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요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 연구개발과제의 개요 19
제1절 연구개발의 필요성 19
제2절 연구개발 목표 및 내용 21
제2장 국내외 기술개발 현황 23
제1절 국내의 현황 23
제2절 외국의 현황 26
제3장 연구개발 수행내용 및 결과 31
제1절 구조물 성능개선 시스템 개발 31
1. 서론 31
2. 원전 구조물 보수/보강 기준 수립 33
가. 대상 열화의 3등급 분류 기준 33
나. 관련기준 및 점검보고서에 따른 보수/보강 기준 35
다. 유지관리 실무자의 선정 기준 36
3. 성능개선 시스템 개념 설계 36
가. 열화 선정 기법 36
나. 공법 선정 기법 38
다. 물량 산출 기법 39
라. 효과 예측 및 사후관리 39
4. 전산화된 성능개선 프로그램 개발 40
가. 프로그램 설치 40
나. 사용자 확인 및 보안 41
다. 초기화면 42
라. 보수대상 선정 43
5. 시스템 적용성 평가 52
제2절 탄소섬유보강재의 성능평가기법 개발 57
1. 탄소섬유보강재의 거동 특성 57
가. 에폭시(epoxy)의 거동 특성 57
나. CFRP의 거동 특성 60
다. 프리스트레싱이 도입된 CFRP의 거동 특성 65
2. 부착실험 71
가. 실험계획 및 방법 71
나. 실험결과 및 분석 79
다. 부착-슬립(bond-slip) 모델의 제안 87
라. 결론 95
3. CFRP판으로 보강된 보의 휨실험 96
가. 실험계획 및 방법 96
나. 실험결과 및 분석 100
다. 결론 103
4. CFRP판으로 보강된 슬래브의 휨실험 104
가. 실험계획 및 방법 104
나. 실험결과 및 분석 107
다. 결론 109
5. CFRP판으로 보강된 콘크리트 휨부재의 비선형 해석 모델 110
가. 재료의 비선형 모델링 110
나. 유한요소 모델링 118
다. 개발된 비선형 해석 모델의 검증 및 분석 124
제3절 종합결론 128
1. 구조물 성능개선 시스템 개발 128
2. 탄소섬유보강재의 성능평가기법 개발 128
제4장 연구개발 목표 달성도 및 대외기여도 129
제5장 연구개발 결과의 활용계획 131
제6장 참고문헌 133
표 3.1.1. 정량적으로 상태를 나타낼 수 있는 열화의 3등급 분류 (1) 33
표 3.1.2. 정량적으로 나타낼 수 있는 3등급 분류 (2) 34
표 3.1.3. 정량적으로 나타낼 수 있는 3등급 분류 (3) 34
표 3.1.4. 정량적으로 나타낼 수 있는 3등급 분류 (4) 34
표 3.1.5. 정량적으로 나타내기 어려운 열화의 3등급 분류 35
표 3.1.6. 허용균열폭 기준 예 (보수대상 균열폭) 35
표 3.1.7. 재료 D/B 구성 예 38
표 3.2.1. 에폭시 수지의 역학적 특성값(CEB-FIP) 58
표 3.2.2. 탄소섬유 함유율에 따른 CFRP의 물성변화 63
표 3.2.3. CFRP 거동 모델의 기본 물성값(두께:1.4mm) 63
표 3.2.4. 부착실험용 콘크리트 배합설계 72
표 3.2.5. CFRP Plate 물성값 72
표 3.2.6. 에폭시 접착제의 물성값 73
표 3.2.7. 부착실험 변수 75
표 3.2.8. 실험변수 96
표 3.2.9. 콘크리트의 재료 물성값 97
표 3.2.10. 철근의 재료 물성값 98
표 3.2.11. 휨실험 결과 100
표 3.2.12. 실험 변수 105
표 3.2.13. 슬래브 휨실험 결과 107
표 3.2.14. 프리스트레싱 CFRP 보강 실험체의 유한요소 해석과 실험결과 비교분석 127
그림 3.1.1. 시스템 개발 개요도 31
그림 3.1.2. 성능개선 시스템 체계 32
그림 3.1.3. 성능개선 시스템 설계기법 개발 36
그림 3.1.4. 프로그램 설치 41
그림 3.1.5. 사용자 확인 (로그인 화면) 42
그림 3.1.6. 프로그램 초기화면 42
그림 3.1.7. 보수 대상 선정 화면 43
그림 3.1.8. 대상 열화 선정을 위한 기준 정의 44
그림 3.1.9. 우선순위에 따른 보수 대상 선정 결과 45
그림 3.1.10. 재료 및 공법에 대한 우선순위 정의 45
그림 3.1.11. 재료 및 공법 선정 결과 46
그림 3.1.12. 물량 산출 화면 47
그림 3.1.13. 재료 D/B 화면 48
그림 3.1.14. 재료 D/B 상세자료 입력 화면 48
그림 3.1.15. 공법 D/B 화면 49
그림 3.1.16. 공법 D/B 상세자료 입력 화면 49
그림 3.1.17. 보수이력 관리 화면 50
그림 3.1.18. 보수정보 상세자료 입력 화면 50
그림 3.1.19. 효과 예측 관리 화면 51
그림 3.1.20. 육안검사 관리 화면 51
그림 3.1.21. 초음파에 의한 품질검사 관리 화면 52
그림 3.1.22. Pull-Off Test 관리 화면 52
그림 3.1.23. 코어채취 관리 화면 52
그림 3.1.24. Test building 보수대상 검색 장면 53
그림 3.1.25. Test building 보수대상 선정 결과 화면 54
그림 3.1.26. Test building 재료 및 공법 선정 화면 55
그림 3.1.27. Test Building의 물량산출 화면 55
그림 3.1.28. Test Building의 보수후 사후 검사관리 화면 56
그림 3.2.1. 에폭시의 선형 응력-변형률 모델 58
그림 3.2.2. 제안된 에폭시 거동 모델의 응력-변형률 관계 59
그림 3.2.3. 제안된 모델과 실험결과의 비교 60
그림 3.2.4. 지수함수형 인장연화곡선 (허우영, 2000) 61
그림 3.2.5. CFRP, 철근 및 콘크리트의 응력-변형률 관계 (김기송, 1997) 62
그림 3.2.6. 다중선형 CFRP 거동 모델 64
그림 3.2.7. 제안된 모델과 기존 모델과의 비교 65
그림 3.2.8. CFRP판의 프리스트레싱 도입 방법 66
그림 3.2.9. 프리스트레싱에 의한 CFRP의 변형률 측정실험 방법 67
그림 3.2.10. 프리스트레싱에 의한 CFRP 위치별 변형률 측정 결과 69
그림 3.2.11. 프리스트레싱이 도입된 CFRP로 보강한 콘크리트 보의 4점 휨실험결과 69
그림 3.2.12. 부착실험 유형 71
그림 3.2.13. 부착실험 시편 개요도 74
그림 3.2.14. 부착실험 상세 개요도 79
그림 3.2.15. 부착면에서의 부착응력 80
그림 3.2.16. CFRP판의 변형률 분포(bond width＝30 mm) 81
그림 3.2.17. CFRP판의 변형률 분포(bond width＝50 mm) 81
그림 3.2.18. 콘크리트 강도에 따른 CFRP판의 변형률 분포 82
그림 3.2.19. CFRP판과 콘크리트 사이의 부착응력 분포(bp＝10mm)(이미지참조) 83
그림 3.2.20. CFRP판과 콘크리트 사이의 부착응력 분포(bp＝30mm)(이미지참조) 84
그림 3.2.21. CFRP판과 콘크리트 사이의 부착응력 분포(bp＝50mm)(이미지참조) 84
그림 3.2.22. 콘크리트 강도에 따른 부착응력 분포 85
그림 3.2.23. 콘크리트 강도와 파괴하중과의 상관관계 86
그림 3.2.24. 콘크리트 강도와 평균부착응력과의 상관관계 86
그림 3.2.25. 부착응력집중의 전이 현상 87
그림 3.2.26. 경계면의 bond-slip 모델(Yuan and Wu, 1999) 89
그림 3.2.27. 제안된 bond-slip model 90
그림 3.2.28. 제안된 bond-slip model의 하중 증가에 따른 경계면 거동 92
그림 3.2.29. 접합부에서의 변형과 평형(Yuan et al., 2004) 93
그림 3.2.30. 휨 실험체 상세 (단위:mm) 97
그림 3.2.31. 보강방법에 따른 하중-처짐 관계 101
그림 3.2.32. 슬래브 실험체 상세(단위:mm) 104
그림 3.2.33. 에폭시 수지의 재료 모델 110
그림 3.2.34. 다중선형 CFRP 재료 모델 111
그림 3.2.35. Derivation of hardening diagram for Druker-Prager 114
그림 3.2.36. Von Mises 114
그림 3.2.37. Multi-directional fixed crack model 117
그림 3.2.38. Secant crack stiffness 118
그림 3.2.39. Solid element를 사용한 콘크리트 모델링 119
그림 3.2.40. Solid element를 사용한 CFRP 모델링 120
그림 3.2.41. Solid element를 사용한 에폭시의 모델링 120
그림 3.2.42. Solid element를 사용한 정착장치의 모델링 121
그림 3.2.43. Bar element를 이용한 철근의 모델링 121
그림 3.2.44. Interface element(Q24IF)를 이용한 에폭시 모델링 122
그림 3.2.45. CFRP로 보강된 콘크리트 휨부재의 모델링 123
그림 3.2.46. 프리스트레싱 CFRP 보강 실험체의 하중-변위 해석결과 비교 126
그림 3.2.47. 프리스트레싱 CFRP 보강 실험체의 휨파괴 해석결과 126
그림 3.2.48. 실험체의 휨파괴 실험 및 해석결과 127
사진 3.2.1. 프리스트레싱에 의한 CFRP의 변형률 측정실험 전경 67
사진 3.2.2. 프리스트레싱 도입 장치 68
사진 3.2.3. CFRP Plate 전경 72
사진 3.2.4. Epoxy resin (Resin A, Resin B) 73
사진 3.2.5. 부착실험 장치 개요도 78
사진 3.2.6. 부착실험 Setup 장면 78
사진 3.2.7. CFRP판의 프리스트레싱 장치 99
사진 3.2.8. 단부정착판 단면 99
사진 3.2.9. 휨실험 전경 100
사진 3.2.10. 콘크리트 휨파괴그림 102
사전 3.2.11. 계면박리 파괴 102
사진 3.2.12. CFRP판의 인장파괴 102
사진 3.2.13. 슬래브의 휨실험 전경 106
사진 3.2.14. RS 실험체의 파괴모드 108
사진 3.2.15. R4A 실험체의 파괴모드 108
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