KR200298950Y1 - Concrete structure with fiber reinforced plastic bar as reinforcement thereof - Google Patents
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Abstract
슬래브 또는 보와 같은 콘크리트 휨 부재에서 보강재로 기능하는 섬유강화 플라스틱 바의 부착 구조를 개선하여 연성적인 거동을 확보하도록 한 콘크리트 구조물에 관한 것으로서, 콘크리트 구조물은 슬래브 또는 보 형상으로 이루어지는 콘크리트 본체와, 콘크리트 본체의 길이 방향을 따라 콘크리트 본체 일면에 삽입 부착되어 보강재로 기능하는 섬유강화 플라스틱 바를 포함하며, 섬유강화 플라스틱 바는 부착재를 통해 콘크리트 본체에 부착되는 부착 부분과, 콘크리트 본체에 비부착되는 비부착 부분으로 이루어진다. 따라서 콘크리트 본체는 굽힘 하중 또는 휨 모멘트에 의한 균열 이후 섬유강화 플라스틱 바가 파괴될 때까지 연성적인 거동을 나타내며, 취성적인 파괴를 억제하여 콘크리트 구조물의 안전성과 구조적인 신뢰성을 향상시킨다. 이러한 섬유강화 플라스틱 바의 비부착 공법은 휨 부재에서 정모멘트를 받는 부분과 부모멘트를 받는 부분에 모두 적용될 수 있다.The present invention relates to a concrete structure for improving ductile behavior by improving the attachment structure of a fiber-reinforced plastic bar functioning as a reinforcement in a concrete bending member such as a slab or a beam. The concrete structure includes a concrete body having a slab or beam shape, and concrete A fiber reinforced plastic bar is inserted and attached to one surface of the concrete body along the longitudinal direction of the main body and functions as a reinforcement material. The fiber reinforced plastic bar includes an attachment part attached to the concrete body through an attachment material, and an unattached non-attached material to the concrete body. Consists of parts. Therefore, the concrete body exhibits ductile behavior until the fiber-reinforced plastic bar is destroyed after cracking due to bending load or bending moment, and suppresses brittle fracture, thereby improving safety and structural reliability of the concrete structure. The non-bonding method of the fiber-reinforced plastic bar can be applied to both the portion receiving the constant moment and the parent portion in the bending member.
Description
본 고안은 보강재로 섬유강화 플라스틱 바를 사용하는 콘크리트 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 콘크리트 구조물에 대한 섬유강화 플라스틱 바의 부착 구조를 개선하여 연성적인 거동을 확보하도록 한 콘크리트 구조물에 관한 것이다.The present invention relates to a concrete structure using a fiber-reinforced plastic bar as a reinforcement, and more particularly, to a concrete structure to improve the attachment structure of the fiber-reinforced plastic bar to the concrete structure to ensure ductile behavior.
일반적으로 콘크리트는 압축에는 강하나 인장에는 약한 특성이 있어, 대부분의 콘크리트 구조물은 보강 철근을 사용하여 인장 하중에 대한 보강을 실시하고 있다. 그러나 보강 철근은 시간이 지남에 따라 부식이 일어나기 때문에, 특히 해양 구조물과 토목의 철근 콘크리트 구조물과 같은 사회 간접시설 및 건축의 철근 콘크리트 건물 등에서 보강 철근의 부식으로 인한 구조 성능과 내구 성능 저하가 큰 문제로 대두되고 있다.In general, concrete is strong in compression but weak in tension, and most concrete structures reinforce tensile load by using reinforcing bars. However, since rebar is corroded over time, the structural performance and durability deterioration due to the corrosion of reinforcing bars, especially in social indirect facilities such as marine structures and reinforced concrete structures of civil engineering and reinforced concrete buildings of construction, are a big problem. Is emerging.
따라서 철근을 대체할 콘크리트 구조물의 보강재로서 강도가 우수하고, 부식에 대한 우려가 거의 없으며, 철근보다 가벼워 콘크리트 구조물의 자중을 감소시킬 수 있는 섬유강화 플라스틱(FRP; Fiber Reinforced Plastic) 바(이하, 'FRP 바'라 약칭한다)가 개발되었다.Therefore, as a reinforcement of concrete structures to replace the reinforcing bar, it has excellent strength, has little concern about corrosion, and is lighter than rebar, which can reduce the weight of concrete structure. Abbreviated as FRP Bar ').
상기 FRP 바는 통상의 표면 매립(NSM; Near Surface Mounted) 공법으로 슬래브(slab)와 보(beam) 등의 휨 부재에 설치되며, 도 13과 도 14에 각각 종래 기술에의한 표면 매립 공법으로 FRP 바를 부착한 휨 부재와, FRP 바 주변의 측단면을 확대 도시하였다.The FRP bar is installed on bending members such as slabs and beams by a conventional Near Surface Mounted (NSM) method, and the surface-filling method according to the prior art in FIGS. 13 and 14, respectively. The bending member with FRP bar and the side cross section around the FRP bar are enlarged.
종래 기술에 의한 휨 부재(50)는 휨 부재(50)의 길이 방향을 따라 휨 부재(50)의 표면에 홈(51)을 형성하고, 홈(51) 내부에 FRP 바(52)를 삽입한 다음, 에폭시 등과 같은 부착재(53)를 홈(51)에 충진하여 그 내부에 FRP 바(52)를 고정시킨다. 이 때, 상기 FRP 바(52)는 부착재(53)를 통해 FRP 바(52)의 전 표면에 걸쳐 휨 부재(50)에 부착된다.The prior art bending member 50 forms the groove 51 in the surface of the bending member 50 along the longitudinal direction of the bending member 50, and inserts the FRP bar 52 into the groove 51 inside. Next, the FRP bar 52 is fixed therein by filling the groove 51 with an adhesive 53 such as epoxy. At this time, the FRP bar 52 is attached to the bending member 50 over the entire surface of the FRP bar 52 through the attachment member 53.
그러나 이와 같이 철근 대용으로 사용되는 FRP 바(52)는 전술한 장점에도 불구하고, FRP 바(52)에 인장 하중이나 굽힘 하중 또는 휨 모멘트가 작용할 때 한순간 파괴되는 취성적인 성질을 가지며, 전단 하중에 매우 취약한 단점이 있다.However, despite the above-mentioned advantages, the FRP bar 52 used as a substitute for rebar has a brittle property that breaks at a moment when a tensile load, a bending load, or a bending moment is applied to the FRP bar 52. It has a very weak disadvantage.
도 15는 일반적인 FRP 바의 인장 하중에 대한 응력(σ)-변형률(ε) 선도로서, FRP 바는 인장 하중이 작용하여 최대 응력에 도달하기까지 선 탄성적인 거동을 하다가 최대 응력에 도달할 때 일시에 파괴되는 취성적인 경향을 나타낸다. 이러한 특성은 FRP 바의 보강 섬유들이 FRP 바의 길이 방향을 따라 나란히 배열하므로, 보강 섬유 자체의 최대 변형률에서 FRP 바가 일시에 파괴되기 때문이다.FIG. 15 is a stress (σ) -strain (ε) plot for tensile load of a typical FRP bar, where the FRP bar is linearly elastic until tensile load is applied to reach maximum stress Shows brittle tendency to break. This property is because the reinforcing fibers of the FRP bar are arranged side by side along the length direction of the FRP bar, and therefore the FRP bar is temporarily destroyed at the maximum strain of the reinforcing fiber itself.
따라서 상기한 FRP 바(52)의 취성적인 특성에 의해, FRP 바(52)를 보강재로 사용하는 휨 부재(50)는 최대 내력에 도달한 후 일시에 파괴되는 양상을 나타낸다. 도 16은 도 13에 도시한 휨 부재의 휨 거동을 설명하기 위한 하중(P)-처짐(δ) 선도로서, 상기 휨 부재는 굽힘 하중에 의해 처짐이 발생하다가 최대 내력에 도달한 이후 일시에 그 내력을 상실하여 취성 파괴를 일으키게 된다.Therefore, due to the brittle characteristics of the FRP bar 52 described above, the bending member 50 using the FRP bar 52 as a reinforcing material exhibits an aspect that is temporarily destroyed after reaching the maximum strength. FIG. 16 is a load (P) -deflection (δ) diagram for explaining the bending behavior of the bending member shown in FIG. 13, wherein the bending member is deflected due to bending load and then immediately after reaching the maximum strength. Loss of strength results in brittle fracture.
그러나 건축물에 사용되는 슬래브와 보 등의 휨 부재는 구조물의 안전을 위하여 최대 내력에 도달한 후 그 내력을 일정기간 유지하는 거동, 즉 연성적인 거동을 반드시 확보해야 한다. 따라서 종래의 콘크리트 휨 부재는 취성적인 파괴를 방지하기 위해 큰 안전율을 적용하여 필요 이상으로 많은 FRP 바를 사용하게 되므로, 재료 손실을 유발하는 단점을 안고 있다.However, the flexural members such as slabs and beams used in the building must secure the ductile behavior, that is, to maintain the strength for a certain period after reaching the maximum strength for the safety of the structure. Therefore, the conventional concrete bending member has a disadvantage of causing material loss because it uses more FRP bars than necessary by applying a large safety factor to prevent brittle fracture.
따라서 본 고안은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은 콘크리트 구조물에 대한 섬유강화 플라스틱 바의 부착 구조를 개선하여 취성적인 파괴를 억제하고, 연성적인 거동을 확보함으로써 구조적인 신뢰성을 향상시킬 수 있는 콘크리트 구조물을 제공하는데 있다.Therefore, the present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to improve the structural reliability by reducing the brittle fracture by improving the attachment structure of the fiber-reinforced plastic bar to the concrete structure, and secure the ductile behavior To provide a concrete structure that can be made.
도 1은 본 고안의 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 개략도.1 is a schematic view of a concrete structure according to an embodiment of the present invention.
도 2와 도 3은 각각 도 1의 A-A선과 B-B선의 단면도.2 and 3 are cross-sectional views taken along line A-A and line B-B of Fig. 1, respectively.
도 4와 도 5는 본 고안의 콘크리트 구조물에 적용 가능한 FRP 바의 개략도.4 and 5 is a schematic view of the FRP bar applicable to the concrete structure of the present invention.
도 6과 도 7은 각각 다중 섬유 구조로 이루어진 FRP 바의 인장 하중에 대한 응력-변형률 선도 및 전단 하중에 대한 응력-변형률 선도.6 and 7 are stress-strain diagrams for tensile loads and stress-strain diagrams for shear loads, respectively, of a multi-fiber structure FRP bar.
도 8과 도 9는 다중 섬유 구조로 이루어진 FRP 바를 적용한 휨 부재의 파괴 메커니즘을 설명하기 위한 개략도.8 and 9 are schematic views for explaining the failure mechanism of the bending member to which the FRP bar made of a multi-fiber structure.
도 10은 굽힘 하중을 받는 단순 지지된 휨 부재의 개략도.10 is a schematic view of a simple supported bending member subjected to a bending load.
도 11은 FRP 바의 최대 변형폭을 설명하기 위한 휨 부재의 부분 확대도.11 is a partially enlarged view of a bending member for explaining the maximum deformation width of the FRP bar.
도 12는 본 고안의 실시예에 의한 철근 콘크리트 보와 종래 기술에 의한 철근 콘크리트 보의 하중-처짐 선도.12 is a load-deflection diagram of reinforced concrete beams according to an embodiment of the present invention and reinforced concrete beams according to the prior art.
도 13은 종래 기술에 의한 표면 매립 공법으로 FRP 바를 부착한 콘크리트 구조물의 개략도.Figure 13 is a schematic view of a concrete structure with a FRP bar attached to the surface embedding method according to the prior art.
도 14는 도 13에 도시한 FRP 바 주변의 확대 단면도.14 is an enlarged cross-sectional view of the periphery of the FRP bar shown in FIG.
도 15는 일반적인 FRP 바의 인장 하중에 대한 응력-변형률 선도.15 is a stress-strain plot of tensile load of a typical FRP bar.
도 16은 도 13에 도시한 콘크리트 구조물의 하중-처짐 선도.16 is a load-deflection diagram of the concrete structure shown in FIG.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안은,The present invention to achieve the above object,
슬래브 또는 보 형상으로 이루어지는 콘크리트 본체와, 콘크리트 본체의 길이 방향을 따라 콘크리트 본체 일면에 매립되어 보강재로 기능하는 섬유강화 플라스틱 바를 포함하며, 섬유강화 플라스틱 바가 부착재를 통해 콘크리트 본체에 부착되는 부착 부분과, 콘크리트 본체에 비부착되는 비부착 부분으로 이루어져 콘크리트 본체가 굽힘 하중 또는 휨 모멘트에 의한 균열 이후 섬유강화 플라스틱 바가 파괴될 때까지 연성적인 거동을 나타내는 콘크리트 구조물을 제공한다.A concrete body formed of a slab or beam shape, and a fiber reinforced plastic bar embedded in one surface of the concrete body along the longitudinal direction of the concrete body and functioning as a reinforcement material, wherein the fiber reinforced plastic bar is attached to the concrete body through the attachment material; The present invention provides a concrete structure that is composed of an unattached portion that is not attached to a concrete body, and exhibits a ductile behavior until the concrete body breaks after the fibrous reinforced plastic bar after the cracking due to a bending load or a bending moment.
바람직하게, 상기 부착 부분은 섬유강화 플라스틱 바의 양단에 위치하고, 비부착 부분은 섬유강화 플라스틱 바의 부착 부분을 제외한 중앙부에 위치한다.Preferably, the attachment portion is located at both ends of the fiber reinforced plastic bar, and the non-attachment portion is located at the center except for the attachment portion of the fiber reinforced plastic bar.
바람직하게, 상기 섬유강화 플라스틱 바는 막대 형상의 수지층과, 수지층 내부에서 변형률이 서로 다른 2종 이상의 섬유군이 혼합된 섬유군들로 이루어져 섬유군들 중에서 낮은 변형률의 섬유군이 먼저 파괴된 이후 높은 변형률의 섬유군이 파괴될 때까지 소성 변형하는 다중 섬유 구조의 섬유강화 플라스틱 바로 이루어진다.Preferably, the fiber-reinforced plastic bar is composed of a rod-shaped resin layer and a group of fibers in which two or more types of fibers having different strains are mixed in the resin layer, and the low strain fiber group among the fiber groups is first broken. This is followed by a fiber-reinforced plastic bar of multi-fiber structure that plastically deforms until the high strain group of fibers is destroyed.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 고안의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 고안의 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 개략도이고, 도 2와 도 3은 각각 도 1의 A-A선과 B-B선의 단면도로서, 휨 부재로 기능하는 콘크리트 구조물의 일례로 보(beam)를 나타내었다.1 is a schematic view of a concrete structure according to an embodiment of the present invention, Figures 2 and 3 are cross-sectional views of line AA and BB of Figure 1, respectively, showing a beam (beam) as an example of the concrete structure to function as a bending member .
본 실시예에 의한 휨 부재(1)는 콘크리트 본체(2)와, 콘크리트 본체(2)의 길이 방향을 따라 콘크리트 본체(2) 일면에 삽입 부착되어 보강재로 기능하는 섬유강화 플라스틱 바(3)(이하, 'FRP 바'라 약칭한다)를 포함하며, FRP 바(3)는 일부만이 부착재(4)를 통해 콘크리트 본체(2)에 부착되어 휨 부재(1)의 연성적인 거동을 가능하게 한다.The bending member 1 according to the present embodiment is inserted into one surface of the concrete body 2 along the longitudinal direction of the concrete body 2, the fiber-reinforced plastic bar (3) (functioning as a reinforcing material) Hereinafter, the FRP bar 3 is abbreviated as 'FRP bar', and only a part of the FRP bar 3 is attached to the concrete body 2 through the attaching material 4 to allow ductile behavior of the bending member 1. .
보다 구체적으로, 콘크리트 본체(2)는 자신의 일단에 FRP 바(3) 삽입을 위한 홈(2a)을 형성하고, 이 홈(2a)에 에폭시 등의 부착재(4)가 충진되어 FRP 바(3)를 콘크리트 본체(2)에 부착시킨다. 이 때, FRP 바(3)는 부착재(4)를 통해 콘크리트 본체(2)에 부착되는 부착 부분(C)과, 부착재(4)와 일정 거리 이격되어 콘크리트 본체(2)에 부착되지 않는 비부착 부분(D)으로 이루어진다.More specifically, the concrete body 2 forms a groove 2a for inserting the FRP bar 3 in one end thereof, and the groove 2a is filled with an adhesive 4 such as epoxy and filled with the FRP bar ( 3) is attached to the concrete body (2). At this time, the FRP bar (3) is attached to the concrete body (2) attached to the concrete body (2) through the attachment member 4, and is separated from the attachment material (4) by a certain distance is not attached to the concrete body (2) It consists of an unattached part (D).
상기 FRP 바(3)는 일례로 비부착 부분(D)에 대응하는 외주상에 FRP 바(2)의직경보다 큰 직경의 튜브(5)를 부착하고, 이 튜브(5)를 장착한 상태로 콘크리트 본체의 홈(2a)에 삽입되어 부착재(4)를 통해 콘크리트 본체(2)에 부착될 수 있다. 이로서 FRP 바(3)는 FRP 바(3)와 튜브(5) 사이의 간격에 의해 비부착 부분(D)을 형성한다.The FRP bar 3 attaches, for example, a tube 5 having a diameter larger than the diameter of the FRP bar 2 on the outer circumference corresponding to the non-attachment portion D, and with the tube 5 mounted. It may be inserted into the groove 2a of the concrete body and attached to the concrete body 2 through the attachment material 4. The FRP bar 3 thus forms an unattached portion D by the spacing between the FRP bar 3 and the tube 5.
바람직하게, 비부착 부분(D)은 휨 부재(1)에 굽힘 하중 또는 휨 모멘트가 작용할 때 균열이 발생하기 쉬운 부위에 형성되며, 일례로 휨 부재(1) 중앙부에 굽힘 하중이 작용할 때, 비부착 부분(D)은 균열이 발생하기 쉬운 휨 부재(1)의 중앙부에 위치한다. 그리고 부착 부분(C)은 FRP 바(3)의 양단에 위치하여 FRP 바(3) 전체를 콘크리트 본체(2) 내부에 견고하게 고정시킨다.Preferably, the non-attachment part D is formed at a portion where cracking is likely to occur when a bending load or a bending moment is applied to the bending member 1, and, for example, when a bending load is applied to the center portion of the bending member 1. The attachment part D is located in the center part of the bending member 1 in which a crack easily occurs. And the attachment portion (C) is located at both ends of the FRP bar (3) to firmly fix the entire FRP bar (3) inside the concrete body (2).
이와 같이 휨 부재(1)의 위험 단면 주위에 비부착 부분(D)을 형성하면, 굽힘 하중 또는 휨 모멘트에 의해 휨 부재(1)에 균열이 발생할 때, 비부착 부분(D)에서 FRP 바(3)의 변형률은 휨 부재(1)에 발생하는 균열 폭의 증가와 무관하게 휨 부재(1)의 곡률에 따라 결정된다. 따라서 상기 휨 부재(1)는 소정의 연성 구간을 확보하여 취성적인 파괴를 억제할 수 있다.Thus, when the non-attachment part D is formed around the dangerous end surface of the bending member 1, when a crack generate | occur | produces in the bending member 1 by a bending load or a bending moment, the FRP bar ( The strain of 3) is determined according to the curvature of the bending member 1 irrespective of the increase in the crack width occurring in the bending member 1. Therefore, the bending member 1 can prevent a brittle fracture by securing a predetermined soft section.
여기서, 상기 휨 부재(1)에 적용되는 FRP 바(3)는 도 4에 도시한 바와 같이, 막대 형상의 수지층(10) 내부에 복수의 보강 섬유(11), 일례로 탄소 섬유 또는 유리 섬유들이 수지층(10)의 길이 방향을 따라 배열된 단일 섬유 구조의 섬유강화 플라스틱 바로 이루어질 수 있다.Here, the FRP bar 3 to be applied to the bending member 1, as shown in Figure 4, a plurality of reinforcing fibers 11, for example carbon fiber or glass fiber inside the rod-shaped resin layer 10 These may be made of a fiber-reinforced plastic bar of a single fiber structure arranged along the longitudinal direction of the resin layer (10).
또한 상기 FRP 바는 도 5에 도시한 바와 같이, 수지층 내부에서 변형률이 서로 다른 2종 이상의 섬유군이 혼합 배치되어 섬유군들 중에서 낮은 변형률의 섬유군이 먼저 파괴된 이후 높은 변형률의 섬유군이 파괴될 때까지 소성 변형하는 다중 섬유 구조의 FRP 바로 이루어질 수 있다.In addition, as shown in Figure 5, the FRP bar is a mixture of two or more different fiber groups having different strains in the resin layer is arranged so that the low strain of the fiber group among the fiber group first breaks the high strain fiber group after It may be made of a multi-fiber structured FRP bar that plastically deforms until fracture.
상기 다중 섬유 구조의 FRP 바(20)는 일례로 변형률이 작은 복수의 제 1섬유들(21)이 제 1수지층(22) 내부에서 제 1수지층(22)의 길이 방향을 따라 배열된 제 1모체(23)와, 제 1모체(23)의 외주면을 둘러싸는 제 2수지층(24) 내부에서 제 1섬유(21)보다 변형률이 큰 복수의 제 2섬유들(25)이 제 1모체(23)를 둘러싸는 격자 형상으로 조직된 제 2모체(26)로 이루어진다.For example, the FRP bar 20 having a multi-fiber structure may include a plurality of first fibers 21 having a small strain, which are arranged along a length direction of the first resin layer 22 inside the first resin layer 22. The first mother body 23 and the plurality of second fibers 25 having a higher strain than the first fibers 21 in the second resin layer 24 surrounding the outer circumferential surface of the first mother body 23 are formed of the first mother body. It consists of a 2nd matrix 26 organized in grid shape surrounding (23).
이러한 다중 섬유 구조의 FRP 바(20)는 변형률이 서로 다른 섬유를 재료적으로 결합시킨 것 이외에, 구조적으로 제 1섬유(21)를 제 1모체(23)의 길이 방향을 따라 나란히 배열하여 인장 하중 조건에서 제 1모체(23)가 제 1섬유(21) 자체의 극한 변형률에서 파괴되도록 함으로써 FRP 바(20)의 탄성 계수를 증가시킨다.The FRP bar 20 of the multi-fiber structure is a tensile load by structurally arranging the first fibers 21 side by side along the longitudinal direction of the first matrix 23, in addition to the material of the fibers having different strains. The elastic modulus of the FRP bar 20 is increased by causing the first matrix 23 to break at the ultimate strain of the first fiber 21 itself under the conditions.
더욱이 다중 섬유 구조의 FRP 바(20)는 변형률이 큰 제 2섬유(25)로 변형률이 작은 제 1섬유(21)를 둘러싸면서 제 2섬유(25)를 격자 형상으로 조직하여 제 2섬유(25) 자체의 변형률을 최대한으로 증가시킨다. 이로서 상기 FRP 바(20)는 인장 조건에서 소성 변형 구간을 확보함과 아울러, 전단 강도를 향상시킨다.In addition, the FRP bar 20 having a multi-fiber structure is a second fiber 25 having a high strain rate and surrounds the first fiber 21 having a low strain rate, thereby forming the second fiber 25 in a lattice shape to form a second fiber 25. ) To increase its strain as much as possible. As a result, the FRP bar 20 secures a plastic deformation section under tensile conditions and improves shear strength.
도 6은 다중 섬유 구조를 갖는 FRP 바의 인장 하중에 대한 응력(σ)-변형률(ε) 선도로서, 상기 FRP 바(20)는 제 1섬유(21)가 파괴되는 초기 파괴(도면에서 A 지점으로 표시) 이후, 최종 파괴가 발생할 때까지 응력의 증가와 감소를 반복하면서 변형률 3% 이상의 높은 소성 변형 구간을 나타낸다.FIG. 6 is a stress (σ) -strain (ε) plot for tensile load of a FRP bar having a multi-fiber structure, in which the FRP bar 20 is subjected to initial failure at which the first fiber 21 is broken (point A in the drawing). Afterwards, it shows a high plastic deformation zone of 3% or more strain, repeating the increase and decrease of stress until the final breakage occurs.
그리고 도 7은 다중 섬유 구조를 갖는 FRP 바의 전단 하중에 대한 응력(σ)-변형률(ε) 선도로서, 상기 FRP 바(20)는 제 1섬유(21)를 둘러싸는 제 1수지층(22)이 초기 파괴(그래프에서 B 지점으로 표시)된 이후, 변형률이 큰 제 2섬유(25)가 전단 하중을 지지하다가 제 2수지층(24)의 파괴 없이 제 2모체(26)의 지엽적인 파괴에 의해 최종 파괴되는 경향을 나타낸다.7 is a stress (σ) -strain (ε) diagram for shear load of a FRP bar having a multi-fiber structure, wherein the FRP bar 20 surrounds the first fiber 21 with a first resin layer 22. After the initial break (indicated as point B in the graph), the second fiber 25 having a large strain is supporting the shear load, and then the local breakage of the second matrix 26 without destroying the second resin layer 24. By the final tendency to break.
이와 같이 본 실시예에 의한 휨 부재(1)는 보강재로서 전술한 단일 섬유 구조의 FRP 바와 다중 섬유 구조의 FRP 바를 모두 사용할 수 있으나, 인장과 전단 특성이 우수한 다중 섬유 구조의 FRP 바를 보강재로 사용하는 것이 더욱 바람직하다.As described above, the flexural member 1 according to the present embodiment may use both the aforementioned single fiber structure FRP bar and multiple fiber structure FRP bar, but the FRP bar having excellent tensile and shear properties as reinforcement material may be used as the reinforcement material. More preferred.
이하, 도 1의 구성에서 보강재로서 다중 섬유 구조의 FRP 바를 적용한 휨 부재의 파괴 메커니즘을 도 8과 도 9를 참고하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the failure mechanism of the flexural member to which the FRP bar of the multi-fiber structure is applied as the reinforcement in the configuration of FIG. 1 will be described with reference to FIGS. 8 and 9.
먼저, 도 8(a)와 같이 길이가 L인 휨 부재(1) 중앙에 굽힘 하중 P가 작용하는 경우, 도 8(b)는 휨 부재의 굽힘 모멘트 선도로서, 굽힘 하중(P)이 작용하는 휨 부재(1)의 중앙부에서 PL/4의 최대 굽힘 모멘트(Mmax)가 발생한다. 그리고 도 8(c)는 휨 부재에 균열이 발생하기 전단계에서 FRP 바의 변형률 선도로서, FRP 바(20)는 자체의 변형률 특성에 따라 변형되어 굽힘 하중(P)이 인가되는 휨 부재(1)의 중앙부에서 최대의 변형률(εmax)을 나타낸다.First, when the bending load P acts on the center of the bending member 1 having a length L as shown in FIG. 8 (a), FIG. 8 (b) is a bending moment diagram of the bending member, in which the bending load P is applied. The maximum bending moment M max of PL / 4 occurs at the center of the flexure member 1. 8 (c) is a strain diagram of the FRP bar at a stage before cracking occurs in the flexural member, and the FRP bar 20 is deformed according to the strain property thereof so that the flexural member 1 to which the bending load P is applied. Represents the maximum strain (ε max ) at the center of.
그리고 도 9(a)는 굽힘 하중에 의해 균열이 발생한 휨 부재의 부분 확대도로서, 최대 굽힘 하중을 받는 부분에서 휨 균열이 발생하면, 하중이 증가함에 따라 FRP 바(20)가 위치하는 부분의 균열 폭(w)이 증가한다. 이 때, 휨 부재(1)의 위험 단면을 중심으로 FRP 바(20)의 일부가 비부착되어 있으므로, 휨 부재(1)에 균열 폭이 증가하는 것과 무관하게 FRP 바(20)는 도 9(b)에 도시한 것과 같은 일정한 평균 변형률(εaverage)을 나타낸다.FIG. 9 (a) is an enlarged view of a portion of a flexure member in which cracking occurs due to a bending load. When bending cracking occurs in a portion that receives a maximum bending load, the portion of the portion where the FRP bar 20 is located as the load increases. The crack width w increases. At this time, since a part of the FRP bar 20 is not attached to the dangerous cross section of the bending member 1, the FRP bar 20 is shown in Fig. 9 (regardless of the increase in the crack width in the bending member 1). It exhibits a constant average strain ε average as shown in b).
따라서 본 실시예에 의한 휨 부재(1)는 굽힘 하중(P)에 의해 균열이 발생하여도 FRP 바(20)가 취성적 파괴를 일으키지 않고, 도 9(b)와 같은 일정한 평균 변형률을 나타내므로, 휨 부재(1)가 최대 내력에 도달한 이후에도 연성적인 거동을 확보하게 된다.Therefore, the flexural member 1 according to the present embodiment exhibits a constant average strain as shown in FIG. 9 (b) without causing brittle fracture of the FRP bar 20 even when a crack occurs due to the bending load P. FIG. In addition, even after the bending member 1 reaches the maximum strength, ductile behavior is secured.
도 10은 굽힘 하중을 받는 단순 지지된 철근 콘크리트 휨 부재의 개략도로서, 도시한 휨 부재(1)에서 극한 조건시 연성적인 거동을 확보하기 위한 최소한의 비부착 길이를 다음 수식에 나타내었다. 이 때, 도시한 휨 부재(1)에 사용된 FRP 바는 전술한 다중 섬유 구조의 FRP 바(20)로 이루어진다.FIG. 10 is a schematic diagram of a simple supported reinforced concrete flexural member subjected to a bending load. The minimum unattached length for securing ductile behavior under extreme conditions in the illustrated flexural member 1 is shown in the following equation. At this time, the FRP bar used for the bending member 1 shown here consists of the FRP bar 20 of the multi-fiber structure mentioned above.
여기서, Lub는 FRP 바(20)의 비부착 길이, εp는 FRP 바(20)의 항복시 변형률, εcu는 0.003, fck는 콘크리트의 압축 강도, β1은 압축단의 등가응력블럭 깊이 계수, b는 휨 부재(1)의 폭, dF는 압축단으로부터 FRP 바(20) 중심까지의 거리, As는 인장 철근(28)의 단면적, fy는 인장 철근(28)의 항복 강도, Af는 FRP 바(20)의 단면적, σp는 FRP 바(20)의 항복 강도, L은 휨 부재(1)의 지간 거리, f는 3점 하중인 경우 10, 등분포 하중 또는 4점 하중인 경우 3, ds는 압축단으로부터 인장 철근(28) 중심까지의 거리, 그리고 ωmax는 FRP 바(20)의 파단시 항복되는 구간의 최대 폭(도 11 참고)을 나타낸다.Where L ub is the unattached length of the FRP bar 20, ε p is the strain at yield of the FRP bar 20, ε cu is 0.003, f ck is the compressive strength of the concrete, β 1 is the equivalent stress block of the compression stage Depth factor, b is the width of the flexural member 1, d F is the distance from the compression end to the center of the FRP bar 20, A s is the cross-sectional area of the tension bar 28, f y is the yield of the tension bar 28 Strength, A f is the cross-sectional area of the FRP bar 20, sigma p is the yield strength of the FRP bar 20, L is the distance between the flexure members 1, f is 10 for a three-point load, equal distribution load or 4 3, d s for the point load represents the distance from the compression end to the center of the tensile reinforcement 28, and ω max represents the maximum width of the section to yield upon failure of the FRP bar 20 (see FIG. 11).
다음으로, FRP 바의 일부를 콘크리트 본체에 비부착시킨 본 실시예에 의한 철근 콘크리트 보와, FRP 바 전체를 콘크리트 본체에 부착시킨 종래 기술에 의한 철근 콘크리트 보 각각에서, 굽힘 하중에 의한 철근 콘크리트 보의 거동 실험 결과를 설명한다. 이 때, 실시예와 비교예 실험에 사용된 FRP 바는 모두 전술한 다중 섬유 구조의 FRP 바이며, 실시예와 비교예 실험에 적용된 철근 콘크리트 보의 조건을 아래의 표 1에 나타내었다. 실험에 사용된 FRP바의 길이는 총 2.0m이었으며, 그중 비부착길이는 실시예 1이 1.2m이었고, 실시예 2가 0.8m이었다.Next, in each of the reinforced concrete beam according to the present embodiment in which a part of the FRP bar is not attached to the concrete body, and the reinforced concrete beam according to the prior art in which the entire FRP bar is attached to the concrete body, the reinforced concrete beam by bending load Explain the results of the behavior test. At this time, the FRP bars used in the experiments of the Examples and Comparative Examples are all FRP bar of the multi-fiber structure described above, the conditions of the reinforced concrete beams applied in the Examples and Comparative Examples experiment are shown in Table 1 below. The length of the FRP bar used in the experiment was a total of 2.0m, of which the non-adhesive length was 1.2m in Example 1, 0.8m in Example 2.
상기한 표의 실험 조건에서, 본 실시예에 의한 철근 콘크리트 보의 거동 실험을 2회 진행하였고, 종래 기술에 의한 철근 콘크리트 보의 거동 실험을 2회 진행하였으며, 도 12에 실시예 1, 2와 비교예 1, 2 실험에 의해 측정된 철근 콘크리트보의 하중-처짐 선도를 나타내었다.Under the experimental conditions of the above table, the behavior test of the reinforced concrete beam according to the present embodiment was carried out twice, and the behavior test of the reinforced concrete beam according to the prior art was performed twice, compared with Examples 1 and 2 in FIG. The load-deflection diagrams of the reinforced concrete beams measured by Examples 1 and 2 are shown.
도시한 바와 같이, 실시예 1, 2의 철근 콘크리트 보는 최대 내력에 도달한 이후 연성적인 거동을 나타내어 최대 강도를 유지하지만, 비교예 1, 2의 철근 콘크리트 보는 최대 내력에 도달한 이후 강도가 급격히 저하되며 취성적인 파괴를 나타낸다. 따라서 FRP 바의 일부를 비부착시킨 본 실시예에 의한 휨 부재가 종래 기술에 의한 휨 부재와 비교하여 취성 파괴를 일으키지 않고, 높은 연성을 확보하고 있음을 확인할 수 있다.As shown, the reinforced concrete beams of Examples 1 and 2 exhibited ductile behavior after reaching the maximum strength to maintain maximum strength, but the strength dropped sharply after reaching the maximum strength of Comparative Examples 1 and 2, respectively. And brittle destruction. Therefore, it can be confirmed that the bending member according to the present embodiment, in which a part of the FRP bar is not attached, has high ductility without causing brittle fracture as compared with the bending member according to the prior art.
상기에서는 본 고안의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 고안은 이에 한정되는 것이 아니고 실용신안등록청구범위와 고안의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 고안의 범위에 속하는 것은 당연하다.In the above description of the preferred embodiment of the present invention, the present invention is not limited to this, but can be carried out in various ways within the scope of the utility model registration claim and the detailed description of the invention and the scope of the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the present invention.
이와 같이 본 고안에 의한 콘크리트 구조물은 최대 내력에 도달한 후 그 내력을 일정 기간 유지하는 연성적인 거동을 나타내므로, 취성적인 파괴를 억제하여 콘크리트 구조물의 안전성과 구조적인 신뢰성을 크게 향상시킨다. 또한 본 고안에 의한 콘크리트 구조물은 보강재를 사용함에 있어서 적정한 안전율을 적용할 수 있으므로, 과도한 보강재 사용에 따른 재료 낭비를 방지할 수 있다.As such, the concrete structure according to the present invention exhibits a ductile behavior that maintains the strength after reaching the maximum strength for a period of time, thereby greatly improving the safety and structural reliability of the concrete structure by suppressing brittle fracture. In addition, the concrete structure according to the present invention can be applied to the appropriate safety factor in using the reinforcement, it is possible to prevent material waste due to the use of excessive reinforcement.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20040038564A (en) * | 2002-11-01 | 2004-05-08 | 이진용 | Reinforcing old concrete strctures by using fibre rod and fibre sheet |
KR101210694B1 (en) | 2011-01-20 | 2012-12-10 | 서울시립대학교 산학협력단 | Experimental device for measuring bond strenth of single fiber and specimen using the same |
KR101618252B1 (en) * | 2014-11-11 | 2016-05-04 | 한국과학기술원 | FRP Reinforcing Device and Method for Strengthening Structure Using the Same |
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2002
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