| 연구개발개요 |
● FRP 재료를 이용한 건축물 내진보강공법의 수월성- 구조엔지니어링 실무에서는 일반보강 또는 내진보강 목적으로 강판보강공법과 섬유강화폴리머(Fiber reinforced Polymer, 이하 FRP)보강공법을 광범위하게 사용하고 있음. FRP 보강공법은 강판보강에 비해 경량이고 고강도발현, 저부식성의 장점으로 현장작업 시 효율적이고 지속가능한(내구성) 보강재료로 인식되고 있음 - FRP 보강공법은 크게 외부부착공법과 표면매립형으로 나뉨. FRP 외부부착공법은 FRP 시트 또는 FRP 플레이트를 에폭시 접착제로 부재의 외부에 함침·부착하여 보강하는 공법으로 시공이 간편하므로 실무에서 가장 널리 쓰이는 보강공법임● FRP 보강공법의 주요 이슈 및 동향- FRP 보강공법은 실무에서 광범위하게 사용되고 있으나 아래와 같은 3가지 측면의 개선이 요구됨- 콘크리트 표면과 FRP 보강재의 부착파괴: 두 이질적인 재료 사이에 큰 수평전단력이 재하될 때 FRP 보강재의 끝 부분부터 벗겨지면서 부착파괴가 발생하며, 이는 FRP 보강재의 성능저하를 초래하는 대표적인 요인임(Teng et al. 2002)- FRP 보강재료의 장기적 성능 및 내구성 저하: 장기적으로 지속되는 하중을 재하받는 경우, FRP와 콘크리트 크리프 특성 차이로 인하여 콘크리트 표면에서 응력 재분배 또는 응력집중으로 인하여 크리프 유발 콘크리트-FRP 부착파괴가 발생할 수 있음(Choi et al,, 2007; Meshgin et al., 2009; Reda Taha et al., 2010)- 화재 또는 고온 노출시 FRP-콘크리트 부착성능 저하: FRP 재료의 가장 큰 약점으로 유리전이온도(Tg) 이상의 고온 노출시 재료의 상변환으로 인한 기계적 성능 저하로 보강성능 자체가 완전히 유실될 수 있음(Foster et al. 2008)
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| 최종목표 |
본 연구의 최종목표는 기존 내진보강용 FRP 공법의 화재에 대한 취약성을 극복하기 위하여 스트립형태의 FRP를 기존 부재의 표면에 보강하는 NSM-FRP 끼움형 공법과 양방향으로 직교직조된 FRP 메쉬를 기존 부재의 표면에 부착하여 매립하는 TRM-FRP 공법 PC 패널을 개발하고 실용화하는 데 있음. 이를 위한 세부 연구목표와 최종성과물은 다음과 같음 <세부 연구목표>① 연구목표 1: 내열성 및 고부착성 무기계 내화 접착 모르타르 개발 및 실증(1시간가열후부착강도: 가열전 대비 30% 이내, 1시간가열후 내열성능: 이면온도400℃, 1시간가열후질량변화율: 5%이내, 시공성능: 가사시간 5시간내외)② 연구목표 2: 기존 공법 대비 구조보강성능과 내화성능이 향상된 NSM-FRP 내진보강기술 개발(20% 구조성능개선, 30% 내화성능개선)③ 연구목표 3: TRM-FRP 패널형 PC 보강 제품 개발 <최종성과물>내화성 내진보강용 NSM-FRP 매립형 공법 및 TRM-FRP 패널형 공법과 이를 복합화한 시제품 - 기존 FRP 공법대비 화재 발생시 구조성능저하가 최소화된 공법 개발- NSM-FRP 매립형 공법(기둥의 경우 휨강도와 전단강도 개선)과 TRM-FRP 패널형 공법(기둥의 경우 구속효과와 전단강도 개선)의 내화 및 내진보강성능 검증- TRL8 기술성숙도 달성을 위하여 시작품 제작
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| 연구내용 및 범위 |
● FRP 보강용 무기계 내화 접착 모르타르 개발 ？ 국내외 무기계 내화 접착 모르타르에 대한 자료조사 ？ 원천소재별 성능비교 ？ 내열성 및 고부착성 확보를 위한 재료의 최적화● 개발 재료의 안정성 및 요구조건 확보를 위한 제반 성능 검토 ？ 실험을 통한 부착강도 및 내열성능 검토 (KSF2257-1) ？ 길이변화율 검토 및 제품의 품질 확보● 내부 매립형 FRP 내화단열보강상세 개발 ？ 시공성 및 구조성능을 고려한 내화단열 보강상세 개발 ？ 부착강도 및 내화성 향상을 위한 핵심기술 정립● 개발 상세에 대한 FRP 부착성능 및 내화성능실험？ 개발 상세에 대한 무기계 내화 접착 모르타르 의 FRP부착전단실험을 통한 보강성능 검증？ 실험결과 분석을 통한 부착강도 산정식 및 고온에 따른 강도저하 계수 제안국내외 매립보강기술 및 설계법에 대한 자료조사 및 분석 ？ 고온에 대한 FRP 특성 및 내화단열기술에 대한 자료조사 ？ 고내화성 FRP 매립보강기술 시공법 개발● 개발 TRM-FRP 패널형 부재의 내화성 실험 ？ 개발된 TRM-FRP 패널형 상세의 내화성능 검증 ？ 판형 부재에 대한 내화성 실험은 부재하므로 [KS F ISO 1182] 차용 ？ 아래의 <그림 13>에서 제시된 그림처럼 직교직조된 FRP Textile을 개발된 모르타르 사이에 함침시켜 판형으로 제작한 패널형 TRM-FRP 상세 부재의 내화성능을 확인하기 위해 KS규격에서 제시하는 내화성능 실험을 수행함. 750℃의 고온에서 20분간 가열한 후 질량 감소율이 30%이하이면 내화재료의 조건에 부합함● 개발 TRM-FRP 패널형 부재의 판부착실험 ？ 개발된 TRM-FRP 패널형 부재와 기존 콘크리트 부재와의 부착성능을 평가함 ？ 콘크리트 블록 2개의 위,아래면에 1차년도에 개발한 뿜칠용 모르타르를 뿜칠 타설한 후 개발한 TRM-FRP 상세의 패널을 부착하여 이중전단실험을 수행(그림 15) ？ TRM-FRP 상세 내화성능 분석 : 부착길이는 아래의 식(2)로 산정한 유효부착길이(Le)의 규명을 위해 Le±40mm 범위에서 다양한 변수에 대해 부착실험 실시(Chen and Teng(2001)) ？ 개발상세의 부착성능에 대한 Bayesian learning 기반 변수 영향분석 및 파괴확률과 취약도 곡선 (fragility curves) 분석 ● TRM-FRP 패널형 공법 상세 개발 ？ 선행연구의 TRM-FRP공법의 내화성능 및 피복제의 두께에 대한 자료조사 ？ 내화성이 확보된 모르타르를 적용한 TRM-FRP 상세 개발● 고온 가열에 따른 FRP 보강용 내화 접착 모르타르의 내열성 및 물리적 성능확보● 개발제품의 현장시공의 용이성을 고려한 성능 개선● 개발 기술의 구조부재 휨 및 전단보강성능 검증실험● 고온조건을 반영한 휨 보강설계 프로세스 제안 ● 기존기술의 휨 및 전단보강철차와 개발기술의 시공절차 분석● TRM-FRP PC제품 적용 기둥부재 구조성능 검증 ● TRM-FRP PC제품 상세의 고온노출 후 부착강도 검증 ● TRM-FRP PC제품 적용 기둥부재의 고온노출 후 구조성능 유지 검증● 개발공법의 장기 판부착성능 검증 ● TRM-FRP 공법 적용 PC제품 상세 개발 및 시공법 개발 ● 기둥 보강시 보강상세 개발 및 구조성능 검증실험● 개발기술의 고온조건을 고려한 보강설계법 완성● 기둥보강상세에 대한 개발기술의 시공절차 완성 및 현장검증● 개발공법의 장기 판부착성능 검증 ● PC패널 시제품 개발 및 설계법 전산화● 특허출원 및 사업화
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