리브(rib)가 있는 FRP 판과 콘크리트 합성보의 휨/전단파괴 균열모사에 관한 연구 (Crack-Pattern Simulation for Flexural or Shear Fracture of FRP Plank with Rib and Concrete Composite Beam)

서지정보

· 발행기관 : 한국복합신소재구조학회
· 수록지 정보 : 한국복합신소재구조학회 논문집 / 12권 / 4호 / 9 ~ 15페이지
· 저자명 : 유승운, 유준상

초록

본 연구는 재래 철근콘크리트공법의 거푸집 및 철근보강재를 FRP 판으로 대체한 개념이다. FRP판에 리브를 갖게 하여 FRP 판과 콘크리트 합성을 개선하고 거푸집의 강성증가를 유도하여 영구거푸집 및 철근보강재로 활용하는 방안이다. 본 연구는 전단경간비가 짧고 리브가 있는 FRP 판과 콘크리트 합성보의 휨/전단 파괴거동과 균열형태를 비교 분석하였다. 콘크리트의 경우 CDP 모델을 사용하였고, 외연적 비선형 유한요소해석 결과와 기존 실험결과를 정점 하중 및 균열형태에 대해 비교 분석하였다.
유효균열방향 개념을 사용하여 콘크리트 균열패턴을 시각적으로 표현하였다. 인장 등가소성변형률이 0 보다 큰 곳에서 균열이시작된다고 가정하고, 균열평면에 수직인 벡터의 방향은 최대 주소성변형률의 방향과 평행한 것으로 가정하였다. 이 방향을 콘크리트의 균열으로 생각하여 실험에서 확보한 균열형태와 비교 분석하였다. ABAQUS/Explicit 의 CDP 모델은 FRP 합성구조체의비선형 거동 및 균열형태 모사가 가능한 것으로 판단된다. 초기강성의 불일치는 리브가 있는 FRP 판과 콘크리트 사이의 미세균열 및 접착력 등의 문제로 인해 발생한 것으로 사료되며 1차 정점 하중 및 균열형태를 적절히 추적할 수 있으므로 앞으로 다양한 FRP 합성구조시스템의 거동 및 균열해석에 이용 가능할 것으로 판단되나 보다 다양한 파괴 매카니즘에 대한 지속적인 연구가 필요하다고 사료된다.

영어초록

The composite structure is a concept that replaces the traditional formwork and reinforcing bar of the conventional reinforced concrete structure with FRP(fiber reinforced polymer) planks. It is used as reinforcement material and permanent formwork. This study compared and analyzed the flexural or shear failure behavior and crack pattern of a ribbed FRP plank and concrete composite beam with a short shear span ratio. The CDP model was used in the case of concrete, and the results of the explicit nonlinear finite element analysis and the existing experimental results were compared and analyzed for the peak load and crack pattern.
The concrete crack pattern was visually expressed using the concept of effective crack direction. The crack is assumed to start where the tensile equivalent plastic strain is greater than zero, and the direction of the vector perpendicular to the crack plane is assumed to be parallel to the direction of the maximum principal plastic strain. We consider this direction as a concrete crack and compare and analyze it with the crack pattern obtained in the experiment. The CDP model of ABAQUS/Explicit can simulate the nonlinear behavior and crack pattern of the FRP and concrete composite structure. Furthermore, the discrepancy in initial stiffness is considered to be caused by problems such as microcracks and adhesion between the ribbed FRP plate and concrete. These findings can be applied in the future, but continuous research is required on more diverse fracture mechanisms.

참고자료

· 없음