• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제9권4호
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• pp.569-577
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• 2021

현대 건설산업의 주 사용재료인 철근콘크리트는 철근과 콘크리트 사이의 부착이 용이하며, 두 부재간의 열팽창계수가 비슷하다는 장점을 가지고 있다. 하지만 철근은 각종 환경요인에 의하여 부식되는 단점을 가지고 있다. 철근 부식은 철근의 표면을 팽창시키게 되며, 콘크리트와의 부착응력에 영향을 주며 균열을 발생시키는 원인이 된다. 이러한 철근콘크리트의 단점을 보완하기 위하여 FRP 합성재료의 개발 연구가 진행되고 있다. FRP 합성재료는 높은 인장강도, 비부식성, 비 전자기성을 갖는 특징이 있다. 기존의 FRP 합성재료를 이용한 보강근은 현장에서 절단 및 구부리기가 용이하지 못하다는 단점을 가지고 있기 때문에 CFRP 보강근을 황용하는 연구가 진행되고 있다. CFRP 보강근 자체 인발시험, 부착응력, 묻힘길이 실험은 지속되어 왔지만 콘크리트 성능에 따른 부착특성에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 강도에 따른 CFRP 보강근의 부착특성 검토하기 위한 실험적 연구를 진행하였다. 그 결과, 콘크리트 강도에 따른 CFRP 부착특성은 물/시멘트비가 증가할수록 부착응력과 비교하여 미끌림 길이가 증가하는 것으로 나타났다. 또한 단위수량에 따른 CFRP 부착특성은 단위수량이 높아 질수록 부착응력이 약간 씩 감소하는 것을 알 수 있었다. 향후 CFRP 보강근의 부착강도 특성 분석에 있어서, 미끌림이 발생하지 않도록 CFRP 보강근의 최적의 묻힘 길이 등에 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단된다.

• Structural Monitoring and Maintenance
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• 제7권3호
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• pp.233-259
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• 2020

Using bonded fiber-reinforced polymer laminates for strengthening wooden structural members has been shown to be an effective and economical method. In this research, properties of suitable composite materials (sika wrap), adhesives and two ways of strengthening beams exposed to bending moment are presented. Passive or slack reinforcement is one way of strengthening. The most effective way of such a strengthening was to place reinforcement laminates in the stretched part of the wooden beam (lower part in our case), in order to investigate the effectiveness of externally bonding FRP to their soffits. The model is based on equilibrium and deformations compatibility requirements in and all parts of the strengthened beam, i.e., the wooden beam, the sika wrap composite plate and the adhesive layer. The theoretical predictions are compared with other existing solutions. This research is helpful for the understanding on mechanical behaviour of the interface and design of the composite-wooden hybrid structures. The results showed that the use of the new strengthening system enhances the performance of the wooden beam when compared with the traditional strengthening system.

• Structural Monitoring and Maintenance
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• 제6권1호
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• pp.47-66
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• 2019

One method of retrofitting concrete structures is to use fiber reinforced polymers (FRP). In this research, the shear, torsional and flexural strengthening of self-compacting reinforced concrete (RC) girders are fulfilled with glass fiber reinforced polymer (GFRP) and carbon fiber reinforced polymer (CFRP) materials. At first, for verification, the experimental results were compared with numerical modeling results obtained from ABAQUS software version 6.10. Then the reinforcing sheets were attached to concrete girders in one and two layers. Studying numerical results obtained from ABAQUS software showed that the girders stiffness decreased with the propagations of cracks in them, and then the extra stresses were tolerated by adhesive layers and GFRP and CFRP sheets, which resulted in increasing the bearing capacity of the studied girders. In fact, shear, torsion and bending strengths of the girders increased by reinforcing girders with adding GFRP and CFRP sheets. The samples including two layers of CFRP had the maximum efficiencies that were 90, 76 and 60 percent of improvement in shear, torsion and bending strengths, respectively. It is worth noting that the bearing capacity of concrete girders with adding one layer of CFRP was slightly higher than the ones having two layers of GFRP in all circumstances; therefore, despite the lower initial cost of GFRP, using CFRP can be more economical in some conditions.

• Advances in materials Research
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• 제11권3호
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• pp.171-190
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• 2022

In this paper, the problem of interfacial stresses in steel cantilever beams strengthened with bonded composite laminates is analyzed using linear elastic theory. The analysis is based on the deformation compatibility approach, where both the shear and normal stresses are assumed to be invariant across the adhesive layer thickness. The original study in this paper carried out an analytical solution to estimate shear and peel-off stresses, as, interfacial stress analysis concentration under the uniformly distributed load and shear lag deformation. The theoretical prediction is compared with authors solutions from numerous researches. This phenomenon of deformation of the members, which gives probably approach on the study of interface of the reinforced structures, is called "shear lag effect". The resolution in this paper shows that the shear stress and the normal stress are significant and, are concentrated at the end of the composite plate of reinforcement, called "edge effect". A parametric study is carried out to show the effects of the variables of design and the physical properties of materials. This research is helpful for the understanding on mechanical behaviour of the interface and design of such structures.

• Coupled systems mechanics
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• 제12권3호
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• pp.241-260
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• 2023

The objective of this study is to evaluate the effects of adding fibers to concrete and the distribution rate of the porosity on the interfacial stresses of the beams strengthened with various types of functionally graded porous (FGP) plate. Toward this goal, the beams strengthened with FGP plate were considered and subjected to uniform loading. Three types of beams are considered namely RC beam, RC beam reinforced with metal fibers (RCFM) and RC beam reinforced with Alfa fibers (RCFA). From an analytical development, shear and normal interfacial stresses along the length of the FGP plates were obtained. The accuracy and validity of the proposed theoretical formula are confirmed by the others theoretical results. The results showed clearly that adding fibers to concrete and the distribution rate of the porosity have significant influence on the interfacial stresses of the beams strengthened with FGP plates. Finally, parametric studies are carried out to demonstrate the effect of the mechanical properties and thickness variations of FGP plate, concrete and adhesive on interface debonding, we can conclude that, This research is helpful for the understanding on mechanical behavior of the interface and design of the FRP-RC hybrid structures.

• Steel and Composite Structures
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• 제45권4호
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• pp.591-603
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• 2022

The flexural strengthening of reinforced concrete beams by external bonding of composite materials has proved to be an efficient and practical technique. This paper presents a study on the flexural performance of reinforced concrete continuous beams with three spans (one span and two cantilevered) strengthened by bonding carbon fiber fabric (CFRP). The model is based on equilibrium and deformations compatibility requirements in and all parts of the strengthened continuous beam, i.e., the continuous concrete beam, the FRP plate and the adhesive layer. The adherend shear deformations have been included in the present theoretical analyses by assuming a linear shear stress through the thickness of the adherends. Remarkable effect of shear deformations of adherends has been noted in the results. The theoretical predictions are compared with other existing solutions that shows good agreement, and It shows the effectiveness of CFRP strips in enhancing shear capacity of continuous beam. It is shown that both the normal and shear stresses at the interface are influenced by the material and geometry parameters of the composite beam.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제14권5호
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• pp.144-152
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• 2010

콘크리트 구조물의 FRP를 이용한 보수보강 시 유기계 접착제인 에폭시 수지를 활용한 부착 공법이 일반적으로 사용되고 있으나 터널이나 하수박스 같은 습기가 많은 지역에서는 부착력이 발현되지 못하여 구조물의 보강 및 내구성에 문제가 있는 것으로 나타나고 있다. 이에 본 연구에서는 시멘트계 충진제를 사용하여 습윤 상태에서 콘크리트 구조물을 보강하고자 하였다. 먼저, 각각의 부착력을 알기 위하여 직접 부착실험을 실험을 통해 무기계 충진제가 습윤상태에서도 KS F 4716 규정에 만족함을 알 수 있었다. 반면, 에폭시 접착제는 포화율 100%에서 부착강도가 $0.73N/mm^2$, 14일 $0.84N/mm^2$로 습윤 상태에서의 부착성능에 문제점을 나타내었다. 또한 2차 실험으로 진행된 충진제 두께별 GFRP보강 보의 휨 강도측정에서는 충진제 두께가 10mm, 20mm, 30mmd일 때 각각 113%, 66%, 75%의 보강효과를 보였다. 이에 따라 충진제의 두께가 10mm일 때 안정적인 부착성능을 발휘하는 것을 알 수 있었다.

• Computers and Concrete
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• 제29권 6호
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• pp.375-391
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• 2022

This paper examined the impact of the cross-sectional structure on the structural results under different loading conditions of reinforced concrete (RC) members' management limited in Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP). The mechanical properties of CFRC was investigated, then, totally 32 samples were examined. Test parameters included the cross-sectional shape as square, rectangular and circular with two various aspect rates and loading statues. The loading involved concentrated loading, eccentric loading with a ratio of 0.46 to 0.6 and pure bending. The results of the test revealed that the CFRP increased ductility and load during concentrated processing. A cross sectional shape from 23 to 44 percent was increased in load capacity and from 250 to 350 percent increase in axial deformation in rectangular and circular sections respectively, affecting greatly the accomplishment of load capacity and ductility of the concentrated members. Two Artificial Intelligence Models as Extreme Learning Machine (ELM) and Particle Swarm Optimization (PSO) were used to estimating the tensile and flexural strength of specimen. On the basis of the performance from RMSE and RSQR, C-Shape CFRC was greater tensile and flexural strength than any other FRP composite design. Because of the mechanical anchorage into the matrix, C-shaped CFRCC was noted to have greater fiber-matrix interfacial adhesive strength. However, with the increase of the aspect ratio and fiber volume fraction, the compressive strength of CFRCC was reduced. This possibly was due to the fact that during the blending of each fiber, the volume of air input was increased. In addition, by adding silica fumed to composites, the tensile and flexural strength of CFRCC is greatly improved.

• 콘크리트학회논문집
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• 제28권5호
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• pp.535-544
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• 2016

본 연구에서는 디지털 이미지를 사용하여 DIC(Digital Image Correlation) 기법 및 부착파괴면 분석을 통해 부착파괴에너지와 부착강도의 정량적 분석뿐만 아니라 계면의 부착 면 파괴 양상의 정성적 접근을 통해 지속 하중과 온도의 복합 하중에 대한 FRP 부착 실험체의 거동을 분석하였다. 이를 위해 CFRP 쉬트를 부착한 일면전단실험체를 제작하여 사용하였다. 일면전단실험체의 지속 하중 기간의 거동은 에폭시 크리프의 영향을 상당히 받으며 지속 하중 기간 동안에 에폭시의 점탄성 특징으로 인해 응력완화가 발생하였다. 응력완화는 지속 하중 이후 실시한 계면전단실험에서 사용한 DIC 기법을 통해 관찰 하였으며 지속하중 기간 동안의 응력완화로 인해 지속하중 실험체의 최대부착파괴하중 및 계면파괴에너지가 대조실험체보다 증가하였다. 모든 실험체의 부착 파괴 면을 디지털 이미지화하여 파괴 면의 양상을 정성적/정량적으로 분석 하였다. 디지털 이미지 분석 결과 지속 하중 기간 동안 파괴 형태가 콘크리트면내파괴에서 계면부착파괴 형태로 전이가 발생하였으며 이러한 전이로 인해 지속하중 기간이 증가할수록 지속하중의 최대부착파괴하중에 대한 긍정적인 효과 감소하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권4A호
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• pp.761-766
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• 2006

폴리머 복합체는 우수한 강도와 내구성으로 건설현장에서 프리캐스트 부재 및 보수, 보강재로서 널리 쓰이고 있어 폴리머 복합체의 경제성 및 성능 향상에 관한 연구가 이루어지고 있다. 폴리머 나노 복합체는 나노미터 수준의 크기를 가진 Clay 등의 무기 물질을 나노분산 상으로 폴리머에 균일 혼합시킨 것으로 산업적 응용가능성 면에서 뿐만 아니라 재료 및 공학분야에서도 많은 관심을 가지고 있다. 그리고 기존의 복합체 보다 1/10 혹은 그 이상의 낮은 함량의 분산상만으로도 더 우수한 강도와 역학적 특성 및 열안정성을 나타낸다. 본 실험에서는 폴리머 복합체의 성능을 향상시키고자 유기화된 몬모릴로나이트(MMT)와 유기화 되지 않은 몬모릴로나이트(MMT)를 사용하여 박리된 MMT-UP 나노 복합체를 제조하였다. XRD와 TEM실험결과, Cloisite 30B-UP 나노 복합체에서 층과 층 사이가 $100{\AA}$ 이상 떨어져 단일층으로 분산되었기 때문에 박리가 되었음을 알 수 있었다. 또한 역학적 특성은 기존복합체보다 인장강도와 인장탄성계수을 비교하였을 때 매우 향상됨을 알 수 있었고 열적 특성도 기존복합체보다 우수한 함을 나타내었다. 박리정도가 우수한 MMT-UP 복합체로 제조한 폴리머 콘크리트에서도 순수한 UP를 사용한 것보다 역학적 특성이 두드러졌다. 또한 폴리머 콘크리트의 강도와 탄성계수는 MMT-UP 복합체의 인장강도 및 인장탄성계수와 상관성을 갖는 것으로 판단된다.