Fatigue Behavior of Prestressed Concrete Beams Using FRP Tendons

Recently, researches about fiber reinforced polymer (FRP) which has excellent durability, corrosion resistance, and tensile strength as a substitution material to steel tendon have been actively pursued. This study is performed to examine FRP tendon used prestressed beam's safety under service load. The specimen was a prestressed concrete beam with internal bonded FRP tendon. In order to compare the member fatigue capacity, a control specimen of a prestressed concrete beam with ordinary steel tendon was tested. A fatigue load was applied at a load range of 60%, 70%, and 80% of the 40% ultimate load, which was obtained though a static test. The fatigue load was applied as a 1~3 Hz sine wave with 4 point loading setup. Fatigue load with maximum 1 million cycles was applied. The specimen applied with a load ranging between 40~60% did not show a fatigue failure until 1 million cycles. However, it was found that horizontal cracks in the direction of tendons were found and bond force between the tendon and concrete was degraded as the load cycles increased. This fatigue study showed that the prestressed concrete beam using FRP tendon was safe under a fatigue load within a service load range. Fatigue strength of the specimen with FRP and steel tendon after 1 million cycles was 69.2% and 59.8% of the prestressed concrete beam's static strength, respectively.

FRP 긴장재를 이용한 프리스트레스트 콘크리트 보의 피로 거동

최근 PS 강연선의 대체재로서 높은 인장강도와 훌륭한 내부식을 가진 FRP(fiber rienforced polymer)를 이용한 조사가 활발히 진행되어지고 있다. 따라서, 이 연구는 FRP 긴장재를 이용한 프리스트레스트 콘크리트 보를 제작하여 반복 하중에 따른 피로거동의 특성을 분석함으로써 프리스트레스트 콘크리트 보의 안전성을 평가하고자 하였다. 또한 기존 PS 강연선을 이용한 프리스트레스트 콘크리트 보를 제작하여 피로 성능을 비교하였다. 반복 하중은 정적 실험을 통해서 얻은 극한 하중의 40%를 최소 하중으로 일정하게 고정하고 최대 하중은 극한 하중의 60%, 70%, 80%로 결정하였다. 반복 하중은 4점 재하방식으로 sine파를 이용한 1~3 Hz의 속도 재하하였다. 피로한계는 100만회로 하였다. 40~60% 범위의 시험체는 100만회까지 피로 파괴가 나타나지 않았지만, 반복 횟수가 증가함에 따라 콘크리트와 긴장재 사이의 부착력이 저하되었고, 수평방향의 균열이 나타났다. FRP 긴장재를 이용한 프리스트레스트 콘크리트 보의 피로 실험 결과 사용 하중 상태에서의 반복 하중에 대해서 안전한 것으로 나타났다. 피로한계 100만회에 대한 피로 강도는 FRP 긴장재를 이용한 프리스트레스트 콘크리트 보의 경우 69.2%, PS 강연선을 이용한 프리스트레스트 콘크리트 보는 59.8%에 해당함을 알 수 있었다.