상용프로그램용 Subroutine 부착모델을 이용한 동결융해에 의한 FRP-콘크리트 부착-슬립 거동에 대한 해석적 평가

정우영,김남정,Jung. Woo Young,Kim. Nam Jung 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.1

본 연구는 FRP 휨 부착 보강공법을 적용한 콘크리트 구조물에 대하여 부착경계면의 동결융해에 의한 장기부착특성과 이들 부착에 따른 전체구조물의 거동을 조사하기 위한 해석적 연구로서 기존 연구에서 제안된 여러 가지 비선형 부착-슬립 거동특성을 바탕으로 수치해석용 비선형 부착-슬립 Subroutine을 제안하였다. 제안된 상용해석용 수치모델의 타당성 검증을 위하여 기존 검증된 역학적 모델식에서 산출된 값들과 그 결과를 비교하였으며 이를 통하여 실제 부착구조물에 휨 보강부착 시 전체구조물의 구조해석 및 거동평가를 수행하였다. 본 연구의 해석결과에서 제시된 동결융해에 따른 부착경계면의 거동의 경우 부착면의 부착력 저하로 인하여 최대부착응력과 FRP 표면응력이 점차적으로 감소함을 알 수 있었고 이로 인한 허용부착하중 또한 감소하는 것으로 예측되었다. 이는 동결융해에 따른 보강효과 감소를 의미하는 것으로서 향후 보다 정확한 거동분석을 위한 실험적 연구와 병행하여 수행될 필요성이 있을 것으로 판단된다. This research presents an analytical evaluation of the long-term bonding behavior at the interface between concrete and FRP under freeze-thaw environments and overall structural performance in the RC structure reinforced by FRP. To predict overall structural performance of the structure, a nonlinear bond-slip subroutine is proposed and verified for its availability with comparison of the previous experimental results. Finally, analytical results indicate that the maximum stress of the interface and the surface stress on the FRP skin plate were reduced gradually under freeze-thaw environments. It is evidence that the bonding capacity at the interface between concrete and FRP may be decreased as the exposure for the freeze-thaw environments is increased. To make more accurate results, more advanced works for analytical subroutine are performed and experimental results will be compared and discussed in the future.

아라미드 FRP 스트립과 강판 사이의 계면 부착응력에 관한 실험적 연구

박재우,류재용,최성모,Park, Jai Woo,Ryoo, Jae Yong,Choi, Sung Mo 한국강구조학회 2015 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.27 No.4

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. This paper presents the experimental results for the interfacial bond behaviour between AFRP strip and steel members. The objective of this paper is to examine the interfacial behavior and to evaluate the interfacial bond stress between Aramid FRP strips and steel plates. The test variables were bond length and AFRP thickness. 18 specimens were fabricated and one-face shear type bond tests were conducted in this study. There were two types of failure mode which were debonding and delamination between AFRP strip and steel plates. From the test, the load was increased with the increasing of bond length and AFRP thickness, which was observed that maximum increase of 63 and 86% were also achieved in load with the increasing of bond length and AFRP thickness, respectively. Finally, bond and slip characteristics had the elastic bond-slip model and it was observed that bond strength and fracture energy were not affected by bond length and AFRP thickness.

비부착 프리스트레스트 CFRP 판으로 보강된 콘크리트 거더의 비선형 해석

최규천(Choi Kyu-Chon),이재석(Lee Jae Seok) 대한토목학회 2010 대한토목학회논문집 A Vol.30 No.6A

이 논문에서는 비부착 프리스트레스트 CFRP 판으로 보강된 콘크리트 거더의 비선형 휨거동에 대한 해석방법을 제시하였다. 비부착 프리스트레스트 CFRP 판으로 보강된 콘크리트 거더는 CFRP 판의 슬립(slip)으로 인해 인장력이 재분배되어 CFRP 판이 콘크리트에 부착된 경우에 비해 복잡한 비선형 거동을 보이게 된다. 따라서 이 논문에서는 비부착 프리스트레스트 CFRP 판을 여러 개의 곡선 요소로 모사하고, 화이버 뼈대요소의 각 절점에서 힘의 평형 관계를 이용하여 CFRP 판의 인장력을 재분배함으로써 슬립효과를 고려하였다. 이 논문에서 제시한 해석방법을 비부착 프리스트레스트 CFRP 판으로 보강된 콘크리트 보의 해석에 적용하여 해석방법의 정당성을 확인하였다. 또한 비부착 CFRP 판의 보강시점과 보강 전후에 발생한 콘크리트의 시간의존적 변형은 보의 처짐 거동에는 영향을 미치나 극한내력에는 영향을미치지 않음을 확인하였고, 비부착 CFRP 판으로 보강하기 전에 발생한 콘크리트의 균열유무도 비부착 CFRP 판으로 보강한 후의 보의 극한거동에는 거의 영향을 미치지 않음을 확인하였다. A study for the nonlinear analysis method of flexural behavior of concrete girders strengthened with unbonded prestressed CFRP plates is presented. The concrete girders strengthened with un bonded prestressed CFRP plates exhibit more complex nonlinear behavior due to the slip between the concrete girder and the CFRP plates than the case of bonded CFRP plates. The unbonded CFRP plate is modeled as an assemblage of the curved elements both ends of which are rigidly linked to the nodes of fibered frame elements. The slip effect of the unbonded CFRP plate is taken into account using the force equilibrium relationship at each node. To evaluate the validity and the capability of the proposed analysis method, the ultimate analysis results of the concrete beams strengthened with unbonded prestressed CFRP plate are compared with the experimental results obtained from other investigators. The proposed analysis method is found to predict ultimate behaviors of these beams fairly well. Additionally the time-dependent deformations of the concrete beam seems to have little influence on the ultimate behaviors of concrete beams strengthened with un bonded prestressed CFRP plate, and the cracks of the concrete beam which occurred before strengthening it with CFRP plate are found to have almost no influence on the ultimate capacity of the beam.

부착-슬립을 고려한 철근콘크리트 접합부의 이력 손상 모델 개발

김도연(Kim Do-Yeon),최인길(Choi In-Kil) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 A Vol.28 No.4A

이 논문에서는 철근과 콘크리트 사이의 부착-슬립을 실제적으로 고려한 철근콘크리트 접합부의 이력 손상 모텔을 제안하였다. 슬립을 가시화하기 위해 콘크리트와 철근의 변위장이 서로 다른 프레임 요소를 개발하였다. 파이버 단면 개념으로부터 콘크리트, 철근 그리고 부착에 대한 적합방정식을 정의하였다. 부분적인 제하 및 재재하 상태를 고려하기 위해 철근 이력곡선의 수정이 이루어졌다. 단조증가 상태의 국부적 부착응력-슬립 관계는 손상 계수에 따라 슬립이 역전될 때마다 갱신하였다. 구속된 콘크리트에 매입된 철근 시험체와 기초에 정착된 철근콘크리트 기둥 시험체, 그리고 보-기둥 부재의 수치해석을 통해 모델의 정확성을 검증하였고, 부착-슬립 효과를 고려함으로써 하중 이력에 따른 에너지 소산 정도를 평가할 수 있었다. This paper presents a hysteretic damage model for reinforced concrete (RC) joints that explicitly accounts for the bond-slip between the reinforcing bars and the surrounding concrete. A frame element whose displacement fields for the concrete and the reinforcing bars are different to permit slip is developed. From the fiber section concept, compatibility equations for concrete, rebar, and bond are defined. Modification of the hysteretic stress-strain curve of steel is conducted for partial unloading and reloading conditions. Local bond stress-slip relations for monotonic loads are updated at each slip reversal according to the damage factor. The numerical applications of the reinforcing bar embedded in the confined concrete block, the RC column anchored in the foundation, and the RC beam-column subassemblage validate the model accuracy and show how including the effects of bond-slip leads to a good assessment of the amount of energy dissipation during loading histories.

철근 부식을 고려한 철근콘크리트 구조물의 피로 : 부착거동에 관한 실험적 연구

최승원(Choi Seung Won),정하태(Jung Ha Tae),김지상(Kim Zi Sang),장승필(Chang Sung Pil) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 A Vol.27 No.4A

일반적인 철근콘크리트 구조물은 실제로 철근부식과 피로하중을 동시에 받고 있는 경우가 많다. 따라서 본 연구에서는 철근부식과 피로하중에 따른 부착거동 특성을 파악하고자 하였다. 이를 위해 철근부식률, 응력수준을 주요 변수로 한 철근콘크리트 실험체를 제작하여 인발실험을 수행하였다. 본 연구의 결과, 철근 부식에 의해 실험체에 균열이 발생하기 전까지 단조하중하의 최대부착강도는 증가하고, 이에 대응하는 슬립량은 감소하였다. 또한, 0% 부식률에 대한 최대단조하중을 기준으로 응력수준을 산정한 경우, 철근 부식률이 증가함에 따라 피로수명은 증가하였다. 그러나 철근 부식에 의한 균열이 발생하면 최대부착강도 및 이에 대응하는 슬립량은 크게 감소하였고, 피로저항성도 큰 폭으로 상실되는 것으로 나타났다. 그러나 부식률에 관계없이 피로하중하에서의 파괴시 슬립량(S1)은 단조하중하에서의 슬립량과 거의 일치하였다. 이러한 실험결과를 바탕으로하여 0% 철근 부식률을 기준으로 하여 균열발생 이전까지의 S-N 곡선을 예측하여 제시하였다. It is more realistic that steel corrosion and fatigue loading act on reinforced concrete structures simultaneously. So, this study focuses on the bond-slip behavior under fatigue loading and reinforcement corrosion state. The main variables are reinforcement corrosion rate and level of stress. From the results of this study, until it occurs crack, a maximum bond strength increases and corresponding slip decreases with steel corrosion under monotonic loading. And as the level of stress is estimated on maximum monotonic load based on 0% steel corrosion rate, the fatigue life increases with steel corrosion rate. But after it occurs crack, maximum bond strength and corresponding slip decrease and the fatigue resistance almost loses But a slip at failure under fatigue loading is almost same one under monotonic loading Based on results of this study, a S-N curve is suggested with base on 0% corrosion rate until it occurs crack.

CFT 기둥의 비선형 유한요소해석을 위한 개선된 강관-콘크리트 간 부착 모델 개발

권양수,곽효경,황주영,김진국,김종민,Kwon, Yangsu,Kwak, Hyo-Gyoung,Hwang, Ju-Young,Kim, Jin-Kook,Kim, Jong-Min 한국전산구조공학회 2015 한국전산구조공학회논문집 Vol.28 No.2

본 논문에서는 CFT 구조의 강관과 내부 충전 콘크리트 간 복합거동을 유한요소해석 시 적절하게 반영하기 위해 강관과 콘크리트 간 부착 슬립관계 묘사를 위한 알고리즘을 제시하였다. 내부 충전 콘크리트에 축방향 하중 발생 시, 강관과 콘크리트 간 마찰로 인해 강관으로 하중이 전달되며, 이에 따른 강관 슬립량과 힘의 평형관계를 통해 등가강성을 통해 부착관계를 파악할 수 있다. 실제 원형 CFT 부재의 부착응력 실험을 통해 측정된 수직 및 수평 방향 응력 분포 결과와 제안된 해석 기법을 통해 산정된 응력 분포의 비교를 통해 제안된 해석 기법의 타당성을 검증하였다. 또한 비선형 유한요소해석 시 강관과 콘크리트의 부착 거동 묘사에 따라 CFT 기둥의 거동 특성에 영향을 미치게 되므로 축방향 하중이 작용하는 CFT 부재 실험 결과와 제안된 부착-슬립 모델을 반영한 유한요소해석 결과의 하중-변위 곡선 관계 비교를 통해 제안된 기법의 적합성을 검증하였다. CFT column has a lot of structural advantages due to the composite behavior between in-filled concrete and steel tube. This paper deals with the development of an effective numerical model which can consider the bond-slip behavior between both components of concrete matrix and steel tube without taking double nodes. Since the applied axial load to in-filled concrete matrix is delivered to steel tube by the confinement effect and the friction, the governing equation related to the slip behavior can be constructed on the basis of the force equilibrium and the compatability conditions. In advance, the force and displacement relations between adjacent two nodes make it possible to express the slip behavior with the concrete nodes only. This model results in significant savings in the numerical modeling of CFT columns to take into account the effect of bond-slip. Finally, correlation studies between numerical results and experimental data are conducted to verifying the efficiency of the introduced numerical model.

적층단면법에 의한 철근콘크리트 보 해석에서의 부착슬립효과

김진국,곽효경,Kim Jin-Kook,Kwak Hyo-Gyoung 한국전산구조공학회 2006 한국전산구조공학회논문집 Vol.19 No.1

이 논문에서는 적층단면법에 기초하여 단조하중 또는 반복하중을 받는 철근콘크리트 보 및 기둥 부재의 비선형 해석모델이 제안되었다. 완전부착 가정을 토대로 하고 있는 적층단면법은 콘크리트와 철근 사이의 부착슬럽 거동을 고려하지 못한다는 고전적 비선형 해석법과는 달리, 균열 발생시 철근을 따라 발생되는 부착슬립 거동을 힘의 평형관계와 변위의 적합조건으로 정량화하고, 그 결과로부터 철근의 강성을 보정해줌으로써 반영하도록 하였다. 이는 적층단면법에서 추가 자유도(double node)를 도입하지 않고 부착슬립효과를 고려할 수 있다는데 그 의의를 둘 수 있을 것이다. 나아가 제안된 방법에 의한 해석결과와 실험결과와의 비교를 통해, 제안된 방법은 부착슬립 거동에 의한 강성저하(stiffness degradation)를 동반하는 철근콘크리트 보 및 기둥 부재의 균열거동을 효과적으로 고려할 수 있음을 검증하였다 An analytical procedure to analyze reinforced concrete(RC) beams and columns subject to monotonic and cyclic loadings is proposed on the basis of the layered section method. In contrast to the classical nonlinear approaches adopting the perfect bond assumption, the bond slip effect along the reinforcing bar is quantified with the force equilibrium and compatibility condition at the post cracking stage and its contribution is implemented into the reinforcing. The advantage of the proposed analytical procedure, therefore, will be on the consideration of the bond slip effect while using the classical layered section method without additional consideration such as taking the double nodes. Through correlation studies between experimental data and analytical results, it Is verified that the proposed analytical procedure can effectively simulate the cracking behavior of RC beams and columns accompanying the stiffness degradation caused by the bond slip.

부식 수준 및 균열폭에 따른 부식된 철근과 콘크리트 계면의 부착-미끄러짐 거동

조상현,기성훈,이정재,이창계 한국구조물진단유지관리공학회 2023 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.27 No.1

In this paper, the effect of corrosion level and crack width on the cohesive strength-slip behavior of corroded steel rebar and concrete interfaceis conducted. The existing studies mainly focus on the decrease in bond strength with respect to the level of corrosion; there are, however, few studieson the decrease in cohesive strength according to the crack width of the concrete surface due to corrosion. Therefore, in this study, a series of testsfor the cohesive strength, slip behavior and mass loss of the reinforcing bar is evaluated at the surface of corroded rebar and concrete. It is found thatthe tendency to decrease the bond strength is closely related to the crack width rather than the corrosion level. Hence, to determine the degradationperformance for the bond strength-slip behavior relation, the occurrence of cracks on the concrete surface can be a suitable index. 본 논문에서는 부식된 철근과 콘크리트 계면의 부착강도-슬립거동에 있어 부식수준 및 균열폭의 영향에 대한 연구를 수행하였다. 기존의 연구는 주로 부식수준에 따른 부착강도 저하에 초점을 맞추고 있으나 부식에 의한 콘크리트 표면 균열폭에 따른 부착강도 저하에 관한연구는 매우 적다. 따라서 본 연구에서는 부식된 철근과 콘크리트 접합부의 부착강도, 슬립 거동 및 철근의 질량손실 등을 평가하고 균열폭 대비 접합성능을 확인하기 인발시험을 실시하였다. 그 결과로 표면 균열폭에 따른 접착강도 저하의 경향성이 부식수준에 따른 경향성보다 균등하게 나타났다. 따라서 부식수준에 비해 콘크리트 표면 균열 발생 여부가 부착강도-슬립거동 관계의 성능저하를 판단하기에 적합한 것으로 판단된다.

부착슬립을 고려한 철근콘크리트 구조체의 비선형 거동해석

곽효경(Kwak Hyo-Gyoung),나채국(Na Chaekuk) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 A Vol.27 No.3A

This study introduces a numerical model that can simulate the nonlinear behavior of reinforced concrete (RC) structures subject to monotonic loading. Based on the force equilibrium and strain compatibility conditions, a criterion to consider the ten?sion-stiffening effect is proposed using the concept of average stresses and strains. To avoid defining the relation between shear stress and shear strain, a distributed steel model based on the rotating crack model is used to describe the crack angle according to crack propagation. In particular, the bond-slip behavior of embedded reinforcing bars, dominantly developed with the occurrence of cracking at the end face in a beam or column, is taken into account by defining the relation between the steel stress and bond-slip. The consideration of the bond-slip effect makes it possible to precisely simulate the cracking behavior of shear dominant and/or axial loaded RC structures, as these structures accompany a large amount of slip behavior with an increase in nonlinear deformation. Finally, correlation studies between analytical results and experimental studies are conducted to establish the validity of the proposed boundary spring element model. 이 논문에서는 단조증가 하중에 대하여 철근콘크리트 구조체의 비선형 거통 해석 모델을 소개하고 있다. 힘의 평형과 변형률 접합조건에 따라 평균응력과 평균변형률 개념을 사용하여 인장강화효과(tension-stiffening effect)를 고려한 규준을 제안하였다. 회전균열모델을 사용함으로써 불필요한 전단응력과 전단변형률 관계의 정의를 피하였고, 균열의 진전에 따른 균열각을 모사하기 위해 분포철근모델을 사용하였다. 특히, 보나 기둥의 끝 단에서 주로 발생하게 되는 균열에 의한 배근된 철근의 부칙슬립 효과는 철근응력과 부칙슬립과의 관계를 정의함으로써 고려하였다. 철근콘크리트 구조체가 비선형 변형이 증가하여 많은 슬립이 발생하기 때문에, 전단이 주로 발생하거나 축력을 받는 철근콘크리트 구조체의 균열 거동은 부착슬립 효과를 고려함으로써 정확하게 모사할 수 있다. 이 논문에서는 제안된 경계 스프링 요소(boundary spring element) 모델의 정확성을 검증하기 위하여 해석적 결과와 실험적 결과를 비교하여 평가하였다.

영구거푸집으로 활용한 탄소섬유 FRP 판과 DFRCC 사이의 부착응력에 관한 실험적 연구

박찬영,유승운,Park, Chan-Young,Yoo, Seung-Woon 대한토목학회 2014 대한토목학회논문집 Vol.34 No.6

최근 들어 탄소섬유 FRP가 보수/보강재로 많이 활용되고 있다. 본 연구에서는 탄소섬유 FRP 판을 영구 거푸집으로 활용하여 새로운 콘크리트 교량 바닥판 시스템을 개발하기 위하여 CFRP판과 고인성 섬유보강 콘크리트 사이의 부착성능에 대한 평가를 실시하였다. 현장타설 콘크리트와 CFRP 간에 부착을 높이기 위하여 시중에 유통되는 에폭시를 사용하여 규사를 부착하였다. 일반콘크리트의 부착응력은 2.11~5.43MPa으로 나타났고, 고인성 섬유보강 콘크리트인 DC1 (RF4000)과 DC2 (PP)의 부착응력은 각각 3.91~5.60MPa, 2.92~5.21MPa이며, DC3 (RF4000+RSC15)의 부착응력은 4.80~5.58MPa, DC4 (PP+RSC15)의 평균 부착응력은 5.57~5.89MPa으로 나타났다. Recently FRP of carbon fibers is utilized as a repairing and reinforcing material for concrete structures. In this study, the bond performance between CFRP planks and ductile fiber reinforced cementitious composites was evaluated in order to develop a new system of concrete bridge deck to take advantage of the FRP planks of carbon fiber using as a permanent formwork. In order to strengthen the bonding between the FRP and cast-in-place concrete, an epoxy resin circulated in the market generally was fitted with a silica sand. The bond stress of ordinary concrete appeared in 2.11~5.43MPa and the bond stress of ductile fiber reinforced cementitious composites DC1 (RF4000) and DC2 (PP) respectively were 3.91~5.60MPa, 2.92~5.21MPa and the average bond stress of DC3 (RF4000+RSC15) and DC4 (PP+RSC15) were 4.80~5.58MPa, 5.57~5.89MPa.