에폭시 모르터로 보수한 단면손상 철근 콘크리트 보의 휨 거동

Abstract

Durability and load resisting capacity of reinforced concrete structures is decreased by structural, environmental and material factors during their age. So structural elements is frequently being repaired or strengthened. These days it takes a growing interest in repair and strengthening and a lot of study is being performed ; experimental study on material property, repair and strengthening method according to the kinds of material, construction method, structural behavior after repairing or strengthening and theoretical study proposing a design method, analytical study expecting or proving of structural behavior of elements repaired or strengthened For the study first the tension side-damaged reinforced concrete beam is repaired with epoxy mortar that is a kind of polymer proved that the interface failure does not happen. And experimental study is performed to make the structural behavior according to the repair depth and length. Then experimental result is compared with analytical result. Through this process this study aims at offering the basic data for a repair design. 1 non-repaired specimen and 6 repaired specimens that are different in repair depth and length each other are made for experimental study. Where, repair length is equivalent to 0.25, 0.50, 0.75 times of specimen length and repair depth is 0.12, 0.24 times of beam depth. 4 point loading is carried. Experimental result is analyzed in the aspects of load resisting capacity according to the section repair, change of element stiffness after repairing, crack occurrence and failure mode and interface behavior. In the case of the section layered with two different materials such as a specimen of this study, it is impossible to estimate by the theoretical function. Because of this, nonlinear finite element analysis is performed using by the program called DIANA developed by TNO. Following is the result of this study that is considering the flexural behavior experimentally and analytically after repairing the section-damaged beam with epoxy mortar. (1) Flexural load resisting capacity of repaired element is similar with that of non-repaired with a same section size. When a damage of a beam is about concrete covering, it is possible to apply nominal moment function of a standard. (2) In the case that repair depth is thin, flexural load resisting capacity does not increase. When repair depth is deep and repair length is short, that is also unchangeable and stiffness is somewhat increased. But repair length becomes longer, flexural load resisting capacity and stiffness is largely increased because the tension strength of repair material becomes bigger. (3) Repair interface behaves with mother element in one and interface failure is not occurred. (4) Failure does not occur at first in the repair material but in the concrete that the tension strength is smaller relatively and then crack is a tendency to progress or spread to the repair material. (5) If repair length and depth increases, the effect of tension strength of repair material on the structural behavior is bigger. So this should be considered when repair size is determined in the progress of repair design. (6) As a result of nonlinear finite element analysis, yield strength is somewhat lesser and stiffness is bigger than that of experimental result. In the case that repair length is longer, the difference of stiffness between the analytical and experimental behavior decreases. (7) If the tension strength increases, yield load become bigger but stiffness is constant. So this should be considered in the process of repair design. (8) Crack occurrence and failure mode is same as a whole in both experimental and analytical result. ; 철근콘크리트 구조물은 사용연한 동안 구조적, 환경적, 재료적 요인에 의해 내구성 및 내력이 저하되고, 이에 따라 구조 부재의 보수 · 보강이 필요한 경우가 많다. 최근에는 보수 · 보강에 대한 관심이 고조되면서 재료의 기본 성능, 재료별 보수 · 보강 공법의 선택방법, 시공방법, 보수 · 보강한 후의 거동 등에 대한 실험적 연구와 보수 · 보강 설계식을 제안하는 이론적 연구, 유한요소해석을 이용해 보수 · 보강 부재의 거동을 예측하거나 검증하고자 하는 해석적 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 기존의 보수재료에 따른 휨 거동 연구를 통해 계면탈락이 발생하지 않은 폴리머계 재료인 에폭시 모르터로 인장측 단면이 손상된 철근콘크리트 보를 보수하고, 보수깊이와 보수길이에 따른 구조적 거동에 대해 실험적으로 연구하였다. 그리고 그 결과를 비선형 해석결과와 비교하였다. 이를 통해 본 연구에서는 보수설계에 대한 자료를 제공하고 보수한 부재의 구조적 거동에 영향을 미치는 요소에 대해 연구하는데 그 목적이 있다. 실험적 고찰을 위해 보수를 하지 않은 1개의 기본 시험체와 보수길이와 보수깊이가 각기 다른 6개의 보수 시험체를 제작하였다. 이 때 보수길이는 시험체 순지간길이의 0.25, 0.50, 0.75 배 보수깊이는 보 깊이의 0.12, 0.24배에 해당한다. 시험체를 4점 재하하여 실험결과를 단면보수에 따른 내력, 보수 후 부재강성의 변화, 균열발생 및 파괴양상, 계면의 거동 측면에서 분석하였다. 본 연구의 시험체와 같이 단면이 물성이 다른 두 개의 재료로 적충되어 있는 경우에는 이론식에 의한 평가가 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 TNO에서 개발한 DIANA라는 프로그램을 이용해 재료적 비선형 유한요소해석을 수행하고 실험결과와 비교하였다. 에폭시 모르터로 단면 손상을 입은 보를 보수한 후의 휨 거동를 실험적, 해석적으로 고찰한 본 연구의 결과는 다음과 같다. (1) 보수에 따른 부재의 휨 내력은 동일한 단면의 기본 실험체와 비슷하며, 피복두께 정도의 손상을 입은 보를 보수할 경우, 규준에 의한 공칭모멘트 계산식을 이용할 수 있다. (2) 보수깊이가 얇은 경우, 보수길이에 관계없이 휨 내력의 증가가 없었다. 보수깊이가 깊고 보수길이가 짧은 경우도 휨 내력은 변화가 없고 강성은 다소 증가하였다. 그러나 보수길이가 길어지면 보수재료의 인장강도가 커져 휨 내력과 강성이 크게 증가하였다. (3) 보수계면은 계면파괴가 발생하지 않고 모체와 일체로 거동한다. (4) 보수재료의 고인장 성능, 보수계면의 부착강도 등으로 인해 보수재료에서 먼저 파괴가 발생하지 않고, 상대적으로 인장강도가 작은 콘크리트에서 균열이 발생, 진전되거나 보수재료로 확산되는 경향을 보인다. (5) 보수길이와 보수깊이가 증가하면 보수재료의 인장강도가 구조적 거동에 미치는 경향이 크므로 보수설계 단계에서 보수면적을 결정할 때 이를 고려해야한다. (6) 해석에 의하면 항복강도는 실험결과보다 작거나 유사하게, 강성은 크게 나타난다. 그러나 강성차는 보수길이가 길어지면 감소한다. (7) 보수재료의 인장강도가 증가하면 항복하중이 커지지만, 강성은 동일하다. 따라서 보수설계시 이 점을 고려해야 한다. (8) 실험과 해석에서의 균열발생 및 파괴양상은 전반적으로 동일하다.