• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제16권1호
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• pp.18-26
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• 2012

최근 FRP를 이용한 철근콘크리트 구조물의 보강방법으로서, 표면매입 보강 (Near-Surface-Mounted Retrofit, NSMR)방법의 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 방법은 콘크리트에 홈을 형성하는 추가의 작업이 필요하지만 보강효과를 높일 수 있고 FRP가 표면에 노출되지 않기 때문에 환경의 영향을 저감시킬 수 있다. 본 연구에서는 이와 같은 표면매입 보강공법 즉, FRP판을 세워서 표면에 매입보강하는 공법의 보강효과를 실험적으로 규명하고자 하였다. 이를 위하여 철근콘크리트 보를 제작한 뒤 기존의 표면부착 보강과 표면매입 보강을 실시한 뒤 실험을 통하여 보강성능을 비교하였다. 또한 매입보강의 경우에는 중앙부를 부분적으로 비부착시켜 그 효과를 관찰하였다. 연구결과, FRP판을 이용한 철근콘크리트 부재의 휨보강방법으로서 FRP판을 세워서 표면에 매입하는 보강방법은 기존의 판 부착보강에 비하여 높은 보강성능을 발휘하는 것으로 나타났다. ACI 440-2R의 휨보강시 내력산정방법을 따르고 정착부분의 세가지 파괴형태를 고려함으로써 표면매입 보강된 부재의 내력을 평가할 수 있는 것으로 나타났다.

• 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.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제12권6호
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• pp.89-96
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• 2008

본 연구에서는 탄소섬유판이 표면 매입된 철근 콘크리트 보의 휨 거동 효과를 고찰하였다. 이를 위하여, 탄소섬유판이 표면 매입된 T 형 철근 콘크리트 보를 제작하여 실험을 수행하였다. 본 연구 결과, 표면매입(NSM) 탄소섬유판으로 보강된 철근콘크리트 부재의 휨 강성 및 극한강도는 섬유판으로 보강되지 않은 보에 비하여 크게 증진되며, 그 최대 증가율은 보강되지 않은 부재의 경우보다 약 247%로 나타났다. 위 철근콘크리트 부재의 파괴는 부재 길이 방향으로 섬유 소선이 풀리는 표면매입 탄소 섬유판의 파괴로 시작되며, 탄소섬유판의 파단이 이어지는 2차 파괴가 발생하였다. 표면매입 탄소섬유판은 콘크리트와의 완정한 합성거동을 유도하여 따라서 탄소섬유판을 표면에 매입하는 방식은 노후 구조물 보강방식으로 매우 효과적인 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제26권1호
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• pp.79-86
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• 2014

이 연구는 표면매입 보강된 FRP 판과 콘크리트사이의 응력전달기구를 이론적으로 연구한 것으로서 이선형 부착모델을 이용하여 부착거동을 묘사하고 이를 실험 결과와 비교하여 신뢰성있는 해석방법을 제시하였다. 연구로부터, 표면매입된 FRP 판과 콘크리트사이의 계면특성을 고려한 미분방정식에 이선형 부착-미끄러짐 관계곡선을 사용하여 해석할 경우, 모델의 임계값인 최대전단강도와 미끄러짐 변위, 그리고 박락에 의한 연화거동이 시작될 때의 변위값 선정과정이 제시되었다. 또한 제안된 모델을 사용하여 부착길이가 다르게 보강된 표면매입 FRP 판의 미끄러짐 거동을 해석한 결과 실제 거동을 매우 근사하게 묘사할 수 있는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제23권5호
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• pp.675-682
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• 2011

최근 콘크리트 구조물의 보강시 사용되는 FRP(fiber reinforced polymer)를 이용한 보강에서, 철근콘크리트의 피복부분에 홈을 형성하고 이 홈내부에 FRP 바를 삽입한 후 에폭시 모르타르 등으로 보강하는 방법, 즉 표면매입보강(near-surface-mounted retrofit, NSMR)방법의 연구가 최근 활발히 진행되고 있다. 이 연구는 FRP 판을 철근콘크리트 표면에 매입보강시 FRP 판의 부착 특성을 실험적으로 연구한 논문이다. FRP 판의 매입 길이, 전단키의 유무, 보강열수 등을 변수로 부착 실험을 실시하여 파괴 기구를 관찰하고 이를 근거로 콘크리트 할렬 파괴시의 인발강도를 산정할 수 있는 강도식을 제안하였다. 실험 결과 매입 길이가 길수록 인발 내력은 증가하며 FRP 판의 열수가 증가할수록 내력이 증진되는 것으로 나타났다. 콘크리트의 할렬 파괴를 고려하여 내력을 산정한 결과 실험 결과와 좋은 대응을 보이는 것으로 나타났다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권4호
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• pp.41-49
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• 2014

본 연구에서는 기존 철근콘크리트 건축물의 구조성능 개선을 위하여 표면요철 매입형 FRP봉과 CFRP시트를 사용한 철근콘크리트 보의 구조성능을 평가하기 위하여 실험을 수행하였다. 표면요철 매입형 FRP봉의 사용량, CFRP시트 보강 유무에 따라 총 7개의 실험체를 제작하고 실험을 수행하여 구조성능을 평가하였으며, 본 연구의 실험결과를 근거로 다음과 같은 결론을 얻었다. 표면요철 매입형 FRP봉 보강 실험체 NER 시리즈의 경우, 표준실험체 NBS와 비교하여 12~46% 내력이 증가하였고, 표면요철 매입형 FRP봉과 CFRP시트를 복합 보강한 실험체 NERL 시리즈는 표준실험체 NBS보다 최대내력이 22~77% 증가하였다. 그리고 표면요철 매입형 FRP봉으로 보강된 실험체 NER 시리즈는 부착슬립, 피복분리 형태로 파괴되었으나, 표면요철 매입형 FRP봉과 CFRP시트을 복합 보강한 실험체 NERL 시리즈는 CFRP시트의 연속보강에 따른 콘크리트 구속효과 및 모재와 표면요철 매입형 FRP봉의 부착강도 증가로 인하여 부착슬립의 형태로 파괴되었다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제25권1호
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• pp.37-43
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• 2013

최근 FRP 판을 이용한 표면매입 보강공법에서 FRP와 콘크리트 사이의 계면파괴를 연구하기 위한 실험 및 이론적인 연구가 국내외에서 수행되고 있다. 그 결과 보강재의 형상과 콘크리트 강도 그리고 부착길이 등에 대한 일련의 연구가 수행되었지만, 보강재의 부착길이에 따른 각 보강재의 적정 간격, 그리고 무리효과 등과 같은 영향인자들에 대한 연구 필요성이 제기되고 있다. 이에 따라 이 연구에서는 부착길이와 보강재인 FRP 판의 보강간격을 변수로 부착실험을 실시하고 그에 따른 부착성능의 변화를 연구하고자 한다. 또한 표면매입 보강된 FRP 판의 계면파괴시 강도를 산정하기 위한 기존 제안식과의 비교를 통하여 그 적용성을 평가하고자 한다. 연구 결과, 매입된 FRP의 간격이 넓어질수록 FRP판의 인장파단과 함께 내력이 증가하는 양상을 보이는 반면에 FRP판의 간격이 좁을수록 콘크리트 할렬파괴가 지배하는 것으로 나타났다. 기존 제안식을 이용하여 실험 결과를 비교한 결과, FRP의 부착길이와 무리효과를 고려한 기존 제안식을 사용하여 표면매입 보강된 FRP의 부착강도를 적절히 예측할 수 있는 것으로 나타났다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권5호
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• pp.601-609
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• 2008

본 연구에서는 탄소섬유판 표면 매입 공법 및 외부 부착공법의 장점을 활용하기 위하여, 새로운 형상의 탄소섬유판을 제작하여 실험을 수행하였으며, 탄소섬유판 표면 매입 및 외부 부착이 혼합된 보강 방식의 휨 거동 효과를 분석하였다. 본 연구 결과, 표면매입 (NSM) 및 표면부착 (EBR) 탄소섬유판이 결합한 T형 탄소섬유판으로 보강된 철근콘크리트 부재의 휨 강성 및 극한강도는 섬유판으로 보강되지 않은 보에 비하여 크게 증진되며, 그 최대 증가율은 보강되지 않은 부재의 경우보다 약 347%로 나타났다. 이는 매입 (NSM) 및 부착 (EBR) 탄소섬유판의 상호 구속 효과가 매우 뛰어나 하중을 분배하여 따라서 저항 능력이 크게 개선되는 것으로 판단되었다. 또한 T형 탄소섬유판으로 보강된 철근콘크리트 부재의 파괴는 표면부착 탄소섬유판의 부착 탈락으로 시작되며, 단계적으로 매입 섬유판의 파괴되면서 전단부 콘크리트 피복이 탈락하는 파괴양상으로 나타났다. 매입 탄소섬유판 (NSM CFRP strip) 및 표면부착 (EBR) 탄소판의 극한변형률은 각각 $8,600{\mu}{\varepsilon}{\sim}22,000{\mu}{\varepsilon}$ 및 $7,000{\sim}9,000{\mu}{\varepsilon}$의 범주로 나타나 하중 분배 능력이 우수하며, 따라서 노후 구조물 보강방식으로 효과적인 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제17권4호
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• pp.75-83
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• 2013

본 연구에서는 탄소섬유판을 이용하여 표면매입 보강된 철근콘크리트 부재의 내화성능에 관한 연구로서 온도변화에 따른 탄소섬유 판의 인장시험, 에폭시의 상태변화 실험, 그리고 온도변화에 따른 부착성능에 관한 일련의 실험연구를 실시하였다. 실험연구로부터, 부착강도의 측면에서 콘크리트를 보강하기 위한 효율적인 보강방법은 표면매입 보강이며, 이 보강법은 상온에서는 그 효과가 매우 높지만, 비록 낮은 온도일지라도 주변온도가 높아질 경우에는 보강효과가 현저히 저하될 수 있음을 확인하였다. 특히, 주변 온도가 에폭시의 화학적 성질이 변화하기 시작하는 유리전이 온도에 근접할 경우, 부착기능이 상실되기 시작하므로 구조물의 안전한 내화설계를 위해서는 부착용으로 사용되는 에폭시의 성능을 개선시키고 또한 섬유보강재의 성능개선이 시급한 것으로 사료된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.51-58
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• 2014

본 연구에서는 철근콘크리트 구조의 FRP를 이용한 보강에서 낮은 내화성능을 개선하기 위한 방안을 찾기 위하여, 보강된 FRP의 외부를 내화보강하는 방법에 대한 내화실험을 실시하였다. 특히 철근콘크리트 부재의 피복에 홈을 형성하여 FRP를 매입하는 보강 즉, NSM 보강을 대상으로 하였다. 실험에서의 주요 변수는 보강방법과 사용 내화재료로서, Perlite계 재료를 표면에 분사하여 보강하는 방법, Calcium silicate계 보드로 표면에 부착하는 방법, 그리고 추가로 홈내부에 Polymer mortar 또는 Calcium silicate조각을 삽입하여 보강하는 방법으로 보강한 뒤 가열로 내부의 온도변화에 따른 열전달을 관찰하였다. 실험결과, Perlite계 내화뿜칠로 표면을 보강하는 경우보다 Calcium Silicate계 내화보드로 표면을 보강하는 방법이 효과적인 것으로 나타났다. 홈 내부의 에폭시가 유리전이온도에 도달할 때의 외부 표면온도 $820^{\circ}C$까지 내화단열성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.