CFRP를 이용한 RC보의 보강효과에 관한 해석적 연구 = Numerical analysis on the strengthening effect of RC beam using CFRP

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, numerical analyses on the strengthening effect of carbon fiber reinforced plastic(CFRP) considering interfacial fracture behavior are performed. The reinforced concrete beam strengthened by CFRP is modeled using axial deformation link elements and the verified with test results. The concrete and interfacial material are considered as a quasi-brittle material and the steel rebar is modeled as a elasto-plastic material. The behavior of CFRP is considered as linear-elastic upto failure. To evaluate the strengthening effect of CFRP, repair thickness and elastic modulus of CFRP are selected as parameters. Through various numerical analyses, the occurrence of the rupture failure in the lower part of concrete, the rip-off and the separation of CFRP and the interfacial debonding is simulated and verified. When the thickness and elastic modulus of repair material increases over certain value, it is observed that there is no additional strengthening effect. Finally, The strengthening effect according to the material properties of interface (i.e. elastic modulus, tensile strength and fracture energy) is investigated. It is shown that the material properties of interface have influence on the mechanical behavior of the repaired structures.

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 CFRP를 이용한 RC보의 계면에서의 파괴거동을 고려하여 CFRP의 보강두께의 변화와 탄성계수의 변화가 파괴거동에 미치는 영향을 해석적으로 파악하고자 하였다. 해석에서는 축방향 변형요소를 이용하여 모형화 하였으며, 모델을 검증하기 위해서 CFRP로 보강한 RC보의 모형에 대해서 수치해석 결과와 실험결과를 비교, 검토하였다. 이 때 사용한 재료에 대해서는 콘크리트와 CFRP 보강시 발생하는 접착 경계면은 유사취성재료로, 철근은 탄성-완전소성 재료로 모형화 하였고, CFRP는 재료의 역학적 특성을 고려하여 선형탄성 재료로 모형화 하였다.CFRP의 두께와 탄성계수의 변화에 따른 보강효과를 평가하기 위해서 CFRP의 두께를 0.2에서 1.6까지 변화시켰으며, 탄성계수를 32에서 252.8까지 변화시켰다. CFRP를 이용한 RC 보에서는 콘크리트 하면 인장부에서 발생하는 휨 균열, CFRP 보강재가 콘크리트를 물고 떨어지는 단부박리파괴, CFRP 보강재와 콘크리트 사이의 경계면이 파괴되는 계면박리파괴가 발생하는 현상을 확인할 수 있었다. 또한 이러한 경계면에서의 파괴거동으로 인해 단면의 보강효과가 선형적으로 증가하다가 점차 비선형적으로 변화하며, 어느 한계에 다다르면 보강효과의 증가가 없음을 알 수 있었다. 마지막으로 접착 경계면의 탄성계수, 인장강도, 파괴에너지의 변화에 따른 보강 구조물의 역학적 거동과 보강성능을 평가하였다.결론적으로 본 연구는 개발된 축방향 변형요소를 이용한 수치해석 기법을 사용하여 CFRP를 이용한 보강 구조물이 최적의 보강효과를 발휘할 수 있는 보강두께와 탄성계수를 평가하였고, 접착 경계면의 물성변화에 따른 보강성능과 파괴형상을 평가하였