Behavior of High Strength Concrete Beams with Hybrid Flexural Reinforcements

하이브리드 휨 보강 고강도 콘크리트 보의 성능 평가

In a tension-controlled section, all steel tension reinforcement is assumed to yield at ultimate when using the strength design method to calculate the nominal flexural strength of members with steel reinforcement arranged in multiple layers. Therefore, the tension force is assumed to act at the centroid of the reinforcement with a magnitude equal to the area of tension reinforcement times the yield strength of steel. Because FRP materials have no plastic region, the stress in each reinforcement layer will vary depending on its distance from the neutral axis. Similarly, if different types of FRP bars are used to reinforce the same member, the stress level in each bar type will vary, and the member will show different behavior from our expectation. In this study, six high-strength concrete beam specimens reinforced with conventional steels, CFRP bars, and GFRP bars as flexural reinforcements were constructed and tested. The members reinforced with hybrid reinforcements showed higher stiffness, smaller crack width, and better ductility than the members reinforced with single type of FRP bars.

철근으로 휨 보강된 일반적인 부재의 경우, 강도설계법으로 부재의 공칭 휨 강도를 계산할 때 모든 휨 인장 철근은 극한상태에서 항복한다고 가정한다. 따라서 인장력은 철근의 도심에 작용하고 인장 철근 단면적과 철근의 항복강도의 곱으로 표현될 수 있다. 그러나 FRP bar는 철근과 달리 항복거동을 보이지 않기 때문에 각 열 FRP bar에 작용하는 응력은 중립축에서 떨어진 거리에 따라 달라질 것이다. 게다가 서로 다른 종류의 FRP bar가 동시에 한 부재에 적용된다면, 각 FRP bar의 변형률에 따라 작용하는 응력 또한 다양하게 될 것이고, 거동 양상 역시 예상과 다르게 나타날 것이다. 이에 본 연구에서는 일반철근, CFRP bar, GFRP bar를 이용하여 하이브리드 휨 보강된 6개의 고강도 콘크리트 보를 제작하고 구조실험을 실시하였다. 실험 결과 하이브리드 보강된 부재는 FRP bar로 단순 보강된 부재의 낮은 강성, 큰 균열폭, 취성 문제를 상당히 보완시켜주는 것으로 나타났다.