중공슬래브의 부착특성을 파악하고자 하였다. 본 연구에서는 중공과 부착성능의 관계를 파악하기 위하여 해석적 연구를 수행하였으며, 내부 피복두께의 영향을 파악하기 위하여 도넛 형상의 중공을 대상으로 내부피복두께를 변수로 하여 피복두께의 변화에 따른 위치별 부착응력 분포를 확인하였다. 또한 이를 통하여 철근 길이 방향의 피복두께변화에 따른 영향을 비교분석하여 도넛형 이방향 중공슬래브의 부착응력-슬립 관계를 도출하였다.

피복두께에 따른 탄소섬유로 보강된 얇은 부재의 휨성능

허윤아 ( Heo Yun-a ),유승우 ( You Seung-woo ),하상수 ( Ha Sang-su ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.25 No.2

철근콘크리트 부재는 춤은 기본적으로 철근의 피복두께를 유지하기 위해 최소 8cm 이상의 춤이 요구된다. 본 연구에서는 철근콘크리트 부재에 비해 춤이 매우 작은 부재를 제작하여 휨거동을 파악하고 작은 부재를 건설재료로 활용하기 위한 기초적인 자료를 제공하기 위함이다. 작은 부재의 제작을 위해 모르타르 안에 단면에 비해 강도가 매우 큰 탄소섬유를 배근하였다. 얇은 부재의 단면에 탄소섬유가 배근된 위치에 따라 휨성능을 파악하기 위해 실험체마다 피복두께(2.4mm, 3.2mm, 4.2mm)를 다르게 설정하여 실험을 실시하였다. 피복두께에 따른 3개의 실험체를 비교한 결과, 피복두께가 작아 유효춤이 상대적으로 큰 C3-2.4계열, C3-3.2계열, C3-4.2계열 순으로 실험체의 최대하중이 우수한 것으로 나타났다.

파랑에 의한 피복재의 거동에 관한 실험적 연구

공진영(Jinyoung Kong),김영택(Youngtak Kim),강재모(Jaemo Kang),이장근(Jangguen Lee) 한국지반환경공학회 2014 한국지반환경공학회논문집 Vol.15 No.7

피복공법은 해저 퇴적오염물질을 차단하고 안정화시켜 처리하는 방안이다. 국내에서는 피복공법에 대한 연구가 부족하나, 오염물질이 방출되지 않기 위한 공학적 접근법이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 피복설계 시 중요 인자인 피복재 침식을 확인하기 위해 조파장치를 이용한 수리모형실험을 실시하였다. 1:10의 실험축척을 적용하여 0.07∼2 mm 크기의 모래를 피복 재료로 사용하였고, 모형 수조 내 강사한 후 파랑을 발생시켜 피복재의 형상변화를 관측하였다. 실험결과, 피복재의 표면은 파랑의 파형과 유사하게 변형이 발생하였으며, 파랑의 파고가 증가할수록 대체적으로 침식되는 피복재의 깊이가 증가하였다. In-situ capping is a method to stabilize contaminated sediments by isolation. Few researches on the in-situ capping have been performed, although the engineering approach is still required to prevent the release of contaminants. In this study, hydraulic model test were conducted by using a wave generator to observe the change of cap thickness which is important factor in design of capping. Sands with particle size between 0.075 to 2 mm as capping materials were used to observe the change of capping thickness by waves. The experimental results show that the surface of capping materials is similar to wave form. The more wave height increases, the more erosion of capping materials increases.

표준화재 3시간에 노출된 Steel/CFRP Re-bar 배근 콘크리트 기둥의 압축과 휨 성능

한슬기,다시뎀베렐 너럽바담,곽준영,민정기,최성모 한국복합신소재구조학회 2023 복합신소재구조학회논문집 Vol.14 No.3

콘크리트 구조물은 시간이 경과함에 따라 Steel Re-bar 부식 등이 원인이 되어 주요 구조부재의 내력이 저하된다. 이를 방지하기 위해 아연도금, 에폭시 코팅, 피복두께 증가 등의 방법이 사용되지만 근본적인 문제가 해결되지 않는다. 최근 들어Steel Re-bar를 대체할 복합섬유에 대한 연구가 활발히 수행된다. CFRP Re-bar는 경량이며 고강도이고 내식성이 우수하다. Steel Re-bar의 임계온도는 538℃인 반면 CFRP Re-bar의 임계온도는 250℃로 화재에 취약하다. 따라서 건설현장에 적용하기 위한 내화피복 방안이 필요하다. 본 연구에서는 콘크리트 피복두께(40, 60, 80mm), SFRM(0, 15, 30mm)두께를 변수로 CFRP Re-bar가 배근된 표준화재 3시간 노출된 콘크리트 기둥 단면의 온도분포를 확인하고, 온도상승에 따른 소재 강도 감소를 고려하여 P-M상관도를 도출하였다. 이를 통해 건설현장에 CFRP Re-bar를 사용하기 위한 내화피복 두께를 제안하고자 한다. 1시간 내화성능을 만족하기 위해 콘크리트 피복두께가 60mm 필요하며, 2시간은 80mm가 필요하다. SFRM 15mm를 도포하면 400×400 단면의 경우 2 시간, 600×600과 800×800 단면의 경우 3시간 내화성능을 만족한다.

습윤상태의 피복두께와 물-시멘트비를 고려한 반전위와 철근 부식량의 상관성

류화성,박재성,권성준 한국구조물진단유지관리공학회 2017 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.21 No.3

콘크리트는 다공성 건설재료이며, 매립된 철근의 부식은 내구성 및 안전성에 큰 영향을 미친다. 본 연구는 비파괴 검사인 반전위측 정값과 생성된 부식량과의 상관성을 피복두께, 물-시멘트비를 고려하여 도출하는 것이다. 이를 위해, 3가지 수준의 물-시멘트비와 4가지 수준 의 피복두께를 가진 시멘트 모르타르 시편이 제조되었으며, 3가지 수준의 촉진부식기간을 고려하여 부식량 및 반전위를 측정하였다. 습윤상태 에서는 반전위가 크게 증가하였으며, 부식량과 촉진기간은 선형적인 관계를 가지고 있었다. 부식량이 증가할수록, 피복두께가 감소할수록, 물-시멘트비가 증가할수록 반전위는 증가하였다. 전체의 반전위 측정값을 부식량과 비교할 경우 0.67의 낮은 결정계수를 가지고 있었으나 부식 량(촉진기간)을 고려하여 3가지 수준을 고려할 경우 0.90이상의 높은 결정계수를 가지고 있었다. 실내조건과 같이 온도가 일정하고 포화상태 일 경우, 측정된 반전위는 부식량과 선형적인 상관성을 가지고 있었으며, 피복두께, 물-시멘트비, 철근직경, HCP의 측정범위를 알 수 있다면, 매립된 철근의 부식량을 예측할 수 있다고 판단된다. Concrete is a construction material with porous media and corroded steel inside affects negatively to durability and structural safety. This study aims a derivation of quantitative relationship between measured HCP (Half Cell Potential) and corrosion amount considering cover depth and W/C (water to cement) ratio. For the work, cement mortar specimens with 3 different W/C ratios and 4 different cover depths are prepared, HCPs are measured with 3 different corrosion level. HCP measurement significantly increases in the saturated condition and linear relationship is observed between corrosion level and acceleration period. With increasing corrosion level and W/C ratio, and decreasing cover depth, HCP measurement increases. Considering total corrosion level and HCP measurements, relatively low COV(Coefficient of Variation) of 0.67 is evaluated through multi-linear regression analysis, however higher COVs over 0.90 can be obtained considering level of HCP measurement. In the room condition, corrosion level can be evaluated through measured HCP in the given conditions of cover depth, W/C ratio. diameter of steel inside.

이방성 섬유강화폴리머 보강근의 콘크리트 피복두께에 대한 해석적 연구

이성태 한국구조물진단유지관리공학회 2022 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.26 No.1

이 연구에서는 FRP 보강근과 콘크리트의 횡방향 열팽창 거동이 콘크리트 피복두께에 미치는 영향을 살펴보기 위해 온도 20℃를 기준으로 –70℃~80℃까지 변화시켜가며, 콘크리트의 거동을 해석적으로 검토하였다. 이를 위해 서로 다른 FRP 보강근의 지름과 피복 두께를 가지는 FRP 보강근 콘크리트를 대상으로 이론적 탄성해석과 비선형 유한요소해석을 수행하였다. 그 결과, 음의 온도차이에서는 콘크리트가 압축을 받아 이론적 변형율 결과와 유한요소결과가 유사하였지만, 양의 온도차이에서는 콘크리트에 인장응력이 발생하고 더 나아가 균열이 발생하여 이론적 결과보다 1.2~1.4 배 큰 변형률을 나타내었다. 또한 FRP 보강근의 지름과 콘크리트의 피복두께 비(c/db)가 균열의 발생과 밀접한 연관이 있으며, 보강근의 지름에 비하여 피복두께가 부족할 경우 균열이 발생하여 구조물의 사용성이 저하되었다. FRP 보강근의 횡방향 열팽창계수는 콘크리트보다 3배 이상 크기 때문에, 설계 시 이에 대한 고려가 필요하다고 판단되었다.

트럭 공차중량, 중앙분리대 피복두께 및 열화수준에 따른 중앙분리대 충돌해석모델의 민감도 분석

이재하,이일근,정유석,김경진,김우석 한국전산구조공학회 2017 한국전산구조공학회논문집 Vol.30 No.4

국내 고속도로 콘크리트 중앙분리대는 SB5-B(270kJ)의 충돌등급에 저항하도록 설계되어 있다. 그러나 최근 대형 화물차 량의 충돌사고가 지속적으로 증가하는 경향을 보이고 있어 SB6(420kJ) 등급으로의 상향이 필요하다. 충돌등급 상향을 위한 새로운 중앙분리대 단면을 제시하기 위해서는 실제 충돌시험을 수행하여 기준 통과여부를 결정하며, 충돌시험 수행을 위한 적정 단면을 제시하기 위해서는 충돌해석을 통해 선정한다. 이러한 충돌해석의 정확도 향상을 위해서는 차량 모델, 콘크리트 단면 열화상태, 콘크리트 피복 두께 등 다양한 변수에 대한 정확한 변수 선정이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 공차 중량, 단면 열화, 콘크리트 피복 두께에 대한 변수연구를 수행하여 충돌저항성능 저감을 확인하였다. 전체 중량뿐만 아닌 공차 중 량에 따라 중앙분리대의 충돌저항성능에 차이가 있는 것으로 확인되었으며, 10cm 이하의 콘크리트 피복 두께에서는 충돌저 항성능이 민감하게 증가 또는 감소한다. 단면 열화가 발생할 경우 중앙분리대의 충돌저항성능의 감소가 발생하여 열화정도 에 따른 보수 및 보강이 이루어져야 하는 것으로 판단된다. 따라서 콘크리트 구조물과 차량의 충돌해석을 수행할 경우 트럭 의 공차중량 비율, 콘크리트의 피복두께 및 열화에 대한 영향이 상세하게 고려될 필요가 있음을 확인하였다. The concrete median barrier used currently in South Korea was developed the impact level of SB5-B(270kJ). However, the impact level of SB6(420kJ) should be considered in many placed with the increased accident of heavy vehicles. In order to increase the impact resistance of newly developed concrete median barrier, the computer simulation was conducted before real field test. For the accurate behavior of concrete, the parameter, such as impact vehicle, concrete cover depth and deterioration, was important. In this paper, a parametric study was conducted depending on vehicle curb weight, concrete cover depth and level of deterioration. The impact resistance of concrete median barrier was severely changed depending on vehicle curb weight and concrete cover depth. Furthermore, the impact resistance of concrete median barrier was also decreased due to deterioration of concrete, therefore the repair and rehabilitation should be conducted for damaged concrete depending on deterioration level. Therefore, vehicle curb weight, cover depth of concrete structures and deterioration level of concrete should be carefully considered for conducting analysis of concrete structure to vehicle collision.