섬유 보강재로 외부 보강된 강섬유 보강 콘크리트 슬래브의 충격 저항 성능 평가 (Evaluating Impact Resistance of Externally Strengthened Steel Fiber Reinforced Concrete Slab with Fiber Reinforced Polymers)

서지정보

· 발행기관 : 한국콘크리트학회
· 수록지 정보 : 콘크리트학회 논문집 / 24권 / 3호 / 293 ~ 303페이지
· 저자명 : 류두열, 민경환, 이진영, 윤영수

초록

최근 건설기술의 발전에 따라 구조물이 대형화, 고층화, 장대화 되고 있으며, 동시에 다양한 기능을 수행하고 있다. 그러나 요즘 들어 그 빈도수가 증가하고 있는 충돌 사고나 테러에 의한 폭발, 화재 등에 의한 극한하중이 상기의 구조물에 작용할 경우, 구조물의 손상뿐만 아니라 인명과 재산의 피해 정도가 상당히 커질 수 있다. 특히, 충격이나 폭발하중은 구조물에 작용하는 압력 또는 하중이 매우 짧은 시간에 발생하게 되고, 이러한 하중을 받는 구조물은 준-정적(quasi-static) 하중을 받는 구조물과는 다른 응답을 나타내게 되며 반드시 변형률 속도와 손상 효과를 고려해서 설계가 이루어져야 한다. 그러므로 본 연구에서는 콘크리트 슬래브의 충격 저항 성능 향상을 위해서 강섬유를 전체 부피의 0%에서 1.5%까지 혼입하고, 두 가지 종류의 FRP 시트를 인장부에 보강하여 저속 충격하중에서의 휨 실험을 수행하였다. 실험결과 FRP 시트를 인장부에 보강 할 경우에 최대 충격 하중 및 소산에너지, 파괴 시의 타격회수가 증가하였으며, 최대 처짐 및 회전각은 감소하여 충격 저항 성능이 크게 향상되는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 추후 극한하중에 노출될 수 있는 주요 시설물의 설계 시 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 본 논문에서는 두 가지 종류의 FRP 시트로 보강된 강섬유 보강 콘크리트 슬래브의 저속 충격하중에서의 동적응답을 해석하기 위하여 외연적 시간적분에 기초한 유한요소해석 프로그램인 LS-DYNA를 사용하였으며, 해석결과 오차율 5% 이내로 비교적 정확하게 최대 처짐을 예측하는 것으로 나타났다.

영어초록

Recently, as construction technology is improved, concrete structures not only become lager, higher and longer, but also perform various functions. However, if extreme loads such as impact, blast and fire are applied to those structures, it causes severe property damages coincide with casualties. Especially, the structural responses by such extreme loads are totally different with those under a quasi-static load, because large pressure is applied to structures by impact and blast loads in a very short time. The strain rate effect and damage levels, therefore, should be considered when concrete structure is designed. Accordingly, in this study, to improve impact resistances, the low velocity impact loading test of steel fiber reinforced concrete (SFRC) slabs including 0%∼1.5% (by volume) of steel fibers, and strengthened with two types of FRP sheets was performed. From the test results, the maximum impact load, dissipated energy and the number of drop to failure were increased, whereas the maximum displacement and support rotation were reduced by strengthening SFRC slab with FRP sheets in tensile zone. Therefore, it can be noticed that the impact resistance of concrete slab can be substantially improved by externally strengthening the FRP sheets. This result can be useful to design the primary facilities exposed to such extreme loads. The dynamic responses of SFRC slab strengthened with FRP sheets under low velocity impact load were also analyzed using LS-DYNA, which is based on the explicit time integration scheme, and the analytical results were within 5% of error in comparison with the measured maximum displacements.

참고자료

· 없음