The failure mechanism of a hollow bridge deck which is made of glass fiber reinforced polymer(GFRP) is investigated using both experiments and analysis. While the load-displacement behavior of the deck in the transverse direction shows a strong nonlinearity even in its initial response with relatively small magnitude of loads. In order to imporve the structural behavior of the deck in the transverse direction, we suggested that the empty space of the bridge deck is filled with a foam and investigated experimentally the static behavior of the orthotropic bridge deck which is made from GFRP and polyurethane foam. It is found that although the elastic modulus of the foam compared to that of the GFRP is about the order of $10^{-3}$, the structural behaviors in the weak axis such as nominal strength, stiffness, etc. are greatly improved. Owing to the low mass density of the foam used in this study, the bridge deck is still light enough with the improved structural properties.
Fiber reinforced polymer(FRP) composite decks are new to bridge applications and hence not much literature exists on their structural mechanical behavior. As there are many differences between numerical displacements through static analysis of the primary model and experimental displacements through static load tests, system identification (SI)techniques such as Neural Networks (NN) and support vector machines (SVM) utilized in the optimization of the FE model. During the process of identification, displacements were used as input while stiffness as outputs. Through the comparison of numerical displacements after SI and experimental displacements, it can note that NN and SVM would be effective SI methods in modeling an FRP deck. Moreover, two methods such as response surface method and iteration were proposed to optimize the estimated stiffness. Finally, the results were compared through the mean square error (MSE) of the differences between numerical displacements and experimental displacements at 6 points.
본 연구에서는 강주형과 바닥판의 합성에 사용되는 전단연결재에 대한 연구를 위해 세계 각국에서 사용되는 설계기준과 연구사례를 분석하고 교량 바닥판에 작용하는 각종 수직하중으로 인해 강주형과 콘크리트 슬래브의 접촉면에 발생하는 수평방향의 전단력을 전달하는 이 연결재를 설치한 밀어내기 시험체에 대하여 전단실험을 수행하였으며, 이 시험을 통하여 철근 대신 FRP 철근이 배치된 Steel strap 바닥판의 전단열재 평가식을 제안하였다. 본 연구에서의 제안식은 도로교설계기준의 전단연결재 허용강도 대비 약 3배의 안전율을 가지고 있으며, 기존의 DIN 기준과 Viest 평가식과 비교하면 5%정도의 오차로 유사한 결과를 보여주었다.
어선 제작시 어선의 고속화 및 어로작업 등에 의한 내구성을 향상시키기 위해 선각재질이 가볍고, 강도, 화재 및 해수의 부식 등에 뛰어난 재료의 사용이 요구되어지고 있다. 이러한 어선으로서는 크게 FRP어선과 Al어선으로 대별할 수 있다. 그러나 FRP어선은 가볍고 강도는 우수하나 인화성이 높아서 열에 매우 약하고 선박 제작 과정에 있어 인체에 해로운 유해성분이 발생할 뿐만 아니라, 폐선의 경우 산업폐기물로써 환경 오염에 큰 영향을 미치고 있다. 그런 반면에, Al어선은 FRP어선의 단점을 보완할 수 있는 재료로써, 고강도 및 경량화의 효과를 낼 수 있고, FRP어선보다 인화성이 낮아서 열에 강하고, 내구성이 높아 해수의 부식방지에 뛰어나므로 Al 어선의 개발이 시급한 실정이다. 그러나, 알루미늄 합금은 용접성이 좋지 않고 용접변형 및 균열이 발생하고, 건조 비용이 비싸다는 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 Al 합금 접합시의 문제점 해결방안으로 용접이음부의 새로운 형상을 개발하고 개발한 신형상에 대한 역학적 거동을 규명하고자 하였다. 이를 위해, 먼저 평판 이론을 이용하여 구조부재를 단순화하여 평판, 보강판, 신형상에 대하여 해석함으로써 강도를 비교 검토하고, 이러한 결과를 토대로 자체 개발된 용접열전도 및 용접열응력 수치해석 프로그램을 사용하여 평판과 신형상의 온도분포, 용접잔류응력, 인장, 압축시의 강도를 수치시뮬레이션을 통하여 비교, 검토하였다. 또한, 인장 시험편을 제작하여 실험을 통하여 강도를 비교함으로써 신형상에 대한 적용 가능성 및 역학적 우수성을 입증하고자 하였다.
Recently the compound material has interested in using the structural material as the bridge member assembly. It is the lighter material against existing construction material and has excellent durability and economy. The existing floor of bridge has its short period to repair and replace compared to other parts of the bridge with the pavement and the shoe. These deteriorations of usage and safety by aging and corrosion are needed frequent maintenance. The use of compound material as a structural member suggests solve these problems. So this thesis evaluates the static and the fatigue performance for whether there are fiber lamination direction and stress concentration section of FRP floor plate, the compound material.
본 연구는 옥외용 epoxy/glass fiber의 열화과정을 분석하기 위하여 FRP 적층판을 고온과 수에 노출시켰다. 열화과정은 접촉각, 표면전위감쇠, 표면저항률의 비교에 의해 평가하였다. 젖음성의 변화는 열처리 시료에서 $200^{\circ}C$까지 접촉각이 증가하였지만 수분처리 시료는 감소하였다. 표면전위감쇠 특성은 수분처리 시료에서는 감소하지만, 열처리 시료는 미 처리와 비교해서 증가하였다. 또한, 표면저항률은 접촉각의 변화와 같은 경향을 보이고 있다.
본 연구에서는 AFRP 스트립과 강재사이의 부착거동에 관한 실험적 연구를 수행하였다. 실험적 연구를 통해 AFRP 판과 강판사이의 계면부착거동을 관찰하고, 계면부착응력을 산정하는 것이 본 연구의 목표이다. 실험변수로는 부착길이와 AFRP의 두께를 선택하였으며, 18개의 일면전단시편 제작하여 실험을 수행하였다. 실험결과 부착길이와 AFRP 두께가 증가함에 따라 하중값을 증가하였으며, 부착길이와 AFRP 두께가 증가함에 따라 각각 63%, 86%의 하중값이 증가하였다. 끝으로 강재와 AFRP 사이의 부착응력-슬립관계를 산정하였다. 부착응력-슬립관계는 탄성선형거동을 보이고 있으며, 부착길이와 AFRP 두께는 부착응력과 파괴에너지에 영향을 덜 미치는 것으로 나타났다.
In recent years, FRP plates have been studied for flexural reinforcement of RC structures due to easy installation and good Quality control. This study presents experimental field test results for the effectiveness of flexural reinforcement of the RC slab using external prestressing with thin CFRP strips made by the pultrusion process. It was demonstrated that flexural strength was considerably increased with relatively easy installation when compared to the other methods used for the composite reinforcement.
첨단 산업 시대에 도래하면서 재료와 화학 공학의 눈부신 발전에 힘입어 각종 구조용 신소재인 복합재료가 등장하게 되었고, 많은 공학 분야에 활발히 적용되었다. 최근들어 건설 산업에 복합재료의 일종인 FRP(Fiber Reinforced Plastics)재료를 철골 부재와 같은 얇은 판, 개단면의 형태인 박벽 복합재료를 사용하려는 노력들이 진행되어 왔다. 따라서 건설 분야의 기술자들은 박벽 복합재료의 해석 및 설계 기술력과 산업화 활용에 대해 관심을 갖게 되었다.(중략)
콘크리트 구조물에 대한 보강공법은 1950년도에 개발된 강판보강공법을 위시로 하여 강연선에 의한 외부프리스트레싱 공법으로 발전하고 있으며, 약 10년전부터는 신소재인 FRP(Fiber Reinforced Polymer)에 의한 보강공법이 본격적으로 개발되어 실용화되고 있다. 강판보강공법은 에폭시 등의 접착제를 이용하여 콘크리트 인장측에 강판을 접착함으로써 강도 및 강성을 증가시키는 공법으로 강판을 보강재로 이용함으로써 공법에 대한 인지도가 높은 장점이 있는 반면, 재료의 가공 및 취급이 어려우며 중량이 커 자중이 증가되는 단점이 있다. 또한, 강재의 부식위험이 상존하고 있어 이에 대한 세심한 배려 및 주기적인 유지관리를 필요로 한다.(중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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