변성에폭시 모르터로 단면증대된 RC보의 구조적 거동

Abstract

철근 콘크리트 건축물은 내화성, 내구성이 우수하여 반영구적으로 사용되어 왔으나 건설 단계에서의 시공상, 재료상의 원인와 구조체가 노후되어 구조물의 안전성, 내구성이 저하되기 때문에 보수·보강이 이루어지고 있다. 보수·보강기법중에 외부에 부착하는 방법과 단면증대방법이 있는데, 보강 후 전체 철근비가 최대 철근비를 넘거나, 처짐등의 변형이 심한 경우 이를 보완하고자 할 때 단면증대방법을 사용하고 있지만 이를 적용한 부재거동에 관한 연구가 미진한 편이다. 보강공법에는 다양한 재료가 쓰이나 단면증대 공법을 적용시키기 위해선 접착력이 우수하고 기존콘크리트와 거동이 유사해야하므로 변성에폭시계 재료가 쓰인다. 그러나 기성제품화 되어 있으며 제작자에 의해 보강재의 물성치가 판이하게 달라질수 있지만, 실제적으로 이를 적용한 연구가 부족하다. 본 연구에서는 에폭시의 기성제품을 이용하여 보의 단면을 증대시키고, 회사에 따라 제품의 특성이 다른 경우 보강효과, 파괴 형상 및 휨 거동에 대한 실험적으로 연구를 수행하여 이를 분석하고자 한다. 또한 유한요소 해석 프로그램인 다이아나(DIANA)를 이용하여 해석적 연구를 함으로써 거동을 분석하고, 단면증대 공법을 실질적으로 적용하는데 기초자료를 제공하는데 본 연구의 목적이 있다. 실험적 고찰을 위해 기준시험체 1개와 변성에폭시 모르터로 단면증대시키기 위한 보강 시험체 3개, 총 4개의 시험체를 제작하였다. 보강시험체는 윗면을 제외한 양옆면과 밑변을 U자형으로 4.5cm씩 증대시킨다. 이때 보강재의 물성치를 변수로 두어 보강효과, 부재 강성의 변화, 균열발생 및 파괴양상등을 분석하여 보강된 보의거동을 분석하였다. 또,DIANA라는 유한 요소 프로그램을 이용하여 재료적 비선형 유한요소해석을 수행하고 실험과 비교후 변수 연구를 수행하였다. 변성에폭시 모르터로 단면증대된 보의 구조적 거동을 실험적, 해석적으로 고찰한 본 연구의 결과는 다음과 같다. 실험에서는 보강시험체의 휨 내력은 기준시험체에 비해 약 25-50%가 향상되었고, 초기균열 발생하중이 커지면서 초기강성을 유지된다. 하중-처짐곡선은 초기균열이 발생한 후, 균열이 발생시 마다 하중이 떨어졌다 다시 올라오는 현상이 반복되는 톱니형태의 곡선을 나타내었다. 보강재의 인장강도가 클수록 보강시험체의 초기균열 발생하중, 최대하중, 인장변형능력이 점차적으로 증가한다. 실험에서 보강시험체는 초기균열발생과 함께 파괴시에는 4-5개의 큰 균열만 표면으로 나타났다. 해석결과는 실험과 유사하였으며, 보강시험체에서는 실제적으로 육안으로 확인할 수 없는 내부 콘크리트부분의 균열이 먼저 발생함 볼 수 있었다. 해석결과에 의해 모든 시험체의 하중-처짐곡선이 유사하게 나타났으며 실제 실험을 잘 예측할 수 있다. 보강시험체의 에폭시의 기여도를 보면 기준시험체에서 콘크리트가 받는 인장응력의 2-2.5배이다. 그러므로 인장측 보강이 필요시 보강재의 인장강도는 고려되어야 한다.;In recent years, the repair and retrofit of existing reinforced concrete(RC) structures have been important challenges to the architectural engineers. The primary reasons for increasing the load capacity for the higher allowable loads and restoring load capacity due to a degradation caused by corrosion and aging. The two main methods of the repair and retrofit of structural member are externally strengthened and enlarged method. Enlarged method is used when reinforcement ratio after retrofitting is larger than the maximum of that or in the case of extreme displacement. However, there are few researches about that. The material used in enlarged method should have good adhesion property, and similar to the behavior of concrete, so modified epoxy mortar systems were used in this study. The primary parameter is the material property of epoxy because various companies manufacture it. The purpose of thid study is analyzing the structural behavior after retrofitting, based on experimental and analytic study using DIANA. Finally, the effect of retrofit and the structural behavior of retrofits are researched and the available data for design is proposed in this study. In order to analyze the effect of enlarged RC beams with modified epoxy mortar systems, four beams were cast for experiments. One beam is called Control which is 24 x 29.5 x 28.0cm, the other beams sre retrofitted with epoxy systems, which are 15 x 24 x 28.0cm. After 28 days, the retrofitted beams were cast by 4.5cm thickness epoxy in the two sides and bottom of the beam section. The experimental result is analyzed in the retrofitted effect of enlarged beams; change the member stiffness after retrofitted, crack propagation and failure mode and interface behavior. Furthermore, nonlinear finite element analysis is performed by using DIANA, the finite element analyzer. Comparing with experimental solution, and carry out the parametric study. The following conclusions are based on the experimental and analytic study of the structural behavior of enlarged RC beams with modified epoxy mortar systems. In the experience, flexural load resisting capacities of retrofitted beams are increased about 25∼50% of that of Control specimen. According to the increased load occurred initial crack, constant the initial member stiffness until load of initial crack. Load-deflection curve is the shape of saw teeth, as repeated rise and fall of load caused by cracks. The resisting capacity of deformation in retrofit beams increased as split tensile strength of epoxy mortar increased. The 4-5 finest crack is occurred in surface of retrofitted beams. In analytic solution, the finest crack is similar that of the experience, and the inner crack could be saw invisible crack at the experience. As the nonlinear finite element analysis, load-deflection curve is similar to that of experimental result. The contribution of epoxy mortar in the stress field of the retrofitted beams is about twice or two and half times of concrete stress in the Control specimen. If the split tensile strength of epoxy mortar increases, the ultimate load, strain, and contribution of tensile stress become bigger. This should be considered in the process of retrofit design.