대형보 실험을 통한 TBM 터널 세그먼트용 강섬유보강콘크리트 성능평가

문도영,노화성,장수호,이규필,배규진,Moon, Do-Young,Roh, Hwasung,Chang, Soo-Ho,Lee, Gyu-Phil,Bae, Gyu-Jin 한국터널지하공간학회 2014 한국터널지하공간학회논문집 Vol.16 No.3

본 연구에서는 TBM 터널 SFRC 세그먼트 개발을 위하여 이형철근이 보강되지 않은 SFRC 보의 휨파괴 실험을 통하여 SFRC 배합의 평가를 수행하였다. 압축강도, 강섬유의 형상비와 강섬유 혼입률을 변수로 하여 총 16개의 SFRC 보를 제작하고 휨에 의하여 파괴시까지 실험하였다. 하중-수직변위 분석결과, 큰 형상비의 강섬유를 사용하여도 소형보의 실험(Moon et al, 2013)과 달리 보의 인성거동을 증진시키는 효과는 거의 없는 것으로 나타났다. 극한상태에서 강섬유는 균열폭 7 mm까지 하중을 저항하는 것으로 확인되었다. 또한, 기존의 SFRC 보의 휨강도예측모델과 실험결과를 비교한 결과, SFRC 보의 휨강도를 최대 20배까지 과소평가하고 있는 것으로 나타났다. 그러나, TR No. 63 모델(Concrete Society, 2011)은 다른 모델에 비하여 근사하게 휨강도를 예측하는 것으로 확인되었다. 강섬유의 분포에 대한 분석결과, 소형보에서 보다 실제 규모의 보에서 강섬유의 분산도가 훨씬 개선되는 것을 확인하였다. In order to develop SFRC TBM tunnel segment, evaluating the SFRC mixture was conducted through flexural tests of SFRC beams without ordinary steel reinforcement in this study. Considered variables were compressive strengths of SFRC, aspect and mix ratio of steel fibers and total 16 specimens were fabricated and tested until failure. The load-vertical displacement results demonstrates that the effect of aspect ratio is minor when compared to results form small beam test(Moon et al, 2013). A SFRC beam resists the vertical load until the width of crack reaches to 7 mm due to steel fibers across cracked surfaces. Moreover, it is found that flexural moment estimated by equation of TR No. 63(Concrete Society, 2011) is useful for prediction of nominal strength for SFRC structure. From the investigation of fiber distribution in cracked section, it is found that dispersion improved in actual size beam compared to in standard small beam for evaluation of flexural strength.

고온노출된 강섬유보강 콘크리트의 인장성능에 대한 실험적 연구

문도영,Moon. Do Young 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.1

본 논문에서는 고온 노출된 강섬유 보강콘크리트의 인장성능을 실험적 연구를 통하여 검증하고자 하였다. 실험방법은 낮은 변동성을 특징으로 하는 DPT를 이용하였다. 일반적인 후크강섬유와 트위스트 강섬유, 0.25~1.0%의 강섬유 혼입률, 섬유형상비를 변수로 하여 실험을 수행하였다. 시험체는 고온 전기로에서 <TEX>$300^{\circ}C$</TEX>, <TEX>$500^{\circ}C$</TEX> 및 <TEX>$700^{\circ}C$</TEX>의 온도에서 2시간 노출되었으며, 12시간 동안 자연냉각 된 후에 가력되었다. 실험결과, 섬유혼입률이 증가할수록, 형상비가 클수록, DPT 인장강도가 증가하는 것으로 나타났다. 섬유종류의 영향은 다른 변수에 비하여 그 영향이 미미한 것으로 판단되었다. 실험결과를 근거로 강섬유의 혼입량과 형상비의 영향을 고려할 수 있는 노출온도 수준에 따른 DPT 인장강도 예측식을 제시하였다. Tensile strength of steel fiber-reinforced concrete was investigated with experimental program. For the investigation, Double Punch Test, which is known as a test method with low validity, was used. Fiber type(hooked and twisted fiber), mix ratios by volume ranged from 0.25% to 1.0%, aspect ratio were used as variables for the tests. The specimens were exposed to the elevated temperatures(<TEX>$300^{\circ}C$</TEX>, <TEX>$500^{\circ}C$</TEX> and <TEX>$700^{\circ}C$</TEX>) for 2 hours and placed at ambient temperatures for 12 hours before testing. Results demonstrated that residual tensile strength increases as mix ratio and aspect ratio increase. The effect of fiber type was insignificant. Based on the test results, the linear equation for prediction of DPT residual tensile strength was proposed in terms of mix ratio and aspect ratio.

거친표면 GFRP 보강근의 쪼갬부착파괴강도 및 거동 고찰

문도영,Moon. Do-Young 한국방재학회 2011 한국방재학회논문집 Vol.11 No.2

본 연구는 거친 표면을 갖는 GFRP 보강근의 쪼갬에 의한 부착파괴 거동과 파괴강도를 인발실험을 통해 규명하였다. 실험변수로서, 보강근의 직경, 콘크리트 피복 및 콘크리트 압축강도에 대하여 실험을 수행하였으며, 동일한 변수에 대하여 5개의 실험 결과를 평균하여 실험에 대한 오차를 최소화 하였다. 또한 쪼갬에 의한 부착파괴거동을 인발력과 변위결과로부터 고찰하였다. 쪼갬부착파괴강도 결과는 여러 연구자가 제안한 이형철근 및 FRP 보강근의 쪼갬부착파괴강도 평가모델식과 비교하였다. 분석결과, 거친표면을 갖는 GFRP 보강근의 쪼갬부착파괴강도는 Harajli 등(1995)이 제안한 모델을 이용하여 가장 근사하게 평가할 수 있는 것으로 나타났다. In this experimental study, bond splitting strength and behavior were evaluated through pull-out tests. The tests were conducted on a GFRP rebar with roughened surface which was produced by Canadian manufacturer. The used variables in this study were rebar diameter, cover depth and compressive strength of concrete. For each variable, five specimens were made and tested to obtain good results. The bond splitting behavior was investigated from the relationship of pull-out force and slip. The experimental bond splitting strength was compared with the predicted strength obtained from the equations presented by some researchers. The results of the comparison demonstrated that the strength could be predicted well by using the Harajli et al`s equation.

고온과 지속시간이 CFRP 보강근의 섬유-레진간 계면전단강도에 미치는 영향

문도영,김민철,박성재 한국구조물진단유지관리학회 2011 한국구조물진단학회 학술발표회논문집 Vol.2011 No.9

This experimental study focuses on evaluation of interlaminar shear strength of bare CFRP rebar. The rebars were conditioned in high temperatures for specified exposure times. The tests specified in ASTM D4475 were conducted and the results were compared with those of non-conditioned specimens. The results obviously demonstrated that the properties were affected by not only the level of elevated temperatures but also the exposure time.

TBM 터널 세그먼트용 60 MPa급 강섬유보강콘크리트의 휨성능 평가

문도영,강태성,장수호,이규필,배규진,Moon, Do-Young,Kang, Tae-Sung,Chang, Soo-Ho,Lee, Gyu-Phil,Bae, Gyu-Jin 한국터널지하공간학회 2013 한국터널지하공간학회논문집 Vol.15 No.3

본 연구에서는 Model Code 2010에 제시된 실험방법에 근거하여 설계강도 60MPa의 강섬유보강 콘크리트의 휨강도와 잔존강도, 휨인성을 평가하였다. 비교를 위하여 설계강도 40MP의 강섬유보강 콘크리트도 실험하였다. 또한, 배합의 평가를 위하여 파괴된 시험체의 파괴면을 육안으로 관찰하여 강섬유의 분산도를 평가하였다. 본 실험에서 사용된 강섬유는 형상비 64, 67 및 80의 국내산 후크 강섬유이다. 강섬유 혼입률은 체적에 대하여 0.5%로 동일하다. 실험결과, 설계강도 60MPa에서는 형상비가 큰 강섬유가 혼입된 강섬유보강 콘크리트만이 Model Code 2010에서 제시된 요구성능을 만족하는 것으로 나타났다. 고강도 콘크리트에서는 큰 형상비의 강섬유가 심대한 균열에서 충분한 인성을 확보하는데 기여할 수 있는 것으로 판단된다. 또한, 섬유의 고른 분산도 확보를 위해서는 낮은 슬럼프가 유리한 것으로 나타났다. Based on Model Code 2010, flexural and residual strength, flexural toughness of SFRC with design strength of 60 MPa are evaluated. For comparisons, SFRC with design strength 40 MPa was tested. Distribution of steel fibers in crack surface of specimens was evaluated by visual inspection. The used steel fibers were hooked fibers with aspect ratio of 64, 67 and 80. In all specimens, mix ratio of steel fibers was 0.5% Vol. In results, only SFRC with the highest aspect ratio satisfied requirements specified in Model Code 2010. The results demonstrated that the use of high aspect ratio will provide enough flexural toughness for high strength concrete. Also, it is found that low slump of high strength concrete can help to enhance isotropic fiber distribution.

표준화재곡선을 이용한 잔존부착강도 평가 간략방법 제안

문도영,Moon. Do-Young 한국방재학회 2010 한국방재학회논문집 Vol.10 No.5

For the enhancement of structural safety of thermally damaged reinforced concrete structure, rapid evaluation of damage in the structure is very important. This study addresses a simplified method which is equivalent to the standard fire curve (ISO 834) for the residual bond strength evaluation. In the proposed method, a exposure duration as well as the maximum temperature can be considered. For the comparisons with conventional methods, concrete properties obtained from the report of Daegu subway fire accident were referred and the results support the applicability of the proposed method in this study. 화해를 입은 구조물의 안전성 확보에는 초기대응이 매우 중요기 때문에 신속한 의사결정이 필요하다. 본 논문에서는 화해를 입은 구조물의 이형철근과 콘크리트 간 잔존부착강도를 평가할 수 있는 간략화된 방법을 제시하였다. 제안된 방법은 화재강도 즉, 화재 중 최고노출 온도 뿐 아니라 화재지속시간도 고려할 수 있도록 하였다. 제안된 방법의 검증 및 비교를 위하여 화해를 입은 대구지하철 역사의 현장조사 결과를 인용하였으며, 해석결과 그 효용성을 확인하였다.

TBM 터널 세그먼트용 강섬유보강 콘크리트의 인장특성 평가

문도영,장수호,배규진,이규필,Moon, Do-Young,Chang, Soo-Ho,Bae, Gyu-Jin,Lee, Gyu-Pil 한국터널지하공간학회 2012 한국터널지하공간학회논문집 Vol.14 No.3

In order to reduce the amount of steel reinforcements in TBM tunnel segments, the use of Steel Fiber Reinforced Concrete(SFRC) is being tried. The steel fibers with higher aspect ratio than that used in tunnel shotcrete are preferred to compensate the deficiency in tensile strength of the segments. In this study, the tensile properties of SFRC with aspect ratio of steel fibers equal to 80 were evaluated through flexural test and Double Punch Test. In the results of flexural test, flexural strengths of the SFRC were increased about 30%~150% thanks to bond of steel fibers used to concrete and could be properly predicted by the equation proposed by Oh(2008). There was a great difference in the estimated direct tensile strengths of the SFRC by the equations presented in ACI and RILEM. It was found that the Double Punch Test could be suitable methodology to estimate the direct tensile strength presented in RILEM of the SFRC. TBM 터널 세그먼트의 철근량을 감소시키기 위한 연구로서, 강섬유 보강콘크리트의 사용이 시도되고 있다. 이와 같은 터널 세그먼트에는 철근의 감소로 인해 필요한 인장성능의 확보를 위하여 숏크리트에 사용되는 강섬유에 비해 매우 높은 형상비의 강섬유를 활용하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 강섬유의 형상비가 80인 강섬유 콘크리트의 인장특성을 휨시험과 Double Punch Test를 통해 평가하였다. 휨시험결과, 사용된 강섬유의 충분한 부착강도로 인해 30%~150%의 강도 증진을 나타냈으며, 오영훈(2008)의 예측식을 통한 휨인장강도예측이 가능한 것으로 판단된다. 이 실험을 근거로 설계에 필요한 직접인장강도를 ACI와 RILEM의 식에 의해 평가한 결과, 적용기준에 따라 큰 차이가 있는 것으로 나타났다. 또한, DPT 실험을 통해 RILEM에서 권고하고 있는 직접인장강도의 정밀도 있는 예측이 가능한 것으로 판단된다.

강섬유보강 콘크리트 세그먼트의 강섬유가 표면전기저항에 미치는 영향

문도영,이규필,장수호,배규진,Moon, Do-Young,Lee, Gyu-Phil,Chang, Soo-Ho,Bae, Gyu-Jin 한국터널지하공간학회 2011 한국터널지하공간학회논문집 Vol.13 No.6

강섬유보강 콘크리트는 숏크리트와 쉴드터널 세그먼트 등에 널리 이용되는 건설재료이다. 강섬유와 이형철근이 동시에 보강된 콘크리트 구조물에서 강섬유와 철근의 부식은 장기적 내구성능에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 이러한 구조물의 부식 가능성과 침투성능에 대한 적정한 평가가 가능한 방법의 도출이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 강섬유와 철근이 동시에 보강된 콘크리트의 부식평가방안에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 강섬유의 혼입량, 이형철근의 부식유무 등을 변수로 실험체를 제작하였으며, 각 변수 등이 표면전기저항치에 미치는 영향을 분석하였다. 실험결과, 강섬유는 전류의 교란을 발생시켜 표면전기저항치를 크게 저하시키는 것으로 확인되었다. 또한 강섬유가 3% 이상 혼입이 되면, 내부 이형 철근의 부식상태 및 부식가능성에 대한 평가가 불가능한 것으로 판단된다. Steel Fiber Reinforced Concrete (SFRC) is widely used for tunnel structures such as shotcrete and segments. Corrosion of steel fibers and steel reinforcements may affect on the long-term durability of the concrete structures with steel fibers and reinforcement. Therefore, a study on the feasible method to evaluate corrosion possibility and permeability of the concrete structures is required. This experimental study examines the effect of steel fibers and internal reinforcement on the surface resistivity. Steel fiber mix ratio and corrosion of internal reinforcement were considered as variables. In the results, steel fibers significantly reduce the surface resistivity due to those conductive characteristic. In the case of 3% mix ratio, it was difficult to evaluate rate and permeability of corrosion due to the great reduction of resistivity by mixing of steel fibers.

고강도철근으로 보강된 고강도 콘크리트보의 휨거동 고찰

문도영,Moon. Do Young 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.6

콘크리트 부재에서 인장철근량의 감소는 경제성 확보를 위한 가장 중요한 이슈이다. 본 실험적 연구에서는 휨부재의 철근량을 최소화할 수 있는 고강도재료의 적용방안을 고찰하였다. 고강도 콘크리트, 고강도 철근과 보강비를 변수로 한 6개의 휨실험체를 제작, 파괴시까지 실험하였으며, 휨강도, 하중-처짐 거동 및 연성지수를 고찰하였다. 실험결과, 철근강도만을 증가시키는 것보다는 콘크리트 강도를 동시에 증가시키는 것이 내하력과 연성확보 측면에서 유리한 것으로 나타났다. 고강도 콘크리트와 고강도 철근이 보강된 보의 처짐이 크게 증가하지만, 현행 사용성 기준은 만족하는 것으로 나타났다. 보의 처짐과 유효단면2차모멘트를 이용하여 예측된 처짐을 비교한 결과, 실제 처짐을 과소평가하는 것으로 나타났다. 이를 보완하기 위해서는 고강도콘크리트의 영향을 고려할 수 있도록 유효단면2차모멘트의 수정이 필요한 것으로 판단된다. Reducing the required amount of steel reinforcement is a main issue for saving cost. In this experimental study, high-strength materials were used for reducing amount of steel reinforcement in flexural members. Six beams were cast and tested under flexure. The yield strength of longitudinal steel reinforcement, compressive strength of concrete, and reinforcement ratio are considered to investigate their effect on load carrying capacity, load-displacement behavior, and ductility of the tested beams. Results demonstrated that a beam with concrete strength of 60MPa and with steel reinforcement with yield strength of 600MPa is more profitable compared to other beams in the viewpoint of load carrying capacity as well as ductility. Due to lower reinforcement ratio, the deflection for the beam reinforced with yield strength of 600MPa was greater than that of other beams but was within the amount presented in the KCI specifications for serviceability check. It is found that the equation for effective moment of inertia for calculation of deflection underestimated the actual deflection of the beam with concrete strength of 60MPa. Therefore, it is need to be modified.

DPT 실험을 이용한 고온노출된 강섬유보강콘크리트의 인장강도 평가

문도영,장수호,배규진,이규필,김희성,Moon, Do-Young,Chang, Soo-Ho,Bae, Gyu-Jin,Lee, Gyu-Pil,Kim, Hee-Sung 한국터널지하공간학회 2013 한국터널지하공간학회논문집 Vol.15 No.1

강섬유 보강콘크리트는 NATM 터널의 숏크리트와 세그먼트 등 라이닝에 주로 적용된다. 터널화재시 라이닝은 화재에 직접적으로 노출되기 때문에 고온노출시 SFRC의 성능변화는 매우 중요하다. 본 연구에서는 고온에 노출된 강섬유보강콘크리트의 인장성능을 DPT 실험을 통하여 검토하였다. 고온 노출온도, 강섬유 혼입률 및 종류가 파괴형태, DPT 인장강도, 실험의 변동계수에 미치는 영향을 분석하였다. 실험결과, 강섬유 보강으로 인한 잔존인장강도의 증가를 확인하였으며, 혼입률이 증가할수록 효과적임을 확인하였다. 그러나, DPT 인장강도는 고온노출로 인한 파괴면의 변화를 고려할 수 없기 때문에 파괴에너지의 고찰이 필요한 것으로 판단된다. Steel fiber-reinforced concrete (SFRC) is widely used for tunnel lining structure such as shot-crete in NATM tunnel and segment in TBM tunnel. In tunnel fire accidents, structural performance of a lining is very important because the lining is the structure that directly exposed to fire. In this study, the effects of high temperatures, mix ratios and types on failure pattern, DPT tensile strength and coefficient of variation were investigated through Double Punch Tests (DPT) of SFRC subjected to high temperatures. In the results, it is confirmed that the residual DPT tensile strength increases as for SFRC and this is more in SFRC with higher mix ratio. But, the equation for evaluation of DPT tensile strength does not involve the number of failure surfaces SFRC specimens subjected to high temperatures, therefore, it is required to investigate more fracture energy in DPT tests.