KR100451903B1 - Method for Repairing and Strengthening of Prestressed Concrete Beams - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 콘크리트 표면을 고르게 형성시키는 단계; 수지를 상기 표면에 도포하는 단계: 수지를 탄소섬유 쉬트를 도포하는 단계; 상기 수지가 도포된 콘크리트 표면에 상기 수지가 도포된 쉬트를 부착시키는 단계; 및 쉬트가 부착된 콘크리트를 양생하는 단계;를 거치는 노화 프리스트레스트 콘크리트 휨부재의 보강방법에 관한 것이다.The present invention comprises the steps of uniformly forming a concrete surface; Applying a resin to the surface: applying the resin to a carbon fiber sheet; Attaching the resin-coated sheet to a surface of the resin-coated concrete; And curing the concrete to which the sheet is attached.
본 발명에 의해 노화된 프리스트레스트 콘크리트 휨부재를 안정적이고 효과적으로 보수·보강 할 수 있게 된다.The present invention can stably and effectively repair and reinforce the aged prestressed concrete flexural member.
Description
본 발명은 콘크리트 구조물의 보수, 보강방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 노후화된 프리스트레스트 콘크리트(prestressed concrete) 휨부재를 저렴하면서도 효과적으로 보수·보강하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for repairing and reinforcing concrete structures, and more particularly, to a method for repairing and reinforcing an aging prestressed concrete bending member at low cost and effectively.
사회의 성장과 인구수의 증가로 인하여 사회기반시설물은 더욱 더 중요한 사회적 역할을 차지하게 되었다. 하지만 각 도시의 공간은 한정되어 있으므로 그 공간을 효율적으로 사용하는 것이 매우 중요하기 때문에 건축물들이 고층화, 대형화되었다. 건축물들이 고층화, 대형화됨에 따라 건축물을 이루는 구조물들은 보다 큰 응력에도 견딜 수 있는 내구성(耐久性)이 요구되었다. 나아가 공간의 효율적 사용을 위해 구조물의 거대화를 피하고 새로운 부재와 공법을 이용한 실용적인 시설물을 건설하고자 하는 노력이 있어왔다.The growth of society and the increase in population have made infrastructure more and more important. However, because the space of each city is limited, it is very important to use the space efficiently, so the buildings have become high and large. As buildings are getting higher and larger, the structures that make up the buildings are required to be able to withstand even greater stresses. In addition, efforts have been made to avoid the size of structures and to build practical facilities using new members and construction methods for efficient use of space.
이러한 노력의 한 결과로서, 80년대 초반부터 프리스트레스트 콘크리트(prestressed concrete : 이하 통상 사용하는 "프리스트레스트 콘크리트" 또는 "PSC"라 함) 공법을 적용한 건축물과 시설물이 증가하였다.As a result of these efforts, buildings and facilities using prestressed concrete (hereinafter referred to as "prestressed concrete" or "PSC") methods have increased since the early 80s.
프리스트레스트 콘크리트란 인장강도가 현저하게 낮은 콘크리트의 특성 때문에, 인장응력이 생기는 부분에 미리 압축 프리스트레스를 주어 콘크리트의 인장강도를 겉보기로 증가시키도록 한 것이다. 이 원리를 인장측에 사용하면 보의 겉보기 휨 강도를 증가시킬 수 있다.Prestressed concrete is designed to increase the tensile strength of concrete by giving compressive prestress to the part where tensile stress occurs because of the characteristics of concrete with a significantly lower tensile strength. Using this principle on the tension side can increase the apparent flexural strength of the beam.
프리스트레스트 콘크리트 기법은 건설부재의 크기를 최대한으로 축소하면서도 구조물의 안전성을 유지할 수 있다는 것이 큰 장점이다.Prestressed concrete technique has the great advantage that it can maintain the safety of the structure while reducing the size of the construction member to the maximum.
그러나 프리스트레스트 콘크리트는 강도가 높은 콘크리트를 사용하여 제작하므로 그 특성상 유지관리에 많은 어려움이 발생된다. 예를 들어 균열 발생율이 높고, 건조수축에 따른 변형이 심하며, 크리프(creep)의 영향을 보통의 콘크리트에서 보다 심각하게 받는다.However, because the prestressed concrete is made of high-strength concrete, it is difficult to maintain due to its characteristics. For example, crack incidence is high, deformation due to dry shrinkage is severe, and creep is more severely affected by ordinary concrete.
특히 한국의 경우, 프리스트레스트 콘크리트 공법에 의한 구조물의 수명이 20년에 가까워지는 상황이므로 유지관리의 문제점들을 해결할 방법론이 절실히 요구되고 있다.Especially in Korea, since the life span of the structure by the prestressed concrete method is approaching 20 years, there is an urgent need for a methodology to solve the problems of maintenance.
현재 프리스트레스트 콘크리트 휨부재에 쓰여지는 여러 가지 보강 방법들은 PSC가 아닌 보통강도 콘크리트 휨부재들에 사용하는 것을 그대로 사용하고 있기 때문에 물리적 특성이 상이한 PCS에는 적합하지 않을 뿐 아니라 안전성과 실용성 측면에서 미흡한 점이 있다. 예를 들어 기존의 보수·보강 복합재료로는 탄소섬유시트를 사용하였고, 여러 프라이들을 Epoxy를 발라 overlay하는 공법을 많이 사용하였다. 하지만 탄소섬유시트는 그 재료 자체가 매우 취성적이므로 보수·보강 이후 많은 문제들이 발생한다. Matrix 와 fiber간의 국소화된 좌굴이나 전단균열과 같은 문제들이 재료내에서 발생한다는 것을 현장에서나 연구를 통해 알려져 있으며 조금 더 연성적인 보수·보강 복합재료를 사용할 필요성이 증대되었다. Overlay 보수·보강 공법은 현장에서 사용하기에는 매우 간편하고 실용적이지만 재료의 강도는 복합재료의 강도보다 Epoxy 풀의 강도에 좌우되기 때문에 보강된 재료의 내구성이 떨어지는 단점이 있다. 따라서 종래 보강기법은 PSC의 보수·보강에 적합하지 않은 측면이 있다. 그러나 Precast 복합재료 보강공법의 장점은 보강 복합재료의 프라이를 Epoxy를 사용하여 여러 차례 부착할 필요가 없으므로 Epoxy와 복합재료 프라이사이의 경계면(interface 또는 discontinuity)에서 발생할 수 있는 문제들을 제거한다는 것이다. 그래서 Epoxy를 한번에 부착하여 사용한 precast 복합재료 보강부재 공법은 overlay 보수 ·보강 공법과 비교하여 검증될 필요가 있다.Currently, many reinforcement methods used for prestressed concrete flexural members are used for ordinary strength concrete flexural members, not PSCs. Therefore, they are not suitable for PCS with different physical characteristics, and are not suitable for safety and practicality. have. For example, carbon fiber sheet was used as a conventional repair and reinforcement composite material, and many frying methods were overlayed with epoxy. However, the carbon fiber sheet itself is very brittle, so many problems occur after repair and reinforcement. Problems such as localized buckling and shear cracking between the matrix and the fiber occur in the field and have been studied in the field and have increased the need for more ductile repair and reinforcement composites. Overlay repair and reinforcement is very easy and practical to use in the field, but the strength of the material is less dependent on the strength of the epoxy paste than the strength of the composite material. Therefore, conventional reinforcement techniques are not suitable for repairing and reinforcing PSC. However, the advantage of the precast composite reinforcement method is that the fry of the reinforced composite material does not need to be attached several times with Epoxy, eliminating problems that may occur at the interface or discontinuity between the epoxy and composite fryers. Therefore, the precast composite reinforcement method using epoxy at one time needs to be verified compared with overlay repair and reinforcement method.
보통 강도의 콘크리트 부재는 강도가 150∼300kgf/cm2의 콘크리트를 철근으로 보강하여 만들어 진다.Normal strength concrete members are made by reinforcing steel with a strength of 150 to 300 kgf / cm 2 .
그러므로, 균열 발생이 단계별로 이루어지며 부재의 파괴나 최후의 구조물의 붕괴는 발생된 미세 균열들이 전파되어 거시적인 균열로 성장하여 발생하는 것이다. 그러므로 보통 콘크리트 부재의 보수·보강에서는 파괴과정에 시간의 여유가 있으며 보강재 자체가 강도 확보나 거동 변형률 확보에는 필요하지 않다. 오로지 균열의 발생을 저하하고 거시적인 균열이 발생한 경우, 이 균열의 성능을 저하시키는 역할을 해줌으로써 보통 콘크리트 부재의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한 균열이 발생한 후 재료의 경계면에 응력을 전달시킬 수 있는 능력이 필요한 것이다.Therefore, the cracks are generated in stages and the destruction of the member or the final collapse of the structure is caused by the propagation of the micro cracks generated by the growth of macroscopic cracks. Therefore, usually in the repair and reinforcement of concrete members, there is time for breakdown process, and the reinforcement itself is not necessary for securing strength or behavior strain. It is possible to extend the life of a concrete member by reducing the occurrence of cracks and, in the case of macroscopic cracks, by degrading the performance of these cracks. It also requires the ability to transfer stress to the material interface after a crack has occurred.
하지만 고강도 콘크리트 부재나 PSC 부재에는 콘크리트 강도가 300kgf/cm2이상되는 것을 사용함으로 부재의 파괴 메카니즘은 매우 취성적인 특성을 나타낸다. 취성적인 파괴란 균열이 갑작스럽게 발생하고 균열 자체가 거시적인 것이므로 구조물의 붕괴는 인명피해와 경제적 손실에 큰 문제가 된다. 그러므로 취성적인 파괴를 나타내는 부재에는 보강재료 자체가 강도를 확보해야 하며 또한 구조물의 최후 붕괴 위험성을 저하 시킬 수 있는 큰 변형율 특성을 갖추어야 한다. 그 이유는 거시화된 균열은 균열 폭과 길이가 빠른 속도로 성장하므로 보강 재료 자체가 콘크리트와 일체적인 거동을 이루어서 균열의 폭과 길이가 증가하는 속도를 최대한으로 저하시킬 수 있어야 하기 때문이다.However, the high strength concrete member or PSC member uses a concrete strength of 300kgf / cm 2 or more, the failure mechanism of the member exhibits very brittle characteristics. Brittle fracture is a sudden occurrence of cracks and the crack itself is macroscopic, so the collapse of the structure is a major problem for human injury and economic loss. Therefore, the members exhibiting brittle fracture must have strength of the reinforcing material itself and have a large strain characteristic that can reduce the risk of ultimate collapse of the structure. The reason is that the macroscopic cracks grow at a rapid rate of crack width and length, so that the reinforcing material itself must be able to achieve an integral behavior with the concrete to slow down the rate at which the crack width and length increase.
이러한 PSC 부재에서는 붕괴 또는 파괴과정에서 시간적 여유가 없으므로 보강재 자체가 시간적 여유를 확보하는 것이 가장 중요한 점이다.In this PSC member, it is most important that the reinforcement itself has a time margin because there is no time margin during collapse or destruction.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 보다 상세하게는 프리스트레스트 콘크리트 휨부재에 적합한 보수·보강방법을 제공하여 프리스트레스트 콘크리트 휨부재의 수명연장과 안전성을 확보하고자 하는데 목적이 있다.The present invention is intended to solve the above problems, and more particularly, to provide a repair and reinforcement method suitable for prestressed concrete flexural members, to ensure the life extension and safety of the prestressed concrete flexural members.
도 1a, 1b, 1c 는 본 발명의 실시예에서 사용된 시편의 배근 상세도, 배면도 및 측면도(단위는 mm),Figures 1a, 1b, 1c is a detailed view, back view and side view (unit is mm) of the specimen used in the embodiment of the present invention,
도 2 는 본 발명의 실시예에서 사용된 시편의 개략 형태도,2 is a schematic form diagram of a specimen used in the embodiment of the present invention,
도 3 은 본 발명의 실시예에서 사용된 시편의 배근관계를 보여주는 상세도,3 is a detailed view showing the reinforcement relationship of the specimen used in the embodiment of the present invention,
도 4 는 본 발명의 실시예에서 사용된 시편의 부식 가속화 실험 장치의 개략도,Figure 4 is a schematic diagram of the corrosion acceleration experiment apparatus of the specimen used in the embodiment of the present invention,
도 5 는 본 발명의 실시예에서 사용된 시편의 부식 가속화 실험 장치도,5 is an apparatus for accelerating corrosion test specimens used in the embodiment of the present invention,
도 6 은 본 발명의 실시예에서 사용된 부재 밑부분의 변형률 측정장치의 개략도,6 is a schematic diagram of a strain measuring device at the bottom of the member used in the embodiment of the present invention,
도 7 은 본 발명의 실시예에서 사용된 하중 재하실험 장치 개념도,7 is a conceptual diagram of a load loading test apparatus used in the embodiment of the present invention,
도 8 은 본 발명의 실시예에서 하중 재하실험 결과를 보여주는 그래프.Figure 8 is a graph showing the load loading test results in the embodiment of the present invention.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, Carbon/PEEK(Carbon fiber reinforced PolyEtherEther-Ketone)를 프리스트레스트 콘크리트 휨부재의 보수·보강 소재로 사용하는 방법을 제공한다.The present invention for achieving the above object provides a method of using carbon fiber PEEK (Carbon fiber reinforced PolyEther Ether-Ketone) as a repair and reinforcement material for prestressed concrete flexural members.
즉, 본 발명은, 콘크리트 표면을 고르게 형성시키는 단계; 수지를 상기 표면에 도포하는 단계: 수지를 탄소섬유 쉬트에 도포하는 단계; 상기 수지가 도포된 콘크리트 표면에 상기 수지가 도포된 쉬트를 부착시키는 단계; 및 쉬트가 부착된 콘크리트를 양생하는 단계;를 거치는 프리스트레스트 콘크리트 휨부재의 보강방법에 관한 것이다.That is, the present invention, the step of forming a concrete surface evenly; Applying a resin to the surface: applying the resin to a carbon fiber sheet; Attaching the resin-coated sheet to a surface of the resin-coated concrete; And curing the concrete to which the sheet is attached.
본 발명에서 상기 수지는 수지용 프라이머 주제와 경화제가 2 : 0.5~2의 비율로 배합되는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the resin is blended in a ratio of 2: 0.5 to 2 with the primer base for the resin and the curing agent.
또한 보강의 강도를 높이기 위해, 상기 양생하는 단계 이전에 페인트 또는 모르타르를 도장하는 단계가 추가될 수도 있다.Also, to increase the strength of the reinforcement, a step of painting the paint or mortar may be added before the curing step.
본 발명에서 상기 탄소섬유 쉬트는 Carbon/PEEK을 사용하는 것이 바람직하다. Carbon/PEEK는 고성능 열가소성 엔지니어링 플라스틱으로, 첨가된 탄소섬유는 플라스틱의 압축력(compressive strength)과 강성(stiffness)을 증가시키고, 팽창율을 획기적으로 감소시키는 역할을 할 뿐만 아니라 장시간 사용 후 열을 가해줌으로써 다시 그 재료의 강도와 연성을 재생시킬 수 있는 사용성에도 장점이 있다(표 1).In the present invention, the carbon fiber sheet preferably uses Carbon / PEEK. Carbon / PEEK is a high-performance thermoplastic engineering plastic. The added carbon fiber increases the compressive strength and stiffness of the plastic, dramatically reduces the expansion rate, and heats it again after prolonged use. There is also an advantage in usability that can regenerate the strength and ductility of the material (Table 1).
본 발명자는 Carbon/PEEK 플라스틱이 물리적·화학적 저항력이 강하고 수분 흡수가 거의 없을 뿐만 아니라 본질적으로 우수한 마모저항력을 보이기 때문에 프리스트레스트 콘크리트 부재와 우수한 적합성을 나타낼 것으로 판단하고 많은 실험을 수행한 결과 본 발명을 완성하기에 이른 것이다.The present inventors have determined that carbon / PEEK plastics will exhibit excellent compatibility with prestressed concrete members because they have high physical and chemical resistance, little water absorption, and inherently excellent wear resistance. It is finished.
보다 구체적으로 본 발명은, 콘크리트 표면의 돌출물 제거를 위해 바탕 그라인딩을 하고 바탕 콘크리트의 공극, 핀홀 부분 등 동등 이상의 강도가 있는 부분을 모르타르로 단면을 복구하여 일체화 시킨다. 단면복구공정을 거친 후 프라이머 주제와 경화제를 2 : 0.5∼2의 비율로 배합한 수지를 시공면에 도포하는 프라이머 도포공정을 수행하고, Carbon/PEEK 쉬트에 상기 수지를 도포한 후 이를 시공면에 부착한 후 양생하는 것이다.More specifically, the present invention is ground grinding to remove the protrusions of the concrete surface, and the section of the concrete having the same or more strength, such as pores, pinhole portion of the base concrete to recover the cross section by mortar to integrate. After the cross-sectional recovery process, a primer coating process is applied to the construction surface by applying a resin containing a primer main material and a curing agent in a ratio of 2: 0.5 to 2, and then the resin is applied to the carbon / PEEK sheet and then applied to the construction surface. Curing after attaching.
본 발명에 적용될 수 있는 수지의 특성을 표 2에 나타내었다.The properties of the resin that can be applied to the present invention are shown in Table 2.
이하 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 실시예와 첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위한 자료일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 사상의 범위가 축소되거나 변경되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. The embodiments and the accompanying drawings are only materials for better understanding of the present invention, and thus the scope of the technical spirit of the present invention is not reduced or changed.
실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples
(1) PSC 시편제작(1) PSC Specimen Fabrication
설계강도f ck 28일=300kg/㎠인 고강도 콘크리트로 배합설계하였고(표 3),f y =4000kg/㎠인 SD16 철근으로 배근하였다. 인장정착구로는 VSL(Vorspann System Losinger) TYPE EC를, PS 강연선(Prestressing strand)으로는 Φ12.7mm이고f pu =18,700kg/㎠인 저응력 이완 강연선 SWPC 7B(표 4)를 적용하였다.Design strength f ck were combined in a design 28 days = 300kg / ㎠ high-strength concrete (Table 3), and a reinforcement f y = 4000kg / ㎠ of SD16 reinforced. The VSL (Vorspann System Losinger) TYPE EC was used as the tension anchorage, and the low stress relaxation strand SWPC 7B (Table 4) having Φ12.7mm and f pu = 18,700kg / ㎠ as the PS prestressing strand was used.
실험에 사용되는 시편은 보 또는 휨부재이므로 휨으로 인한 부재의 바닥표면에서 발생하는 균열 또는 부식들을 보강하는 것이 중요하다. 그러므로 보강부재를 U 모양으로 제작하여 Epoxy로 보강부재를 보에 부착하는 방법을 사용하였다. U 모양의 보강부재에서 밑판의 넓이와 두 다리의 높이는 사전 실험을 통하여 적절하게 선택하여(도 1∼3 참조, 단위는 mm), 표 5에 정리된 바와 같은 PSC 시편 4개를 제작하였다. 제작한 시편은 상온에서 28일 동안 양생하였다.Since the specimens used in the test are beams or flexural members, it is important to reinforce the cracks or corrosions occurring at the bottom surface of the members due to flexure. Therefore, the reinforcing member was made in U shape and the reinforcing member was attached to the beam with epoxy. In the U-shaped reinforcing member, the width of the base plate and the height of the two legs were appropriately selected through preliminary experiments (see FIGS. 1 to 3, in mm), and four PSC specimens as shown in Table 5 were prepared. The prepared specimens were cured for 28 days at room temperature.
(2) PSC 시편의 인공노화(부식화)(2) Artificial aging (corrosion) of PSC specimens
상기 방법으로 제작된 시편 3개를 인공적으로 노화시켰다.Three specimens prepared by the above method were artificially aged.
먼저, 시편의 단면 끝단의 강재 및 보강철근의 부식을 방지하기 위하여 부재 정착부 및 콘크리트 단면에 epoxy를 도포하였다. 이어서 PSC 시편을 3% NaCl 용액에 50일 동안 침지하여 인공적인 부식화를 진행시켰다. 이 상태에서 일정량의 고정하중을 가하고, Half-Cell 전극봉을 이용한 Galvanic Current 방법으로 PSC 시편의 부식 진행을 체크함과 동시에 부식을 가속화하였다(Jacking Galvanic Current Measurement; 도 4). 인공노화 과정에서 3일에 한번 크레인으로 PSC 시편을 들어올린 상태에서 균열의 진행을 점검하였다(도 5).First, in order to prevent corrosion of the steel and reinforcing bars at the end of the specimen, epoxy was applied to the member fixing unit and the concrete cross section. The PSC specimens were then immersed in 3% NaCl solution for 50 days to allow for artificial corrosion. In this state, a fixed amount of fixed load was applied, and the corrosion progress of the PSC specimen was checked by the Galvanic Current method using a half-cell electrode, and the corrosion was accelerated (Jacking Galvanic Current Measurement; FIG. 4). In the process of artificial aging, the progress of cracking was checked while the PSC specimen was lifted by a crane once every 3 days (FIG. 5).
(3) 노화된 시편의 보강(3) reinforcement of aged specimens
상기 단계에서 노화된 PSC 시편 1개를 종래 콘크리트 보수·보강 방법인 Carbon/Epoxy 프라이를 overlay 공법에 따라 콘크리트 표면의 돌출물 제거를 위해 바탕 그라인딩을 하고 바탕 콘크리트의 공극, 핀홀 부분 등 동등 이상의 강도가 있는 부분을 모르타르로 단면을 복구하여 일체화시켰다. 단면을 복구한 다음, 프라이머 주제와 경화제를 2:1로 배합하여 시공면에 도포하는 프라이머 도포 공법을 적용하였다. 도포 후, 탄소 섬유 쉬트를 적절히 접착시킬 수 있도록 표면을 평탄하게 하는 평탄 조정하고, 탄소 섬유 쉬트를 미리 소정의 크기로 절단하여 수지의 주제와 경화제를 2:1로 배합한 수지로 탄소 섬유 쉬트를 도포하였다. 도포 후 탄소 섬유 시트 부착·공정하여 마지막으로 탄소 섬유 시트 시공 후 도장 혹은 모르타르로 마감하였다. 설계 강도 발휘를 위해 최소 1주일 이상 양생하는 마감 및 양생 공정으로 Carbon/Epoxy 보강시편을 제작하였다. 또 다른 노화된 시편 1개를 위의 Carbon/Epoxy 보강 방법의 바탕 그라인딩, 단면 복구, 프라이머 도포, 평탄 조정 공정까지 동일하게 적용하였다. 그 다음, autoclave의 고온에 의해 경화된 하나의 조각(one piece)을 PEEK에 쓰이는 수지를 도포하여 Carbon/PEEK piece를 부착하였다. 부착 설계 강도 발휘를 위해 최소 1주일 이상 양생하는 방법에 따라 Carbon/PEEK 보강시편을 제작하였다.One PSC specimen aged in the above step is ground ground to remove protrusions on the concrete surface by overlaying carbon / epoxy fryer, which is a conventional concrete repair and reinforcement method, and has the same or more strength such as voids and pinholes of the ground concrete. The part was integrated by restoring the cross section with mortar. After recovering the cross section, a primer coating method was applied in which the primer main material and the curing agent were mixed at 2: 1 and applied to the construction surface. After application, the carbon fiber sheet is flattened to smooth the surface of the carbon fiber sheet so that the carbon fiber sheet can be properly bonded, and the carbon fiber sheet is cut into a predetermined size in advance, and the carbon fiber sheet is mixed with a resin containing a 2: 1 material of the main resin and a curing agent. Applied. After coating, the carbon fiber sheet was attached and processed. Finally, the carbon fiber sheet was applied and finished with paint or mortar. Carbon / Epoxy reinforcement specimens were fabricated by finishing and curing process to cure for at least 1 week. Another aging specimen was applied equally to the ground grinding, cross-sectional recovery, primer application, and flatness adjustment of the above carbon / Epoxy reinforcement method. Then, one piece (hardened by the high temperature of the autoclave) was applied to the carbon / PEEK piece by applying a resin for PEEK. Carbon / PEEK reinforcement specimens were fabricated according to the method of curing for at least 1 week to show the adhesion design strength.
이상의 과정을 통해 (1) 무부식-무보강 PSC 시편(이하 "무부식 시편"이라 함), (2) 부식-무보강 PSC 시편(이하 "부식 시편"이라 함), (3) 부식-Carbon/Epoxy 보강시편(이하 "Carbon/Epoxy 보강시편"이라 함) 및 (4) 부식-Carbon/PEEK 보강시편(이하 "Carbon/PEEK 보강시편"이라 함) 으로 4개의 시편을 제작하였다.Through the above process (1) corrosion-free reinforcement PSC specimen (hereinafter referred to as "corrosion-free specimen"), (2) corrosion-reinforced PSC specimen (hereinafter referred to as "corrosion specimen"), (3) corrosion-carbon Four specimens were fabricated from / Epoxy reinforced specimens (hereinafter referred to as "Carbon / Epoxy reinforced specimens") and (4) corrosion-carbon / PEEK reinforced specimens (hereinafter referred to as "Carbon / PEEK reinforced specimens").
(4) 시편의 압축실험(4) Compression test of specimen
상기 과정을 통해 제작된 각 시편의 휨 특성을 조사하였다.The bending characteristics of each specimen fabricated through the above procedure were investigated.
섬유와 기지재료 자체가 취성적인 거동을 보이기 때문에 일반적인 하중 재하방식의 휨강도실험에서는 응력이 prepeak를 지나 postpeak에 이르면 파괴의 진행속도가 크게 증가한다. 그러므로, postpeak에서 최종 파괴점(ultimate failure)에 이르기까지의 구간에서 보강재의 점진적인 파괴나 연성증가를 확인하기가 어렵다. 이러한 문제를 해결하고 보다 정확한 거동을 살펴보기 위하여 peak point를 중심으로 서로 다른 재하방식을 취하는 Closed-Loop Test의 방법에 따라 실험을 진행하였다. Closed-Loop Test는 응력-변형률 곡선의 ascending portion(peak stress 이전 구간)에서는 일반적인 하중제어방식으로 하중을 재하하다가 descending portion(peak stress 이후 구간)에서는 변위제어방식으로 하중을 재하하는 방법을 취하였다.Because the fiber and the base material itself show brittle behavior, in the normal load-bearing flexural strength test, when the stress reaches the prepeak and postpeak, the rate of breakage increases. Therefore, it is difficult to identify a gradual failure or ductility increase of the stiffener in the interval from postpeak to ultimate failure. In order to solve this problem and to examine more accurate behavior, the experiment was conducted according to the method of Closed-Loop Test which takes different loading method around the peak point. In the closed loop test, the load was loaded by the normal load control method in the ascending portion (the section before the peak stress) of the stress-strain curve, and by the displacement control method in the descending portion (the section after the peak stress).
그리하여 peak point 이후의 구간에서의 점진적인 파손누적과정이나 연성증가효과등의 거동을 보다 정확히 도출해내는 방법이다.Thus, it is a method to more accurately derive the behavior of gradual failure accumulation process or ductility increase effect after the peak point.
또한 이 실험에서 부재의 밑부분의 변형률을 측정하여 그 값으로 Closed-Loop Test를 제어함으로써 보수부재와 콘크리트 부재의 동시변형율을 측정하였다(도 6).In this experiment, the strain at the bottom of the member was measured and the simultaneous strain of the repair member and the concrete member was measured by controlling the closed loop test with the value (FIG. 6).
실제 하중을 가하는 가력장치에, 실험 중에 시편에 발생하는 변위·변형률을 측정하고 재하되는 하중의 크기를 측정·조절할 수 있는 Computer와 Controller가 연결되어 있는 도 7과 같은 구조의 실험장치로 실험을 수행하였다.The experiment is carried out with an experimental apparatus as shown in FIG. 7, in which a computer and a controller are connected to a force device applying an actual load, and to measure displacement and strain occurring in the specimen during the experiment and to measure and adjust the magnitude of the loaded load. It was.
하중의 재하방법으로는 다음의 두 가지를 병행하여 적용하였다:Two methods of loading were applied in parallel:
㉠ 하중제어방식(Load Control) : 어느 단계까지 하중을 일정하게 조 절하면서 재하하는 방법으로 peak point 이전까지 사용한다.Control Load Control: Load control is performed until the peak point.
㉡ 하중변위 복합제어방식(Combined Load-Displacement Control) : Peak point 이후부터는 하중과 변형률 측정장치를 통해 측정되는 시편 길이의 확장변위 정도를 모니터링하며 두 변수[하중, 휨 최대변위(부 재의 중간 밑 바닥)]에 맞는 계수를 곱하여 하중을 가한다.Load Combined Load-Displacement Control: After the peak point, monitor the degree of expansion displacement of the specimen length measured by the load and strain measuring device.The two variables [load, deflection maximum displacement (bottom middle of the part) Apply the load by multiplying the coefficients according to).
본 실험을 통하여 각 시편에 대해 다음과 같은 응력·변형률 특성들을 조사하였다.Through this experiment, the following stress and strain characteristics of each specimen were investigated.
① 콘크리트 시편의 탄성률(Elastic Modulus :E c )① Elastic Modulus of Concrete Specimen ( E c )
② 콘크리트 시편의 강도(Compressive strength :f` co ) : 28일 압축강도와 실험시의 강도를 각각 구한다.② Compressive strength ( f` co ) of concrete specimens: Calculate the 28-day compressive strength and test strength.
③ 무보강 콘크리트 부재의 휨탄성률(Elastic Bending Modulus :E bc )③ Elastic Bending Modulus ( E bc ) of unreinforced concrete members
④ 무보강 콘크리트 부재의 휨강도(Flexural strength without strengthening :f` b0 )④ Flexural strength without strengthening: f` b0
⑤ 인공(가속) 부식화로 발생한 균열측정⑤ Crack measurement caused by artificial (acceleration) corrosion
⑥ 인공(가속) 부식화로 저하된 프리스트레스 강연선 응력⑥ Prestressed strand stress reduced by artificial (accelerated) corrosion
⑦ 보강 시편의 할선 탄성계수(Secant modulus of elasticity :E sec )⑦ Secant modulus of elasticity ( E sec ) of reinforcement specimen
⑧ 보강 시편의 최종파괴 휨강도(ultimate bending strength :f` bu ) 및 최종파괴시 최대처짐구간(ultimate bending strain ;δ bu ) : 최종파괴 휨강도(f` bu )는 실험결과를 분석하여 도 8에 도시하였다.⑧ final fracture of the specimen reinforced bending strength (ultimate bending strength: f` bu) and the final destruction of the maximum deflection period (ultimate bending strain; δ bu) : final destruction of bending strength (f` bu) is shown in Figure 8 by analyzing the experimental results It was.
도시된 바와 같이 Carbon/PEEK 보강시편이 다른 보강 시편보다 연성적 거동과 강도가 증가하는 가장 우수한 물성을 나타내었다.As shown, the carbon / PEEK reinforcement specimens exhibited the best physical properties of increasing ductility and strength than other reinforcement specimens.
본 발명에 의하면 PSC 부재를 종래 방식에 따라 보강하는 복합재료 프라이를Epoxy를 사용하여 여러 차례 부착할 필요가 없으므로 Epoxy와 복합재료 프라이 사이의 계면 또는 불연속면에서 발생할 수 있는 문제들이 발생하지 않는다. 또한 강도가 우수하고 팽창율이 작아 PSC와 물리적 특성상 적합성(compatibility)을 나타내는 Carbon/PEEK 소재를 사용함으로써 PSC 구조물을 안정적이고 효과적으로 보수·보강 할 수 있게 된다.According to the present invention, the composite fryer that reinforces the PSC member according to the conventional method does not need to be attached several times by using the epoxy so that problems that may occur at the interface or discontinuous surface between the epoxy and the composite fryer do not occur. In addition, PSC structure can be repaired and strengthened stably and effectively by using carbon / PEEK material, which has high strength and low expansion rate, which shows compatibility with PSC.
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