합성섬유 보강된 고성능 시멘트복합체를 사용한 구조부재의 성능평가 :Performance Evaluations of Structural Members Using Synthetic Fiber-Reinforced High-Performance Cementitious Composites

문형주

추천

검색

자료유형: 학위논문

저자정보: 문형주 (조선대학교, 조선대학교 대학원)

지도교수: 조창근

발행연도: 2018

저작권: 조선대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수3

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2018

합성섬유 보강된 고성능 시멘트복합체를 사용한 구조부재의 성능평가

문형주 건축공학과 2018.01 학위논문

2015

고성능 섬유복합체 적용 RC 슬래브의 균열제어

문형주 , 조창근 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2015.10 학술대회자료

이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
이 논문의 연구 히스토리 확인하기

초록· 키워드

오류제보하기

국내외의 건축기술의 발전과 함께 건설 구조물의 대형화, 고층화, 다양화되기 시작했다. 건축기술이 발전함에 따라 건축 구조물은 대형화 및 장지간화 되면서 보편적으로 사용되는 건설재료인 콘크리트 구조재료의 요구 성능이 높아지고 있다. 특히 콘크리트의 단점을 보완하고 재료의 고성능, 고강도화가 더욱 요구되고 있는 실정이다.

콘크리트는 재료 자체의 취성, 폭열, 건조수축 등의 문제점을 해결해야 하며, 압축강도에 비하여 낮은 인장강도와 휨 강도에 기인하는 낮은 연성과 흡수능력 때문에 콘크리트가 취성적인 재료라는 인식을 갖고 있다.

본 연구에서는 이러한 콘크리트의 취성 및 단점, 재료 특성을 개선하는 방법으로 섬유를 이용한 고연성, 고강도 콘크리트에 대한 연구를 하고자 한다. 이에 구조부재별로 나누워 각각에 맞는 합성섬유를 적용하고 이에 대한 고연성 시멘트복합체와 초고강도 섬유시멘트복합체를 배합하였다.

고연성을 요구하는 바닥구조의 경우 PVA섬유를 활용하여 고연성시멘트복합체(Strain Hardening Cementitious Composites; SHCC)를 배합하였다. PVA 섬유가 혼입된 SHCC는 시멘트 복합체 내에서 최초 균열이 발생될시 혼입된 단섬유가 균열면에서 가교 작용을 통하여 응력과 파괴에너지를 부담하여 최초균열 발생 후에도 시간이 지남에 따라 즉시 파괴하지 않고, 2차 균열의 유도가 가능하도록 설계한 재료이다. 이로 인해 섬유시멘트복합체는 1축 인장 하에서 다중미세균열이 유발에 따라 큰 연성을 갖는 변형경화형 시멘트복합체이다. 이를 바닥구조의 하단부 인장측에 일부의 두께별로 적용하고 성능평가를 통해 우수한 성능을 확인 및 평가하고자 한다.

SHCC를 활용한 철근콘크리트 복합바닥구조는 두가지 타입으로 구분하였으며, 실험실내 SHCC 및 RC 복합바닥구조 실험체와 장지간화 연구를 위한 하프프리캐스트 SHCC-RC 복합바닥구조 실험체를 제작하여 구조성능 평가를 실시하고 분석하였다. 구조성능 평가 결과 다중미세균열 거동에 의한 초기균열 제어, 국부균열 제어, 처짐개선, 처짐 제어 효과를 확보하였으며, 휨 내력 또한 크게 개선되어 고연성적인 성능을 확인하였다.

두 번째는 Vectran 섬유를 활용한 초고강도 섬유시멘트복합체 개발이다. 초고강도 섬유시멘트복합체는 고강도를 필요로하는 구조 부재에 적용하기 위하여 실험실내 연구 진행을 하였다.

Vectran 섬유시멘트복합체의 구조 성능 평가 결과 섬유 혼입율 1.0% 적용시 120% 이상 휨 내력이 향상되었다. 전단평가에서는 전단균열을 유도하기 위하여 전단 위험단면을 설정하여 실험하였음에도 Vectran 섬유시멘트복합체에서 230% 이상 내력이 향상되었다. 이는 초고강도 Vectran 섬유시멘트복합체가 신축성과 유연한 Vectran 섬유의 특성으로 인해 시멘트 매트릭스 내 뭉치는 효과 없이 분산 및 부착 성능이 뛰어나 균열폭 증가를 억제함으로 인해 전단 강도 향상에 기여하는 것으로 사료된다. 또한 전단보강근인 스터럽과 유사하게 전단보강 및 구속력이 발현됨으로 인해 휨 단면이 전단 단면을 지배하는 것으로 보이며, 전단보강 철근을 최소화해도 전단 보강 및 강도에 우수한 효과를 보이는 것으로 실제 현장 보 구조부재에 활용할 시 전단 철근량 저감 효과를 보일 것으로 판단된다.

Construction structures have begun to become large, high-rise, and different buildings with the development of architectural technology. As the construction technology was developed and the building structure was larger and long span, concrete which was used construction material is required to have high performance of structural material. In addition, high performance and high strength of concrete is required to overcome disadvantages.
Concrete has several disadvantages which are brittleness, thermal expansion and shrinkage of itself and it is known brittle material because of low ductility and absorption ability due to low tensile strength and flexural strength compared to compressive strength.
This research aims to study the high ductility and high strength concrete using fiber as a method to improve the disadvantages such as brittle fracture of original concrete.
High ductility cementitious composites and ultra high strength fiber cementitious composites were developed using synthetic fibers. This researcher is conducted experiments to verify the structural performance using by developed concrete.
Strain Hardening Cementitious Composites (SHCC) using PVA fiber is applied to the slab since slab is required to have high ductility.
There are characteristics of SHCC with PVA fiber. When the initial cracks occur in the cementitious composites, the short fiber in the cementitious composites has a bridge reaction at the cracking surface and bear stress and fracture energy. Therefore, even after the initial cracking, it is not immediately destroyed over time, and secondary cracks can be induced. In addition, it has a large ductility due to multiple micro-cracks induced in uniaxial tensile.
In this study, it is applied to the bottom part tensile side of slabs for 10mm, 20mm, 40mm and 60mm thickness, and structural performance of the slabs is tested to confirm and evaluate the excellent performance of the members.

There are two types of reinforced concrete composite floor structure using SHCC. SHCC and RC composite specimens and half-precast SHCC-RC composite floor specimens for the study about long span of slab are manufactured. This is carried out and analyzed for structural performance. In the results of the structural performance test, it is possible to control the initial crack by multi-micro crack behavior, and local crack control, deflection improvement and deflection control are effective. And the bending strength is improved much, and the high performance is confirmed. The bending strength of the specimens is improved much and high ductility performance is confirmed.
The second study is the development of ultra high strength fiber cementitious composite using Vectran fiber. The ultra-high strength fiber cementitious composites have been studied for application to structural members requiring high strength.
Vectran fiber cementitious composites showed more than 120% flexural strength when the fiber content ratio was 1.0%.
As a result of the performance test of structural member with 1.0% Vectran fiber, the structural member using Vectran fiber cementitious composite improves the bending strength more than 120% than ordinary RC member.
In shear test results, critical section is set up to induce shear cracking. The Vectran fiber cementitious composites is more than 230% improvement in strength compared with ordinary RC members. The reason It is considered that this contributes to improvement of shear strength is that the ultra-high strength Vectran fiber cementitious composites have the characteristics of flexible Vectran fibers that prevents the increase of crack width due to the dispersion and adhesion of fibers in the cementitious matrix. In addition, it has similar shear and restraint forces of the shear stirrup and it is considered that the bending section is dominated by the shear section. It will have effect on shear stirrup strength when the shear stirrup is minimized and It will be effective to reduce the rebar amount when it is applied to structural members in the construction site.

#합성섬유 #섬유시멘트복합체 #Vectran 섬유 #PVA섬유 #다중미세균열 #복합슬래브 #보

1. 서 론 1
1.1 연구배경 1
1.1.1 국내 관련기술 현황 및 연구동향 2
1.1.2 국외 관련기술 현황 및 연구동향 8
1.2 연구의 목적, 내용 및 방법 13
1.2.1 연구 목적 및 필요성 13
1.2.2 연구내용 및 방법 16
2. 합성섬유 활용 섬유시멘트복합체의 역학적 성능 분석 18
2.1 PVA 섬유 활용 SHCC 제조배합 결정19
2.1.1 사용재료 19
2.1.2 섬유시멘트복합체 배합 조건 검토 23
2.2 Vectran 섬유 활용 섬유시멘트복합체 제조배합 결정 29
3. 합성섬유 적용 구조 부재 설계 및 비선형 해석 모델 38
3.1 SHCC-RC 복합슬래브 부재 38
3.1.1 일반 RC 슬래브 설계 휨강도 38
3.1.2 SHCC-RC 복합슬래브 휨 휨강도 제안(고연성 인장변형률 고려) 41
3.1.3 SHCC-RC 복합슬래브의 비선형 해석 모델 44
3.2 Vectran 섬유시멘트복합체 보 부재 54
3.2.1 일반 RC 보의 설계 휨 및 전단강도 54
3.2.2 Vetran 섬유 시멘트 복합체 보 휨 휨강도 제안(Vectran 섬유시멘트복합체 인장변형률 고려) 64
3.2.3 Vetran 섬유 시멘트 복합체 보 전단 강도 제안(Vectran 섬유 혼입률 고려) 67
3.2.4 Vetran 섬유시멘트복합체 보의 층상화 비선형 해석 모델 71
3.2.5 3차원 비선형 유한 요소 해석 성능평가 74
4. PVA 섬유 적용 SHCC-RC 복합슬래브 부재 성능평가 83
4.1 실험계획(순지간 3,600 mm) 83
4.2 슬래브 실험체 제작 85
4.3 재하실험 방법 91
4.4 SHCC-RC 복합슬래브 휨 실험결과 및 분석 94
4.4.1 극한하중 실험 결과 94
4.4.2 연성비 특성 98
4.4.3 강성비 특성 99
4.4.4 균열 및 파괴 양상 100
4.4.5 SHCC 적용 슬래브 실험체의 설계강도 111
4.4.6 SHCC 적용 슬래브 부재 유한요소해석 평가 112
4.5 소결 115
5. PVA 섬유 적용 하프프리캐스트 SHCC-RC 복합슬래브 부재 성능평가 116
5.1 실험계획(순지간 4,000 mm) 116
5.2 하프프리캐스트 SHCC-RC 복합슬래브의 실험체 제작 121
5.3 하프프리캐스트 SHCC 데크 시공하중 재하실험 127
5.4 하프프리캐스트 SHCC-RC 복합슬래브의 하중재하 실험 129
5.4.1 실험계획 129
5.5 하프프리캐스트 SHCC-RC 복합슬래브 휨 실험결과 및 분석 131
5.5.1 사용성 평가 132
5.5.2 극한내력 및 성능평가 135
5.5.3 균열 및 파괴양상 140
5.5.4 하프프리캐스트 SHCC-RC 복합슬래브 실험체의 설계강도 161
5.6 소결 162
6. Vectran 섬유 적용 섬유시멘트복합체 보 구조 부재 성능평가 163
6.1 실험계획 163
6.2 Vectran 섬유시멘트복합체 보 실험체 제작 165
6.3 하중 재하 실험 방법 170
6.4 Vectran 섬유시멘트복합체 보 구조 부재 실험결과 및 분석 173
6.4.1 극한하중 재하 실험 결과 173
6.4.2 Vectran 섬유시멘트복합체 적용 보 실험체 균열 및 파괴 양상 177
6.4.3 Vectran 섬유시멘트복합체 보 부재 실험체의 설계강도 193
6.4.4 Vectran 섬유시멘트복합체 보 부재 유한요소해석 평가 194
6.5 소결 197
7. 결 론 198
참고문헌 200
국문초록 206

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

목차

최근 본 자료

댓글(0)