構造的 損傷을 받은 R.C보의 휨補强 性能評價 = Evaluation on flexural strengthening effects of structurally damaged reinforced concrete beams

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 구조적인 손상을 받은 R.C보가 휨에 의해 처짐 및 균열이 발생될 경우, 보수·보강에 의해서 보가 손상 이전의 상태로 내력복원 능력을 평가하기 위한 실험적 연구이다. 12개의 R.C보 실험체를 제작하여, 보에 구조적인 손상을 주기 위해서 인위적인 하중을 가력하였다.
손상도는 탄성범위인 4.425tf(기준실험체 항복하중의 75%값)를 가력 했을 때 손상정도는 미세한 균열(균열폭0.1mm이하)이 보의 중앙부 하단에서 시작되어 단부로 미세균열이 확산되어 분포된 상태를 손상도A, 기준실험체의 항복하중인 5.90tf를 가력 했을 때 손상정도는 보의 중앙부 부위에서 큰 균열(균열폭 1∼2mm)이 다수 발생되고 단부로도 균열폭 1mm정도의 균열이 확산 분포된 상태를 손상도B, 기준실험체의 소성범위인 6.195tf를 가력 했을 때 손상정도는 매우 큰 균열(균열폭 2mm이상)에 의해서 인장측 콘크리트와 압축측 콘크리트의 피복이 일부 떨어져 나가고 압축철근 일부가 좌굴된 상태를 손상도C로 구분하였다. 이와 같이 손상도를 준 실험체를 보수하고 강판, 탄소섬유쉬트, 격자탄소섬유판(복합재)을 사용하여 실험체를 보강하여 휨실험을 실시하여 각 보강실험체의 휨내력과 변형능력, 파괴성상 등을 분석하였다. 각 보강실험체의 휨내력은 항복하중과 최대하중, 강성에 의해 분석하였으며, 변형능력은 연성도와 에너지 흡수능력을 평가하여 분석하였다.
이상과 같이 실험을 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 구조적인 손상을 받은 R.C보 실험체를 강판·탄소섬유쉬트·격자탄소섬유판(복합재)으로 보수·보강한 경우, 기준실험체에 비해 항복하중은 1.2∼1.3배 증가되었으며, 최대하중은 1.26∼2.35배 증가되어, 탄성범위·항복점 범위·소성범위의 손상정도에 관계없이 보강재를 사용하여 항복값 및 최대내력값은 모두 증가되었다.
2) 강판 보강실험체의 변형능력인 연성도는 손상정도에 관계없이 기준실험체의 연성도값에 비해 절반정도 값을 보이고, 에너지 흡수 능력은 거의 같은 값을 가짐을 알 수 있었다.
3) 탄소섬유쉬트·격자탄소섬유판(복합재) 보강실험체의 변형능력은 기준실험체와 비교할 때 손상정도가 탄성범위·항복점 범위 이내에서는 연성도가 증가되었으나 소성범위에서는 감소함을 알 수 있었다. 에너지 흡수 능력은 손상정도가 심할수록 낮은 에너지 흡수 능력을 가짐을 알 수 있었다.
4) 보강실험체와 기준실험체의 강성을 비교하면 손상정도와 보강재 종류에 관계없이 강성은 상승하였으며, 보강실험체의 처짐은 항복하중일 때 기준실험체의 처짐값과 거의 같은 값을 나타냈고, 최대하중시 소성률은 손상정도가 적을수록 크게 나타냄을 알 수 있었다.
5) 강판 보강실험체의 앵커볼트 설치 유무에 따른 휨내력값(BBS-AE, BBS-OE)은 거의 같은 값을 보여 앵커볼트 설치 유무는 내력값에 큰 영향을 주지 않음을 알 수 있었다. 그러나 앵커볼트를 설치하지 않은 보강실험체는 보강재의 박리 후 급격히 하중이 감소되어 취성적인 경향을 나타내므로 이를 방지하기 위해 앵커볼트의 설치가 꼭 필요하다고 사료된다.
이상과 같은 결론에서 구조적인 손상을 받는 R.C보에 강판·탄소섬유쉬트·격자탄소섬유판(복합재)으로 보수·보강하여 기준실험체와 비교할 때 탄성범위·항복점범위·소성범위(매우큰균열)의 손상정도를 받은 R.C보를 보수·보강하면 휨내력에서 모두 큰 상승을 보였고, 구조물의 변형능력을 평가하는 연성도와 에너지흡수능력도 기준실험체에 비해 큰 차이를 보이지 않아 보강재인 강판·탄소섬유쉬트·격자탄소섬유판(복합재)은 R.C보의 휨보강재로 매우 우수한 성능을 보유하고 있다고 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Rehabilitation and repair of structurally deteriorated, reinforced concrete structures will be highly demanded in the near future.
The purpose of this study is to investigate whether damaged beams that crack and deflection are developed by bending moment are restored to the former state. For this experiment, 12 specimens were made four different test such as standard specimen, damaged degree A, B, and C which were intentionally loaded to create structural damage in specimens
Standard specimen was loaded to failure under four-point loading test. Then damaged degree A, B and C specimens were loaded to 75%, 100% and 105% of standard specimen's yield loading point respectively. In damaged degree of specimens was loaded intentionally, damaged degree A is the state that minute crack is developed, damaged degree B is the state that numerous big crack is developed, and damaged degree C is the state that numerous big crack is developed and a covered part of concrete compression zone is peeled off.
We repaired these damaged specimens and strengthened with Steel Plate, CFS(Carbon Fiber Sheet) and CFRP-Grid(Carbon Fiber Reinforced Plastic-Grid). And specimens that strengthened with Steel Plate was divided with existence and nonexistence of anchor bolt and capacity of paste.
From test results, flexural capacity and ductility analysis, it is concluded that,
1) In case that structurally damaged R.C beam is strengthened by steel plate, CFS(Carbon Fiber Sheet) and CFRP-Grid(Carbon Fiber Reinforced Plastic-Grid), yield load and maximum load are increased 20∼30%, 26∼135% in comparison with unstrengthened specimen. And damaged degree have little effect on flexural capacity.
2) Deformation capacity of structural members that determine brittle degree of structure are evaluated with ductility and Energy absorbtion capacity.
Ductility of steel plate strengthening specimens are roughly the half amount of Ductility of unstrengthened specimen, and the result are have nothing to do with damaged degree. And Energy absorbtion capacity is similar with standard specimen.
3) Ductility and Energy absorbtion capacity of CFS and CFRP-Grid strengthening specimens are more than standard specimen in damaged degree A, B, but are smaller in damaged degree C. And more damaged, Ductility and Energy absorbtion capacity of CFS and CFRP-Grid strengthening specimens are decreased.
4) In case that rigidity of specimens is compared with rigidity of standard specimen, is increased irrespective of material of strengthening. In yielding load, deflection of strengthened specimens are similar with standard specimen, and in maximum load, plastic area is decreased as damaged degree is increased.
5) In comparison of the flexural capacity of specimens which anchor bolt was installed or not, difference of yield load and maximum load is very small. But the specimens which anchor bolt was not installed was destroyed right after maximum load was reached. Therefore we conclude that installation of anchor bolt was influenced Energy absorbtion capacity of specimens, not flexural capacity
In conclusion, when specimens strengthened with Steel Plate, CFS(Carbon Fiber Sheet) and CFRP-Grid(Carbon Fiber Reinforced Plastic-Grid) are compared with standard specimen, flexural capacity is increased and ductility and energy absorbtion capacity are similar with undamaged specimen. Therefore Steel Plate, CFS(Carbon Fiber Sheet) and CFRP-Grid(Carbon Fiber Reinforced Plastic-Grid) have highly efficiency as material of flexural strengthening.

목차 (Table of Contents)

• 目次 = I
• 表目次 = iv
• 그림目次 = vi
• 寫眞目次 = viii
• 記號 = ix
• 國文要約 = xiii
• 第1章 序論 = 1
• 1.1 硏究背景 및 目的 = 1
• 1.2 硏究動向 = 3
• 1.2.1 國外의 硏究動向 = 3
• 1.2.2 國內의 硏究動向 = 5
• 1.3 硏究方法 및 範圍 = 7
• 第2章 補修·補强 技法 = 9
• 2.1 補修工法 = 9
• 2.1.1 槪要 = 9
• 2.1.2 補修 材料 = 9
• 2.1.3 補修工法의 種類와 特性 = 15
• 2.2 補强工法 = 24
• 2.2.1 槪要 = 24
• 2.2.2 補强工法의 種類 = 24
• 第3章 보의 휨 彈塑性 擧動 = 29
• 3.1 鋼板補强된 보의 휨强度 = 30
• 3.1.1 콘크리트·鐵筋·補强板의 應力圖-變形圖 曲線 = 30
• 3.1.2 휨强度 = 31
• 3.2 탄소섬유쉬트·격자탄소섬유판으로 補强된 보의 휨强度 = 42
• 3.2.1 탄소섬유쉬트·격자탄소섬유판의 應力圖-變形圖 曲線 = 42
• 3.2.2 휨强度 = 42
• 3.3 大韓建築學會 鋼板 및 탄소섬유쉬트 補强 設計 = 45
• 3.3.1 鋼板補强設計 = 45
• 3.3.2 탄소섬유쉬트 補强設計 = 47
• 제4장 實驗計劃 및 方法 = 49
• 4.1 實驗體計劃 = 49
• 4.1.1 實驗體의 設計 및 製作 = 49
• 4.1.2 實驗 變數 = 65
• 4.2 加力 및 測定方法 = 68
• 第5章 實驗結果 및 分析 = 68
• 5.1 實驗結果 = 68
• 5.1.1 材料의 特性 = 68
• 5.1.2 鋼板 補强實驗體의 實驗結果 = 71
• 5.1.3 탄소섬유쉬트 補强實驗體의 實驗結果 = 82
• 5.1.4 격자탄소섬유판 補强實驗體의 實驗結果 = 88
• 5.1.5 實驗값과 嚴密解값 및 强度設計 結果값의 比較 = 94
• 5.2 破壞性狀 = 101
• 5.3 損傷度別 補强效果 = 106
• 5.3.1 損傷度別 補强材의 補强效果 = 106
• 5.3.2 補强實驗體의 처짐特性 = 109
• 5.4 剛性의 變化 = 111
• 5.5 變形能力 = 114
• 5.6 補强材의 補强效果 = 118
• 第6章 結論 = 127
• 參考文獻 = 129
• 發表論文 = 134
• Abstract = 135