★신소재 복합재료(FRP) 조사..발표자료

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목차

1. 서론

2. 교량 하부 보수보강 공법
Ⅰ. 철판을 이용한 보강 공법
Ⅱ. 탄소섬유를 이용한 보수보강 공법.
Ⅲ. 섬유돌기 강화 FRP 보수보강 공법.
Ⅳ. PC강선을 이용한 보강 공법.

3. FRP로 보강한 RC보의 해석모델

4. FRP 보강 두께와 극한 하중과의 관계

5. 탄성계수와 극한하중과의 관계

6. 맺음말

본문내용

- 구조물의 휨내력 부족
- 구조물의 전단응력 부족
- 피로하중, 외부충격, 설계 또는 시공상의 내력 부족
- 재료 분리 현상에 의한 내력 부족과 크랙 발생 억제
· 용도
- 건축 구조물의 슬라브, 기둥, 보, 건축물의 모서리 부분
- 교량 구조물의 교량 상판, 교량교각, 교량의 모서리 부분
- 기존 콘크리트 구조물의 내구성 및 인장력을 요구되는 부분
· 적용부위 및 효과
- 콘크리트 균열억제 효과
- 강도(압축, 인장)의 증가로 내구력 증강
- 사일로등의 원동 구조물의 측면 압축강도 증강
- 지진에 대비한 기둥 보강으로써 측면부 비틀림과 좌굴저항의 구조내력 증강
ⅰ) 탄소섬유 시공순서
(1) 하지 그라인딩 (2)프라이머 도포
(3)수지도포 (4)탄소섬유시트 부착
(5)수지합침과 보충도포
균열보수 및 표면의 요철부위 팻칭작업한 프라이어 양생 후 에폭시 수지를 도포한다. 다.
1차 에폭시수지도포된 표면에 탄소섬유 보호효과를 높이고 미적 외관처리를 위하
쉬트를 부착시킨 후 그 위에 에폭시 수지를 여 필요한 색상으로 마감 코팅한다.
침투시키면서 재코팅한다.(단 탄소섬유 쉬트를
여러겹으로 접착시킬경우 상기 방법으로
반복시공한다.)
Ⅲ. 섬유돌기 강화 FRP 보수보강 공법.
철근콘크리트 구조물인 교량 또는 건축물의 슬래브 또는 거더에 노후 및 열화로 인해 발생된 부식 및 균열부분에 대하여 우산살앵커와 섬유돌기 강화 FRP 판넬을 이용하여 보수 보강하는 시공방법에 관한 것이다.
<공법특성>
1. 구CON.C와 보수몰탈의 접착력을 증대시키기 위해 우산살앵커를 사용함
2. 보수몰탈과 영구거푸집인 강화 FRP판넬의 일체화를 위해 섬유돌기가 설치 됨
3. 영구거푸집 자체가 보강제이기 때문에 한번의 공정으로 보수보강이 마무리 된다.
<효과>
1.영구거푸집을 보강제로 사용하기 때문에 공기단축으로 인한 공사비를 절감할 수 있다.
2.섬유복합체를 사용하기 때문에 염해,중성화,방청 등의 효과를 기대할 수 있다.
3.우산살앵커와 섬유돌기 정착으로 구조물과 완전한 일체를 이루기 때문에 보강효과가 우수 하다.
4.섬유돌기 강화 FRP파넬로 인해 휨인장력을 증가 시킨다.
우산살 공법특성- 우산살효과로 신구 부착력증대. 우산살 앵커 사용으로 앵커 자재비용감소. 공기단축으로 인해 공사비용 절감
우산살 공법 효과- 진동이 심한 구조물의 파단면 부위의 부착력이 우수. 우산살 효과로 인해 단면복구 자재 loss비용 절감. 우산살 앵커 사용으로 앵커 비용절감. 공기단축으로 공사비용절감
Ⅳ. PC강선을 이용한 보강 공법.
· 공법개요
EPR공법(강선 보강공법)은 기존 보를 훼손시키지 않고 외부에 PC 강선을 설치한 후 포스트텐션닝하여 보강하는 방법으로 노후화된 교량의 내하력을 회복시키거나 상향시키는 보강공법이다.
· 공법특징
-보에 프리스트레스를 추가 도입하여 보강 효과가 확실하다.
-기존 구조물을 훼손시키지 않고 보수할 수 있으며 공기가 짧다.
-교통통제가 필요없고 재가설에 비해 공사비가 저렴하다.
강선을 이용한 교량보의 외부프리스트레스 도입 시공 사례: PC BEAM 교량 시공 사진
① 사례 1: 충남 예산 신례원교
② 사례 2: 경남 창원 창원 육교
강선을 이용한 교량보의 외부프리스트레스 도입 시공사례: STEEL PLATE 교량 시공 사진
① 사례 1: 경남 창원 창원 육교
3. FRP로 보강한 RC보의 해석모델
그림(a)는 인장부에 D13철근 2개를 배치하였고 보의 길이는 240cm 높이 25cm 두께 15cm이며 콘크리트 하단에 CFRP를 부착한 시편의 모형입니다.
그림(b)는 수치해석에 사용된 모형입니다.
그림(c)는 사용된 모형의 확대 형상을나타낸 그림입니다. 여기에 사용된 요소의 개수는 3775개입니다. (여기에서 요소의 개수란 수치해석을 위해 사용된 로드를 뜻하는것입니다.)
FRP 보강 두께를 0.4mm ~ 1.6mm 로 변화시키면서 수치해석 수행.
· 수치 해석에 적용하는 물성치
물성
기호
크기
콘크리트
탄성계수
`_{ `_{ } }
E
`_{ c }
25.4GPa
인장강도
f
`_{ tc }
2.7MPa
파괴에너지
G
`_{ fc }
100.0N/m
철근
탄성계수
E
`_{ ss }
196.0GPa
항복강도
f
`_{ sy }
465.0MPa
CFRP
탄성계수
E
`_{ ep }
158.0GPa
인장강도
f
`_{ cfy }
3160.0MPa
에폭시
탄성계수
E
`_{ ep }
5.0GPa
인장강도
f
epy
60.0MPa
파괴에너지
G
`_{ fe }
200N/m
C.O.V
10%
4. FRP 보강 두께와 극한 하중과의 관계
· 위의 그래프는 FRP의 보강두께와 최대하중을 나타낸 것으로 보강두께를 증가시킬수록 극한하중은 점진적으로 증가하는 경향을 보이고 있지만 계속 선형적으로 증가하고 있지는 않고 있다.
이유 : FRP와 콘크리트 사이의 경계면에서의 파괴거동으로 인해 어느정도의 보강 한계에 다다르면 더 이상 그효과를 발휘하지 못하기 때문으로 판단. 따라서 어느 정도의 안정성을 고려할 때 1.2mm 정도가 최적의 FRP의 보강두께로합당할 것으로 생각된다.
5. 탄성계수와 극한하중과의 관계
· 위의 그래프로부터 탄성계수가 증가할수록 초기에는 극한하중이 급격하게 증가하다가 약 200GPa에 도달하면 그 기울기가 점점 완만해지고 있음을 알 수 있다. 또한 보강 두께가 증가할수록 (그래프 상위 곡선 : 보강 두께 1.0mm 그래프 하위 곡선 : 보강 두께 0.8mm ) 탄성계수의 변화에 따라 극한하중이 증가하는 기울기가 점점 완만해 지고있다.
보강두께가 증가하더라도 어느 한계에 도달하면 탄성계수의 변화에 대한 민감도가 떨어진다는 사실을 알 수 있다.
6. 맺음말
. FRP의 보강두께를 증가시킬수록 극한하중은 증가하였지만 FRP와 콘크리트 사이의 경계면에서의 파괴거동으로 인해 보강두께 1.0mm 이상이 되면 극한하중이 거의 증가되지 않으므로 구조물의 보강효과의 폭이 줄어드는 것을 확인하였다.
. FRP의 탄성계수를 증가시켰을 경우, 탄성계수 증가와 함께 극한하중의 증가효과를 볼 수 있었으나, 약 200GPa 이상에서는 보강효과의 증가가 미비함을 알 수 있었다.

키워드

FRP,   신소재,   복합재료,   교량,   콘크리트,   신소재복합재료