R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201717CTAP-C115171-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 철계 형상기억합금의 응력회복 효과를 이용한 철근콘크리트 구조물 보강시스템 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2016-06-22 ~ 2018-06-21 | |||||
| 연구책임자 | 홍기남 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
9명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 150,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 150,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 300,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 300,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 충북대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
○ 기존에 건설된 RC(Reinforced Concrete)구조물은 설계상의 원인이나 재료상의 원인, 시공상의 원인 등의 기술적 요인과 환경적 요인으로 인해 구조적 성능 저하와 열화현상이 발생. ○ 노후화된 구조물을 철거하고 신축하기 위해 막대한 비용 손실이 발생. ○ 전 세계적으로 유지·보수에 대한 관심 증가. ○ 기존 구조물의 성능 개선과 열화를 방지하기 위해 다양한 보강공법이 개발되어 노후화 구조물에 적용되고 있음. ○ 사용되고 있는 보강공법은 여러 문제에 의해 재시공이 요구. ○ 본 연구개발을 통해 기존 보강공법의 문제를 개선한 새로운 보강공법을 제시. ○ 개발될 보강공법은 철계 형상기억합금의 응력회복 효과를 이용. [최종목표] ○ 철계 형상기억합금의 응력회복 효과를 이용한 철근콘크리트 구조물 보강시스템 개발을 위해 아래와 같은 목적을 달성하고자함. - 에폭시시 수지의 박리현상을 개선하기 위해 고성능 시멘트 기반 매트릭스를 개발하여 접착제로 사용. - Fe-SMA의 긴장력 도입을 위한 전력공급장치의 가열방법 정식화. - 정착장치에 의한 Fe-SMA의 보강성능을 평가하기 위해 정착장치 제작. - Fe-SMA와 시멘트 매트릭스의 복합체 부착강도를 평가하여 부착강도 모델 제안. - 형상회복된 Fe-SMA로 보강된 RC구조물의 파괴 메커니즘을 규명하여 예측식 제안. - 형상회복된 Fe-SMA로 보강된 RC구조물의 장기거동을 평가. - 장기사용하중에 의해 저하된 긴장력을 복원하기 위한 재긴장 가능성 검증. [연구내용 및 범위] ○ 고성능 시멘트 매트릭스의 개발 - 기존 시멘트 기반 매트릭스 보강재의 선행연구 조사. - 고로슬래그와 실리카흄, 플라이애쉬 등과 같은 산업부산물과 단섬유의 혼입량에 따른 변수를 설정하여 역학적 특성을 평가. - 역학적 특성은 압축강도, 인장강도, 부착강도, 응결특성, 슬럼프, 공기량 실험으로 얻어진 결과를 분석. - 목표 성능을 만족하는 실험변수를 적정 배합으로 선정. ○ 인장실험을 통한 Fe-SMA의 응력회복 범위 설정 - Fe-SMA의 길이에 따른 변수를 설정하여 인장시험기를 통한 프리스트레스 적용. - Fe-SMA의 프리스트레스 도입량을 인장변형량 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0%로 변형시켜 최대하중과 잔류변형 취득. - 인장 실험을 통한 Fe-SMA의 파괴실험을 수행하여 Fe-SMA의 기초물성값을 확보. - 실험은 200ton 용량의 UTM을 이용하고 분당 0.5mm의 속도로 변위재하 실시. - 시편 중앙부에 스트레인 게이지를 부착한 뒤 데이터로거를 이용하여 실시간 변형률 측정. ○ Fe-SMA의 전기저항 가열방법 정식화 - 형상기억합금을 가열하여 회복응력을 평가하기위해 고전류를 일정하게 공급할 수 있는 전력공급장치를 사용. - 전력공급장치는 220V의 전압 코드로 충전하여 사용하는 카패시터이며, 원하는 량의 전압과 전류를 공급할 수 있음. - Fe-SMA시편에 3개의 열전대를 설치하여 Fe-SMA의 가열온도를 실시간으로 측정. - Fe-SMA가 적정온도에 도달하는 순간 전력공급을 차단하고 전력 공급시간을 측정. - 30V/200A, 35V/250A, 40V/300A 등 다양한 전력을 공급하여 적정 가열온도의 도달시간을 측정하고, 경제성을 고려하여 적정 전압 및 전류, 공급시간을 선정. - 적정온도 도달시 일정한 전력 공급 차단을 위해 LabView로 제어프로그램을 제작. ○ Fe-SMA의 전기저항 가열방법에 의한 회복응력 평가 - 인장실험을 통해 잔류변형이 존재하는 각각의 Fe-SMA를 100kN 용량의 Instron에 설치하여 전기저항 가열을 실시. - Fe-SMA에 3개의 열전대를 설치하여 가열구간과 냉각구간에 따른 Fe-SMA의 인장력을 계측. - 가열온도에 의해 스트레인 게이지가 손상될 우려가 있어 클릭 온 게이지를 이용하여 Fe-SMA의 변형률을 측정. - 가열시 발생되는 Fe-SMA의 열팽창을 고려하여 40kN정도의 초기 인장력 도입. - 가열이후 상온까지 냉각된 Fe-SMA의 최종 인장력과 초기 인장력을 고려하여 Fe-SMA의 회복응력을 산정. ○ Fe-SMA와 시멘트 매트릭스의 복합체 부착강도 모델 개발 - 문헌조사를 통한 부착강도 실험을 계획. - 접착제와 콘크리트 계면의 부착력 저하를 방지하기 위해 샌드블라스트를 이용하여 레이턴스 제거. - 부착길이와 전기저항 가열에 의한 복원력 형성 여부에 따른 변수를 설정하여 전단강도 측정. - 기존 보강재인 FRP와 Fe-SMA가 각각 매립된 복합체를 제작하여 부착성능 비교·분석. - 시공환경 요인에 따른 보강재료와 콘크리트의 부착성능 검증. - 수집된 실험결과를 분석하여 복합체의 파괴 형태를 예측할 수 있는 부착강도 모델 개발. ○ 정착장치에 의한 Fe-SMA의 보강성능 평가. - Fe-SMA의 정착장치는 콘크리트에 완벽히 구속시키기 위해 전단앵커와 정착판으로 구성. - 콘크리트와 정착판 사이의 계면에 공극을 최소화하기 위해 개발될 시멘트 매트릭스를 충전. - Fe-SMA와 정착판 사이의 높은 구속력을 확보하기 위해 적정 표면 거칠기 확보. - 정착된 Fe-SMA의 인장실험을 통해 정착장치의 사용성 검토. ○ Fe-SMA로 보강된 RC구조물의 장기재하 실험셋팅 - Fe-SMA로 보강된 4개의 RC구조물을 제작하여 1ton의 장기하중 재하 실시. - 지속하중을 받는 RC구조물의 Fe-SMA 크리프 영향 검토를 위한 계측자료 수집. - 1차년도 하반기에 실험을 시작하여 2차년도 하반기까지 총 1년간 수행될 예정. ○ 전기저항에 의해 형상회복된 Fe-SMA로 보강된 RC 구조물의 파괴 메커니즘 규명 - 비교대상체인 일반 RC구조물을 제작. - Fe-SMA의 보강개수와 정착장치 유무, 보강방법에 따른 RC 구조물을 제작. - 보강된 RC 구조물은 다음과 같은 단계로 실험을 수행. - 1단계: 전기저항 가열방법에 의한 RC구조물의 거동분석. - 2단계: 반복재하 실험을 통한 잔류변형 분석. - 3단계: 정적재하 실험을 통한 파괴 실험 ○ Fe-SMA의 장기재하 실험 종료 및 재긴장 가능성 평가 - 초기 자료 및 시간이력에 따른 계측자료를 통한 장기재하 및 피로 거동 분석. - 계측 완료된 Fe-SMA로 보강된 2개의 RC구조물의 재하실험을 수행하여 복원력 저하량 검토. - 계측 완료된 Fe-SMA로 보강된 2개의 RC구조물의 Fe-SMA를 재 |
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| 색인어 | 한글 | 형상기억합금 | 보강 | 프리스트레싱 | 시멘트 매트릭스 | 회복응력 |
| 영문 | Shape Memory Alloys | Reinforcement | Prestressing | Cement Matrix | Recovery Stress | |
| 최종보고서 | 2_최종보고서.pdf | |||||