정착 방법에 따른 TRM 보강 보의 휨 강도 평가에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

철근콘크리트 구조물의 노후화 및 열화 등 다양한 요인으로 손상이 발생하고 있 다. 사용연수 증가에 따라 안전등급의 하락 및 안전사고의 위험성이 증가하고 있어 보수·보강의 필요성이 대두되고 있다. 구조물의 보강을 위한 공법은 다양하지만, 현재 FRP 보강공법이 보편적으로 사 용되고 있으며, 높은 인장강도, 경량성, 부식 및 피로에 대한 높은 저항성, 시공의 간편성 등의 장점으로 연구가 다수 진행되었다. 하지만 FRP 보강공법은 주로 에폭 시와 같은 유기계 매트릭스를 활용하기 때문에 고온 및 습윤 환경에서 적용이 어려 운 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 TRM (Textile Reinforced Mortar) 보강공법이 개 발되었다. TRM 보강공법은 섬유 텍스타일과 무기계 매트릭스(모르타르)를 결합한 형태의 보강공법으로 고온의 환경에서 성능을 유지할 수 있으며, 습윤 환경에서 적 용이 가능하여 FRP 보강공법 대비 더 다양한 환경에 적용할 수 있다. TRM 보강공법의 휨 보강 관련 연구는 다양한 변수를 포함하여 수행되었으며, 텍 스타일의 인장성능 감소계수, TRM 보강재의 부착강도, 보강 한계를 고려한 해석모 델이 개발되었다. 하지만 다수의 선행연구에서 TRM 보강재의 계면박리 파괴가 주로 나타났으며, 계면박리는 항복단계 이후 주로 발생하는 것으로 나타났다. 계면박리는 급격한 하중 감소와 TRM 보강재의 성능을 충분히 활용하지 못할 가능성이 크다. 다수의 선 행연구에서는 단일 정착 방법을 적용하여 휨 성능을 검증한 연구가 지배적이며, 정 착 방법에 따른 휨 성능의 차이를 정량적으로 검증한 연구는 부족하다. 또한 보강 은 손상이 진행된 상태에 적용되기 때문에 손상 상태를 고려한 TRM 보강 보의 휨 성능 평가가 필요한 것으로 판단된다. 따라서 본 논문에서는 앵커 볼트와 U-jacket 정착 방법과 사전 하중을 고려한 TRM 보강 보의 휨 성능 실험을 진행했다. 실험 결과 TRM 보강 보의 보강 성능은 항복단계에서 가장 효과적이었으며, 본 논문의 실험 결과와 선행연구의 결과를 종합하여 항복단계를 보강 한계로 정의했 다. 정착을 도입한 TRM 보강 보에서 계면박리 파괴는 발생하지 않았으며, 정착의 도입은 콘크리트와 TRM 보강재 계면의 부착력을 개선하여 TRM 보강재의 계면박 리를 예방할 수 있는 것으로 확인했다. 휨 강도는 힘 평형조건 및 적합조건을 활용하여 평가했으며, 모든 실험체의 휨 강도는 과대평가했으며, 안전율을 확보하지 못했다. 따라서 보수적이고 안전한 휨 강도 평가를 위한 TRM 보강 보의 정착 방법에 따른 휨 강도 보정계수를 도출했 다. 앵커 볼트 정착 TRM 보강 보의 휨 강도 보정계수 Φa (=0.84)와, U-jacket 정착 TRM 보강 보의 휨 강도 보정계수 Φu (=0.82)를 적용하여 보강 한계상태에서 휨 강 도는 각각 18%의 안전율을 확보할 수 있는 것으로 확인했다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Reinforced concrete structures undergo damage due to various factors such as aging and environmental deterioration. As the service life increases, structural safety ratings decline and the risk of safety incidents rises, necessitating effective repair and strengthening strategies. Among several strengthening techniques, Fiber Reinforced Polymer (FRP) systems have been widely adopted due to their high tensile strength, lightweight, strong resistance to corrosion and fatigue, and ease of installation. However, because FRP systems employ organic matrices such as epoxy, they are susceptible to degradation under high-temperature or highly humid environments, which limits their applicability. To address these drawbacks, the Textile Reinforced Mortar (TRM) strengthening technique has been developed. TRM utilizes inorganic cementitious matrices combined with textile fibers, enabling superior durability under elevated temperatures and wet conditions compared to FRP systems. Nevertheless, many experimental studies have reported debonding failure at the TRM–concrete interface, mainly after steel yielding, which causes a rapid load drop and prevents full utilization of TRM capacity. Moreover, most previous studies employed a single anchorage method or did not consider anchorage, resulting in insufficient quantitative evaluation of flexural performance variations according to different anchorage methods. In addition, TRM strengthening is typically applied to structures that are already damaged. Therefore, the influence of preloading must be considered in performance evaluation. In this study, flexural tests were conducted on RC beams strengthened with TRM using anchor bolts and U-jackets while considering preloading conditions. Experimental results confirmed that TRM strengthening was most effective near the yielding stage, and thus the yielding stage was defined as the strengthening limit state based on previous literature and this study. No debonding failure occurred in beams with anchorage, indicating improved bond performance and successful mitigation of debonding. Flexural strengths were evaluated using force equilibrium and compatibility conditions but were found to be overestimated without sufficient safety margins. Therefore, flexural strength reduction factors for anchored TRM systems were proposed. When applying the reduction factors of 0.84 for anchor-bolt anchorage and 0.82 for U-jacket anchorage, approximately 18% safety margins were secured at the strengthening limit state.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 연구목적 및 내용 5
• 1.3 연구 프로세스 6
• 2. Textile Reinforced Mortar(TRM) 7
• 2.1 TRM 개요 7
• 2.1.1 모르타르 (Mortar) 9
• 2.1.2 섬유 (Textile) 10
• 2.2 TRM 보강 보의 휨 거동에 관한 연구 12
• 2.3 TRM 보강 보에서 정착의 필요성 15
• 2.4 TRM 정착 방법 18
• 2.4.1 앵커 볼트 정착 TRM 보강 보의 휨 거동에 관한 연구 22
• 2.4.2 U-jacket 정착 TRM 보강 보의 휨 거동에 관한 연구 23
• 3. 정착 방법에 따른 TRM 보강 보의 휨 실험 25
• 3.1 서론 25
• 3.2 실험계획 26
• 3.2.1 실험재료 26
• 3.2.2 실험변수 30
• 3.2.3 실험체 제원 및 제작과정 31
• 3.3 실험 결과 34
• 3.3.1 균열 및 파괴모드 34
• 3.3.2 하중-처짐 곡선 37
• 3.3.3 TRM 보강 보의 보강 한계 39
• 3.3.4 정착 방법에 따른 TRM 보강 보의 하중-처짐 곡선 41
• 3.3.5 사전 하중에 따른 TRM 보강 보의 하중-처짐 곡선 44
• 3.3.6 TRM 보강 보의 휨 강성 46
• 3.3.7 하중-변형률 관계 48
• 3.4 실험 결과와 휨 강도 예측 결과의 비교 53
• 3.4.1 재료모델 54
• 3.4.2 하중 단계별 단면 해석 56
• 3.4.3 휨 강도 예측 결과 비교 60
• 3.5 소결 65
• 4. 정착 방법에 따른 TRM 보강 보의 휨 강도 평가 67
• 4.1 서론 67
• 4.1.1 비교 모델 선정 67
• 4.1.2 휨 강도 영향인자 평가 75
• 4.1.3 선행연구를 포함한 휨 강도 실험 결과 및 예측 결과 비교 83
• 4.2 보강 한계 및 정착 방법을 고려한 평가 보정 88
• 4.3 휨 강도 평가 프로세스 93
• 4.4 소결 96
• 5. 결론 97
• 참고문헌 100
• Abstract 110