FRP로 보강된 철근콘크리트 부재의 내화단열 방안에 대한 연구 :Insulation Method for Fire Resistance of RC Members Strengthened by FRP

임종욱

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자료유형: 학위논문

저자정보: 임종욱 (한국교통대학교, 한국교통대학교 일반대학원)

지도교수: 서수연

발행연도: 2019

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이용수15

이 논문의 연구 히스토리 (6)

2019

FRP로 보강된 철근콘크리트 부재의 내화단열 방안에 대한 연구

임종욱 건축공학과 2019.01 학위논문

2018

FRP보강용 에폭시의 내화단열보강 방안

임종욱 , 송세기 , 서수연 대한건축학회 학술발표대회 논문집 2018.04 학술대회자료

2017

CFRP로 보강된 철근콘크리트 휨부재의 내화성능 개선을 위한 실험

임종욱 , 서수연 , 송세기 대한건축학회 논문집 - 구조계 2017.12 학술저널

FRP로 보강된 철근콘크리트 구조물의 내화성능 개선

임종욱 , 김설기 , 김태완 외 3명 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2017.11 학술대회자료

CFRP로 보강된 철근콘크리트 구조의 내화성능 개선을 위한 유한요소해석

임종욱 , 김설기 , 김태완 외 3명 대한건축학회 학술발표대회 논문집 2017.10 학술대회자료

FRP보강방법에 따른 철근콘크리트 휨부재의 내화성능에 관한 실험연구

임종욱 , 김설기 , 김태완 외 3명 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2017.05 학술대회자료

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최근 철근콘크리트 건축물의 노후화나 설계상의 오류, 리모델링, 증축 등 인위적인 요인과 지진과 같은 자연재해로 인하여 과도한 처짐, 부재의 강도저하 등의 문제가 제기되고 있다. 그래서 이러한 문제점을 보완하고 건축물의 안전을 유지하고자 보수·보강이 많이 이루어지고 있다. 보수·보강공법 중에서 시공도 용이하며 재료가 갖는 높은 인장강도로 인하여 보강성능이 증가될 뿐만 아니라 무게 또한 가벼워 최근에 FRP 계열의 보강재를 활용한 보강공법이 많이 사용되어 지고 있다. 하지만 건축물에서 FRP보강 시스템과 관련하여 중요한 고려사항은 화재이다. 에폭시를 사용하여 FRP를 건축물에 보강하였을 때 FRP보강 시스템 재료의 특성상 FRP의 임계온도는 약 200℃이며, FRP 보강재를 부착하기 위한 에폭시의 유리전이온도는 60℃~80℃로 매우 낮기 때문에 보강된 구조물에 어느 이상의 온도에 노출되면 FRP 보강재의 성능변화와 에폭시의 부착성능 저하로 인하여 보강된 부재의 급격한 내력저하 현상을 초래하게 된다. 따라서 건축물의 구조보강을 위해 FRP시스템을 적용할 경우 충분한 내화성능을 확보할 수 없기 때문에 보강효과를 높이기 위해서는 한계가 있다.
따라서 본 연구에서는 내화단열을 실시한 콘크리트 부재의 고온노출에 따른 온도변화와 부착성능에 관한 특성을 파악하고, FRP로 보강된 철근콘크리트 부재의 고온노출 후 휨성능 실험을 통해 내화단열 방안을 위한 연구의 성능자료를 제공하고 FRP 시스템의 내화성능을 개선하고자 하였다.
내화단열된 콘크리트 부재의 고온노출에 따른 온도변화의 실험적 연구로서 콘크리트 블록에 홈을 낸 후 홈 깊이만큼 에폭시를 충전하여 표면에 Calcium Silicate계의 내화보드와 내화보드의 부착재료로 Mortar과 Bond를 사용하여 내화보강을 실시하였다. 실험결과 내화단열보강을 전면부만 실시할 경우 연단거리를 50mm이상을 확보하여야 내화단열재 두께의 영향을 받지 않는 것으로 나타났으며, 내화단열재는 연단거리가 100mm이하일 때 연단측에 보강이 필요한 것으로 나타났다.
내화단열된 FRP의 온도에 따른 부착성능 실험연구에 대해서는 콘크리트 블록에 탄소섬유판을 이용하여 표면 부착공법과 표면매입 공법으로 일정구간 보강한 실험체를 상온부착강도의 40%의 하중을 가력한 채 FRP의 부착성능을 상실할 때까지 가열을 실시하였다. 그 결과, 표면매립공법을 적용한 보강방법이 표면부착공법에 비해 외부환경에 노출이 적기 때문에 FRP보강 시 외부 온도에 대한 저항성능이 높은 것으로 나타났다.
FRP로 휨보강된 RC보의 내화단열 및 고온노출 후 휨성능 실험연구에서는 표면매립공법과 표면부착공법을 적용한 RC보 실험체의 내화단열보강을 실시하고 고온에 노출시킨 뒤 잔존강도실험을 통하여 FRP의 보강성능 유지효과를 확인하였다. 그 결과 600℃의 온도까지 FRP의 성능을 확보하기 위해서는 Calcium Silicate계 내화단열재의 두께를 최소 30mm이상으로 보강하여야 하는 것으로 판단된다.

Recently, there have been problems such as excessive deflection and reduction of members'' strength due to natural disasters as artificial factors and earthquakes such as aging of reinforced concrete buildings, design errors, remodeling. Therefore, many repairs and reinforcements are being carried out to compensate for these problems and to maintain the safety of buildings. Among repair and reinforcement methods, not only it is easy to construction and the high tensile strength of the material increases the reinforcement performance but also the weight is light, which has been used a lot recently. However, an important consideration in building with regard to the FRP reinforcement system is fire. When the FRP was repaired and reinforced in a building using Epoxy, the critical temperature of the FRP reinforcement system is about 200°C, and the glass transfer temperature of the epoxy for attaching the FRP reinforcement is very low as 60°C to 80°C, resulting in a performance change of the FRP reinforcement and a sudden drop in Epoxy''s ability. Therefore, there are limitations to enhance the effects of reinforcing the structure, since sufficient fireproof performance cannot be achieved when the FRP system is applied to reinforce the structure. The purpose of this study was to identify the characteristics of temperature change and attachment performance of the concrete members that performed the fire-resisting insulation, and to improve the fireproof performance of the FRP system by testing the flexural performance of the reinforced concrete members after exposure to high temperature. As an experimental study of temperature changes due to high temperature exposure of a fireproof concrete member, the fireproof reinforcement was performed using Mortar and Bond as the attachment materials of the Calcium Silicate series to the surface by placing grooves in the concrete block and filling the epoxy to the depth of the surface. Experiment results have shown that if fireproof insulation is performed only at the front, it is necessary to secure a edge distance of 50mm or more, so that the thickness of the fire-resistant materials is not affected by the thickness of the fire-proof insulation, and that fireproof insulation needs to be reinforced at the edge when the edge distance is less than 100mm. For the experimental study of attachment performance according to temperature of FRP, heat was performed on the concrete block until the temperature of the FRP was lost by adding a load of 40 percent of the temperature attachment strength to the test specimen reinforced in a certain section using carbon fiber plate and Externally Bonded Retrofit(EBR) and Near Surface Method Retrofit(NSMR). As a result, it has been shown that it is more effective to apply the NSMR to the FRP reinforcement because the reinforcement method applied with the NSMR has less exposure to the external environment than the EBR. In an experimental study on the flexural performance of RC beams after fireproof insulation and high temperature exposure with FRP, the fireproof insulation enhancement of RC beam specimens applied with EBR and NSMR was performed, exposed to high temperatures, and the residual strength test confirmed the effect of maintaining the reinforced performance of the FRP. As a result, the application of the NSMR requires a minimum of 30mm of fireproof insulation to maintain the reinforcement effect up to 600°C.

Ⅰ. 서 론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구내용 및 방법 4
Ⅱ. FRP로 보강된 RC부재의 내화성능 6
2.1 FRP를 이용한 RC부재의 보강방법 6
2.2 FRP보강공법의 내화성능 8
2.3 FRP보강 RC부재의 내화성에 대한 기존연구 9
Ⅲ. 내화단열된 콘크리트 부재의 고온노출에 따른 온도변화 13
3.1 실험계획 및 방법 13
3.1.1 실험계획 13
3.1.2 실험방법 14
3.2 연단거리에 따른 온도변화 실험결과 18
3.2.1 내화단열재 두께의 따른 온도변화 18
3.2.2 내화단열보강 방법에 따른 온도변화 24
Ⅳ. 내화단열된 FRP의 온도에 따른 부착성능 33
4.1 실험계획 및 방법 33
4.1.1 실험계획 33
4.1.2 실험방법 34
4.2 보강방법에 따른 FRP의 부착성능 실험결과 38
4.2.1 내화단열보강 방법에 따른 부착성능 38
4.2.2 FRP보강 방법에 따른 부착성능 41
Ⅴ. FRP로 휨보강된 RC보의 내화단열 및 고온노출 후 휨성능 47
5.1 실험계획 및 방법 47
5.1.1 실험계획 47
5.1.2 실험방법 48
5.2 고온노출 후 구조성능평가 실험결과 53
5.2.1 내화단열보강조건에 따른 온도변화 53
5.2.2 고온 노출 후 잔존강도 실험결과 56
Ⅵ. 결 론 59
참고문헌 61
Abstract 63

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