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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 서수연
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 한국교통대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수7
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2019
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철근콘크리트 구조물은 준공 후 시간이 경과하면서 재료의 성능저하 및 유지관리의 소홀 등 여러 가지 이유로 노후화가 진행된다. 노후화가 진행 되면서 성능이 저하되고 구조보강이 필요한 경우가 다량 발생하고 있다. 최근 철근콘크리트 건축물에 많이 사용되고 있는 보강공법은 FRP(Fiber Reinforced Polymer) 보강공법이다. FRP 보강공법은 시공성과 경량성, 가공성이 뛰어나고 높은 인장강도를 가진 복합재료이다.
하지만 FRP로 보강된 구조부재도 사용기간 동안 다양한 원인으로 구조적 문제가 발생할 수 있다. 특히 부착된 보강재와 구조부재가 일체 거동을 하는지 파악하기 어렵다. 따라서, 보강 이후 보강효과가 지속적으로 유지되는지에 대하여 상시 모니터링을 하여 기대한 효과를 발휘하지 못할 경우 적절한 조치가 필요하다. 이에 따라 FRP로 보강된 구조부재의 거동을 지속적으로 모니터링 할 수 있는 방법의 개발이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 광섬유 센서 FBG(Fiber Bragg Grating)가 내장된 FRP보강재를 개발하고 이를 실용화 할 수 있게 철근콘크리트 보를 대상으로 실시간 구조모니터링 방법을 개발까지 연구를 진행하였다.
먼저 감지기능에 미치는 영향인자 중 본 연구에서 중요하다고 판단하는 부착길이를 정확하게 산정하기 위하여 FBG 센서가 없는 광섬유와 실험에 사용할 에폭시로 광섬유의 인장 및 부착강도를 시험을 진행하였다. FBG 센서가 없는 광섬유의 인장실험결과 부착길이가 증가할수록 최대강도도 증가하는 추세를 보였고 FBG 센서가 있는 광섬유의 인장강도 실험 결과 에폭시를 이용하여 FRP에 FBG 센서를 내장하기 위해서는 상한값인 216.15의 강도발현이 필요한 것으로 나타났다. 약 220 이상 인장강도를 확보하려면 최소 부착길이는 50mm이상 확보해야 미끄러짐에 대한 영향이 없는 것으로 나타났다.
그리고 두 개의 FRP Strip 사이에 FBG 센서를 부착하는 완전 부착, 완전 비부착, 센서부 비부착 등을 변수로 전기식 게이지와 유사한 감지성능을 평가 하기 위해 인장실험을 진행하였다. 실험결과 센서부만 비부착한 방법이 전기식 게이지와 거의 유사한 변형률을 측정할 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서 개발하고자 하는 FBG-FRP보강재는 센서부 비부착으로 제작하는 것이 적절한 방안인 것으로 판단된다.
마지막으로 본 연구의 FBG-FRP로 보강된 철근콘크리트 휨부재에 대하여 FBG 계측 정보를 활용한 구조모니터링 시스템을 제시하고 실험을 통하여 그 성능을 검증하였다. 그 결과, FBG-FRP로 계측된 정보가 모니터링을 위한 부재의 성능 곡선과 거의 부합되는 것으로 나타났으며 이 정보를 활용하여 구조부재의 상태를 적절하게 모니터링할 수 있는 것으로 나타났다.
하지만 FRP로 보강된 구조부재도 사용기간 동안 다양한 원인으로 구조적 문제가 발생할 수 있다. 특히 부착된 보강재와 구조부재가 일체 거동을 하는지 파악하기 어렵다. 따라서, 보강 이후 보강효과가 지속적으로 유지되는지에 대하여 상시 모니터링을 하여 기대한 효과를 발휘하지 못할 경우 적절한 조치가 필요하다. 이에 따라 FRP로 보강된 구조부재의 거동을 지속적으로 모니터링 할 수 있는 방법의 개발이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 광섬유 센서 FBG(Fiber Bragg Grating)가 내장된 FRP보강재를 개발하고 이를 실용화 할 수 있게 철근콘크리트 보를 대상으로 실시간 구조모니터링 방법을 개발까지 연구를 진행하였다.
먼저 감지기능에 미치는 영향인자 중 본 연구에서 중요하다고 판단하는 부착길이를 정확하게 산정하기 위하여 FBG 센서가 없는 광섬유와 실험에 사용할 에폭시로 광섬유의 인장 및 부착강도를 시험을 진행하였다. FBG 센서가 없는 광섬유의 인장실험결과 부착길이가 증가할수록 최대강도도 증가하는 추세를 보였고 FBG 센서가 있는 광섬유의 인장강도 실험 결과 에폭시를 이용하여 FRP에 FBG 센서를 내장하기 위해서는 상한값인 216.15의 강도발현이 필요한 것으로 나타났다. 약 220 이상 인장강도를 확보하려면 최소 부착길이는 50mm이상 확보해야 미끄러짐에 대한 영향이 없는 것으로 나타났다.
그리고 두 개의 FRP Strip 사이에 FBG 센서를 부착하는 완전 부착, 완전 비부착, 센서부 비부착 등을 변수로 전기식 게이지와 유사한 감지성능을 평가 하기 위해 인장실험을 진행하였다. 실험결과 센서부만 비부착한 방법이 전기식 게이지와 거의 유사한 변형률을 측정할 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서 개발하고자 하는 FBG-FRP보강재는 센서부 비부착으로 제작하는 것이 적절한 방안인 것으로 판단된다.
마지막으로 본 연구의 FBG-FRP로 보강된 철근콘크리트 휨부재에 대하여 FBG 계측 정보를 활용한 구조모니터링 시스템을 제시하고 실험을 통하여 그 성능을 검증하였다. 그 결과, FBG-FRP로 계측된 정보가 모니터링을 위한 부재의 성능 곡선과 거의 부합되는 것으로 나타났으며 이 정보를 활용하여 구조부재의 상태를 적절하게 모니터링할 수 있는 것으로 나타났다.
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