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CFRP 그리드가 인장보강재로 사용된 콘크리트 부재의 휨 거동 평가
곽홍신 ( Kwak Hongshin ),이정풍 ( Lee Jeongpung ),홍기남 ( Hong Kinam ),연영모 ( Yeon Yeongmo ) 한국복합신소재구조학회 2022 복합신소재구조학회논문집 Vol.13 No.5
본 논문은 철근대체재로 Carbon fiber reinforced polymer(CFRP) 그리드가 사용된 콘크리트 부재의 휨성능을 평가하기 위한 실험적 연구결과를 보고한다. 실험에 사용된 CFRP grid의 탄성계수와 인장강도는 각각 240GPa, 3964MPa이다. CFRP 그리드가 인장 보강재로 사용된 콘크리트 부재의 휨거동 평가를 위해 총 7개의 1방향 슬래브 콘크리트 실험체가 제작되었다. 실험변수로 피복두께, CFRP 그리드의 보강 겹 수, CFRP 그리드의 겹침 여부가 고려되었다. 실험체의 휨거동 평가는 3점 휨실험을 통해 수행되었으며, 각 실험변수가 초기균열하중에 미치는 영향은 미미한 것으로 확인되었다. 실험체에 초기균열이 발생된 이후 응력 재분배에 의해 하중 증가 없이 CFRP grid의 변형률이 증가하는 현상이 관측되었다. CFRP 그리드 보강 겹 수가 1겹 증가함에 따라 실험체의 극한하중은 약 8.5kN씩 선형적으로 증가하였다. 또한, 피복두께가 증가함에 따라 실험체의 극한하중 및 강성이 감소하였으며, 그리드 겹침 여부가 실험체 극한하중에 미치는 영향은 미미하다는 것이 확인되었다. 추가적으로 실험결과와 ACI 440.1R-15를 통해 계산된 공칭 휨강도를 비교하였다. 그 결과 실험을 통해 확보된 극한강도는 ACI 440.1R-15 대비 13%∼24% 큰 것으로 나타났다. 따라서, ACI 440.1R-15는 CFRP grid로 보강된 콘크리트 보의 휨강도를 보수적으로 평가하고 있음이 확인되었다. This paper reports an experimental study to evaluate the flexural performance of concrete members using carbon fiber reinforced polymer(CFRP) grids as a substitute for traditional steel rebar. The modulus of elasticity and tensile strength of the CFRP grid used in the experiment were 232GPa and 3964MPa, respectively. A total of 7 specimens were constructed to evaluate the flexural performance of concrete members with CFRP grids used as tensile reinforcement. The modulus of elasticity and tensile strength of the CFRP grid used in the experiment were 232 GPa and 3964 MPa, respectively. As experimental variables, the cover thickness, the number of CFRP grid layers, and the overlapping of the CFRP grid were considered. After the initial crack occurred in the specimen, it was observed that the strain of the CFRP grid increased without an increase in load due to moment redistribution. As the number of CFRP grid layers increased by one, the ultimate load of the specimen increased linearly by about 8.5 kN. In addition, as the cover thickness increased, the ultimate load and stiffness of the specimen decreased. Moreover, the experimental results and the nominal flexural strength calculated through ACI 440.1R-15 were compared. As a result, the ultimate strength obtained through the experiment was 13%-24% greater than that of calculated by ACI 440.1R-15.
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