Sprayed FRP로 보강된 철근콘크리트 보의 보강성능에 관한 연구

Abstract

본 연구의 주 목적은 유리 및 탄소단섬유 (chopped fiber)와 에폭시 및 비닐에스터수지 (resin)를 외기에서 혼합하여 요철이 많은 콘크리트 표면에 고속의 압찰 공기로 랜덤하게 분사하여 기존 콘크리트 구조물을 보강하는 새로운 공법, 즉 sprayed FRP 보수ㆍ보강 공법을 개발하는 것으로서, 본 연구에서는 sprayed FRP 보강을 위한 최적의 재료 물성치를 제시하고자 유리 및 탄소단섬유의 길이, 단섬유와 에폭시 및 비닐에스터수지의 배합 비율 등을 주요변수로 설정하여 재료 인장시험을 실시하였다. 또한 상기 재료 시험 결과를 바탕으로 sprayed FRP 공법을 이용하여 보강된 철근콘크리트 휨 보, 전단 보 및 손상 보의 보강 성능을 실험적 연구를 토대로 평가하였다. 그 결과, 유리 및 탄소단섬유의 길이 38 mm, 섬유와 수지의 배합 비율 1:2가 최적 물성치로 제안되었으며, sprayed FRP의 휨 및 전단 보의 보강 효과는 기존 FRP sheet와 유사한 보강 효과를 나타냈으며, 손상 보의 경우 최대 강도의 결과를 비교해보면 보강 보와 동등한 보강 효과가 나타났다. 기존 FRP 설계식의 적용 가능성을 분석해본 결과, sprayed FRP 휨실험체의 경우 기존설계식의 적용이 가능한 것으로 드러났으며, 전단실험체의 경우는 전단강도 저감계수 α=0.18이 실험값과 근접한 범위 내에서 안전 측으로 설계가 되는 것으로 사료된다.

The main purpose of this study is to develop a sprayed FRP repair and strengthening method, which is a new technique for strengthening the existing concrete structures by mixing one of the carbon or glass chopped fibers and one of the epoxy or vinyl ester resins with high-speed compressed air in open air and randomly spraying the mixture onto the concrete surface. At present, the sprayed FRP repair and strengthening method using the epoxy resin has not been fully discussed. In order to investigate the material property of the sprayed FRP, this study carried out tensile tests of the material specimens, which were changed with the combinations of various variables including the length of chopped fiber and the mixture ratio of chopped fiber and resin. These variables were set to have the equal material strength, compared with that of one layer of the FRP sheet. As a result, the optimal length of glass and carbon chopped fibers was fumed out to be 38 mm, and the optimal mixture ratio between chopped fiber and resin was also turned out to be 1 : 2 from each variable. And also, the thickness of the sprayed FRP to have the equal strength to one layer of the FRP sheet was finally calculated. In is study, a series of experiments were carried out to evaluate the strengthening effects of flexural beams, shear beams and damaged beams strengthened with the sprayed FRP method, respectively. The results revealed that the strengthening effects of the flexural and shear specimens were reasonably similar to those of the FRP sheet, and the developed Sprayed FRP technique is able to be used as a strengthening scheme of existing RC building.