• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권4호
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• pp.108-113
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• 2018

기존 구조물의 노후화로 인하여 보수 및 보강에 관한 연구는 활발히 이루어지고 있다. 탄소섬유를 사용한 외부 부착공법은 경제적이고 짧은 시간에 보강 작업이 이루어질 수 있기 때문에 널리 사용되고 있다. 일반적으로 탄소섬유를 사용한 전단 보강에는 일 방향 레이아웃이 많이 사용되고 있으며, 재료의 양, 섬유의 각도 그리고 간격 등에 관한 실험 연구가 많이 진행되었다. 하지만 예비 실험 결과를 통하여 이 방향 전단보강 레이아웃은 일 방향 전단보강보다 좀 더 효율적으로 부재를 구속하는 것을 확인하였다. 따라서, 유사한 재료의 양을 사용하여 일 방향과 이 방향 전단 보강 작업이 이루어진 후 실험을 통하여 두 보강작업의 효과가 검증되었다. 탄소섬유 보강 작업을 할 때는 탄소섬유의 부착파괴를 방지하기 위하여 탄소섬유 앵커가 설치되었다. 탄소섬유 앵커와 탄소섬유 레이아웃의 전단보강 효과는 실험 경간에 발생한 주인장 변형률의 분포를 통하여 검증되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제21권3호
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• pp.337-345
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• 2009

본 연구에서는 탄소섬유판이 외부 부착, 표면 매입 그리고 외부부착 및 표면매입이 혼합된 보강 방식의 철근콘크리트 부재의 전단 거동 및 전단 보강 효과를 구명하고자 하였다. 본 연구 결과, 표면매입 탄소섬유판 및 외부부착과 표면매입으로 혼용된 탄소섬유판으로 보강된 철근콘크리트 보의 전단 강성 및 극한 전단강도는 섬유판으로 보강되지 않은 보에 비하여 크게 증진되는 것으로 나타났다. 표면매입 탄소섬유판 및 외부부착과 표면매입으로 혼용된 탄소섬유판으로 보강된 철근콘크리트 보의 파괴는 전단균열로 시작되었으며, 하중이 증가함에 따라 하중 재하점과 가장 인접한 매입 탄소섬유판 하단 모서리에서 발생한 휨 균열은 하중재하점 방향으로 급격하게 진행되었고, 하중 재하점과 휨 균열을 연결하는 압축파괴가 발생되었다. 이러한 사실은 매입 섬유판의 전단보강 효과가 매우 우수하여 보가 전단으로 파괴되지 않고 섬유판이 매입 보강되지 않은 휨 구역에서 압축파괴가 발생하고 있음을 설명하고 있다. 매입 탄소섬유판 보강부재 및 탄소섬유판 부착 및 매입을 혼용한 부재에서는 매입 탄소섬유판의 변형률이 각각 0.45% 및 0.35%로 나타났으며, 외부 부착 탄소섬유판의 변형률이 약 0.3%로 나타났다.

• 콘크리트학회지
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• 제11권2호
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• pp.147-156
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• 1999

본 연구는 철근콘크리트 기둥에 탄소섬유쉬트를 보강하고 일정축력(0.35$P_o$)을 가한 상태에서 정, 부반복 횡가력을 실시하여 탄소섬유쉬트의 보강효과를 검증하기 위한 것으로, 탄소섬유쉬트의 보강배수에 따른 보강효과의 차이, 손상을 받은 시둥을 보수후 탄소섬유쉬트를 보강한 경우와 손상을 받지 않은 기둥에 탄소섬유쉬트를 보강한 경우의 거동의 차이를 실험을 통해 검증하였다. 탄소섬유쉬트의 보강매수는 2매와 3매 2종류에 관해 검토하였으며 보강매수에 따른 차이는 에너지 흡수능력에서 약간의 차이를 보일뿐 최대내력, 강성저하율 등에 있어서는 비슷한 거동을 나타내었다. 최대내력의 80% 수준까지 내력저하가 발생하도록 사전가력하여 탄소섬유쉬트를 보강한 기둥과 전혀 손상을 주지 않은 기둥에 탄소섬유쉬트를 보강한 기둥의 거동은, 손상을 준 기둥의 초기강성만이 탄소섬유 쉬트를 보강하지 않은 기둥에 비해 저하하나, 최대내격, 에너지 흡수능력, 연성등에 있어서는 무보강실험체에 비해 우수한 성능을 나타내었으며, 따라서 전체적으로 지진등으로 상당한 손상을 입은 기둥이라도 손상부 보수 후 탄소섬유쉬트로 보강하면 상당한 성능의 향상을 기할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나 보강매수에 따라 내력증진효과는 2매보강(${\rho}_{cf}$=0.44%)과 3매 보강(${\rho}_{cf}$=0.66%)의 경우 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회지
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• 제10권3호
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• pp.197-208
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• 1998

최근들어 손상된 실구조물의 보강공법들이 적용,발전되어왔다. 가장 보편적으로 사용된공법이 강판과 탄소섬유를 이용한 공법이지만, 이론적인 배경과 적용기술이 아직은 정립되어었지 않은 상태이다. 강판보강의 경우 단부에서의 응력집중이 보강 효과를 결정짓는 가장 중요한 변수이므로, 본 연구에서는 이러한 응력집중을 완화하기 위하여 단부에 보강판과확대판을 부착하여 실험을 하였고, 탄소섬유 보강 실험에서는 다층 시공시 보강량을 조절하여 실험하였다. 실험 결과는 하중-처짐, 항복하중, 최대하중, 보강재의 전단응력의 분포와 보강재의 파괴양상을 분류하여 정리하였다. 실험을 통하여 강판 보강의 경우 본 연구에서 제안된 단부에서의 보강방법이 보강효과가 향상된 것을 확인하였고 탄소섬유 보강시에는 탄소섬유의 보강량을 조절함으로써 경제적인 설계와 시공이 가능한 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.131-136
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• 2013

본 연구에서는 탄소섬유판을 콘크리트 표면에 매립하는 표면매립(NSM) 공법을 적용하여 콘크리트 구조물 보강을 수행하고, 콘크리트 내구성 증진 뿐 아니라 구조물 수명을 향상 시킬 수 있는 노후구조물 보수 보강 체계를 구축하고자 하였다. 이를 위하여, 표면매립 탄소섬유판 및 고성능 단면복구 모르터로 보강된 철근 콘크리트 부재를 제작하여 실험을 수행하였다. 실험결과, 에폭시로 탄소섬유판을 매립 부착한 철근콘크리트 부재는 보강되지 않은 부재보다 초기 강성 및 휨강도가 현저하게 증가하는 것으로 나타났다. 탄소섬유판으로 보강된 철근콘크리트 부재는 탄소섬유판의 인장 파괴로 인하여 시작되며, 탄소섬유판의 저항능력은 매우 우수하며, 보강 효율이 우수한 것으로 나타났다. 탄소섬유판을 매립하고 표면부에 고성능 모르터로 단면을 복구하는 보강 방식은 보의 강성 및 내구성을 향상시킬 뿐 아니라 미관이 우수하여 보수와 보강이 혼합된 적절한 보강 방식으로 판단된다.

• 비파괴검사학회지
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• 제27권2호
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• pp.115-123
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• 2007

본 연구에서는 탄소섬유로 보강된 콘크리트의 전기저항 변화를 모니터링하는 방법에 의해, 콘크리트의 파괴에 대한 자가진단 적용 특성을 검토하였다. 미분쇄 탄소섬유와 코크스 분체로 구성된 신형 리브재가 포함된 CFGFRP (탄소섬유 유리섬유 강화 플라스틱)와 콘크리트 보강용 CF(탄소섬유) 시트에 휨 하중 재하 단계별로 하중을 가할 때 균열 또는 파괴가 발생하기 전후의 탄소섬유의 전기저항 변화를 조사하여, 각 인자의 관계특성(각 하중단계별 전기저항, 변형률, 처짐 등의 변화)을 분석하였다. 그 결과, 콘크리트 인장측 파괴시 탄소섬유 보강근, 신형 리브, 시트가 파괴될 때, 전기저항은 크게 증가하지만, CFGFRP의 경우는 그 후 하이브리드 FRP 재료 중 탄소섬유를 보강하고 있던 유리섬유가 나머지 추가 재하 하중에 저항할 수 있어 콘크리트 시험체의 전 파괴단계에까지는 이르지 않았다. 따라서 CFGFRP의 보강근과 신형 리브, CF시트는 FRP로 보강된 콘크리트의 파괴를 사전에 감지할 수 있는 자가진단 재료로서의 적용이 가능함을 알 수 있었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제24권3호
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• pp.323-331
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• 2012

이 논문에서는 콘크리트 기둥에 새로운 보강방법을 제시하여 반복하중에 대한 구조적인 성능시험을 하였다. 두 개의 콘크리트 기둥에 고성능 탄소섬유 다발을 이용하여 X자 형태의 보강을 실시하고, 기둥의 내부에 X-브레이싱을 고정하기 위해 기둥 단면을 천공하여 탄소섬유 다발을 기둥에 삽입한 후 탄소섬유로 단부를 감싸주는 새로운 보강방법인 탄소섬유 앵커 X-브레이싱 보강공법을 이용해 콘크리트 기둥의 구조성능과 보강효과를 시험을 통하여 규명하였다. 이를 위해 탄소섬유로 보강된 휨 파괴형 실험체 기둥과 전단 파괴형 실험체 기둥을 축소모형으로 각각 제작하였다. 휨과 전단저항 기둥에 대해 X-브레이스 보강 유, 무 실험체에 반복하중시험을 통해 기둥의 연성과 강도 보강효과를 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권2A호
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• pp.289-295
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• 2008

본 연구는 탄소섬유판으로 보강된 철근콘크리트 부재의 휨 거동특성 및 파괴양상을 규명하고 또한 탄소섬유판 부착탈락 거동을 규명함에 그 목적이 있다. 이를 위하여 탄소섬유판의 형상, 섬유판 부착길이, 부착면적 등의 다양한 변수를 포함하는 실험연구가 수행되었으며, 초기 부착균열이 발생되는 부착탈락 기구를 규명 하였다. 본 실험결과 탄소섬유판으로 보강된 철근콘크리트 부재의 휨 강성은 보강되지 않은 보에 비해 현저하게 개선되며 최대 극한강도 증진율은 120% 이상인 것으로 나타났다. 또한 탄소섬유판 탈락 시 측정된 탄소섬유판의 인장변형율은 탄소섬유판의 극한 변형율의 36%에 해당되는 것으로 나타났으며, 탄소섬유판의 부착길이가 충분 할수록 보는 휨 균열로 야기되는 탄소섬유판의 계면 부착탈락으로 파괴됨을 알 수 있었다. 탄소섬유판의 계면부착탈락은 휨을 받는 구역에서 시작되어 보의 양 끝단으로 급격하게 전파되는 취성적인 파괴를 유도하는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 탄소섬유판의 유효응력에 근거하여 탄소섬유판으로 보강된 철근콘크리트 부재의 휨 강성을 계산하였으며, 이는 실험결과와 잘 일치하는 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제22권6호
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• pp.30-36
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• 2018

기존 콘크리트 구조물의 노후화 또는 지진과 같은 외부 하중에 의하여 구조물의 구조 성능이 저하되기 때문에, 기존 건물의 보수 및 보강 연구는 중요하다. 외부부착 탄소섬유 보강 공법과 같은 효율적인 보수 공법을 사용하면 경제적으로 콘크리트 구조물의 구조 성능을 높일 수 있다. 따라서 외부부착 탄소섬유를 사용한 콘크리트 부재의 실험 연구는 많이 진행되었다. 특히, 콘크리트 보를 사용한 전단 보강에 관한 연구는 탄소섬유의 양, 부착 각도, 스트립의 폭, 그리고 재료간의 상호작용에 관한 것이었다. 하지만 선행된 연구에 비하여 탄소섬유의 이 방향 레이아웃에 관한 다양한 변수 연구는 부족한 상황이다. 따라서 이 연구에서는 이 방향 레이아웃 외부부착 탄소섬유 공법을 사용하여 콘크리트 보의 전단보강 효과를 검증하였다. 이 방향 레이아웃의 보강 효과는 스터럽과의 전단 기여도, 실험체의 전단 거동과 보강 시점에 따른 최대 내력의 비교를 통하여 이루어졌다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권3A호
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• pp.221-228
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• 2010

탄소섬유시트 보강공법은 열화 손상된 콘크리트 구조물의 보강에 가장 많이 사용되는 보강공법 중 하나이다. 탄소섬유시트 보강공법은 에폭시접착제를 사용하여 탄소섬유시트를 콘크리트의 외부에 부착하는 보강공법으로 탄소섬유시트에 의한 휨보강이 에폭시 접착 경계면을 통하여 콘크리트로 전달된다. 따라서 사용기간이 경과함에 따라 에폭시 접착 경계면에 발생하는 크리프 등의 시간의존적 거동은 보강효과를 감소시키는 요인이 된다. 본 연구에서는 경계면에서 발생하는 크리프 영향을 해석하기 위하여 콘크리트의 크리프 거동에 대한 기존의 연구들을 고찰하고, 이를 바탕으로 에폭시 접착 경계면의 크리프 영향을 예측할 수 있는 이론적인 연구를 수행하였다. 제안된 유한요소해석기법은 기존의 콘크리트 크리프 거동 분석을 위해 사용되던 유변모델을 에폭시 접착 경계면에 적용한 것으로 기존 실험결과와 비교를 통하여 타당성을 검증하였다. 또한, 제안된 유한요소해석을 통하여 탄소섬유시트로 보강된 콘크리트 구조물의 시간의존적 거동에 경계면 재료의 크리프 영향을 반드시 고려해야 한다는 것을 입증하였다.