강철 인터페이스 슬립

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 22375(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

탄소섬유강화폴리머(CFRP) 시트로 보강된 복합강과 콘크리트 빔의 크리프 작용에 의해 CFRP 시트의 표면, 철골 빔, 콘크리트 슬래브 빔이 상대 미끄럼을 발생시킵니다. 이러한 미끄러짐은 경계면 상호작용에 영향을 미치고 부재의 지지력과 강성을 감소시키며 변형을 증가시킵니다. 본 논문에서는 콘크리트 크리프 작용에 따라 CFRP 시트로 보강된 철골 보와 콘크리트 슬래브 사이의 계면력을 분석하기 위해 탄성 및 에너지 방법을 사용합니다. 인터페이스 슬립, 축력 및 증분 변형에 대한 계산 공식이 설정됩니다. 인터페이스의 기계적 특성에 대한 설계 매개변수의 영향을 분석합니다. 결과는 28일째에 계면 미끄러짐, 축력 및 변형의 증가가 0임을 보여줍니다. 연령이 증가함에 따라 계면 미끄러짐, 축력 및 변형의 증가는 점차 증가하며 처음 100일 동안 그 증가가 큽니다. 기본적으로 100일에서 1028일 사이의 기간 동안 변경되지 않습니다. 하중이 5N/mm(5kN) 증가하면 슬립 증분은 약 0.004mm, 0.002mm, 0.002mm 증가합니다. 축력의 증가분은 약 19.4kN, 15.9kN 및 16.1kN입니다. 변형 증분은 약 1.7mm, 1.1mm, 0.6mm씩 증가합니다.

철강 구조물은 편리한 시공과 강력한 실용성으로 인해 산업 및 토목 건물, 교량 엔지니어링에 널리 사용됩니다1,2. 사용 및 환경과 같은 다양한 요인의 영향으로 인해 철골 구조물에는 다양한 결함 및 손상이 존재하며3,4, 특히 철골 구조물에 과부하가 걸리는 경우 더욱 그렇습니다. 즉, 구조물의 사용하중은 구조물의 허용사용하중보다 훨씬 크다5. 이러한 상황은 구조물의 노화를 가속화하고, 특히 구조물 자체가 건설로 인해 경미한 손상을 입은 경우 구조물의 수명을 단축시킵니다. 과부하는 구조의 손상을 증가시키고 미세한 결함이 점차 확대되고 수렴되어 거시적 기계적 특성 측면에서 재료의 열화를 초래합니다. 엔지니어링 사고도 발생합니다. 따라서 철구조물을 강화하고 보수하는 방법에 대한 연구는 토목공학에서 항상 중요한 노력이 되어왔다. 데이터에 따르면 재건축 프로젝트는 신축 프로젝트에 비해 약 40%의 투자를 절약하고 건설 기간을 약 50% 단축할 수 있습니다6,7. 비용 효율적인 철구조물 보강 및 보수 기술을 찾는 것은 해결해야 할 기술적 문제일 뿐만 아니라 지속가능한 발전과 관련된 사회적 문제이기도 하다.

철골 구조물을 강화하는 전통적인 방법에는 철골 부재의 단면 수를 늘리고, 막대와 지지대를 추가하고, 프리스트레스 보강하는 방법이 포함됩니다. 그중에서도 강철 부재의 단면 수를 늘리려면 강철판을 용접, 리벳팅, 볼트 체결 또는 접착하여 새 강철 부재와 원래 강철 부재를 연결하는 것이 포함됩니다8,9. 구조는 평면에서 공간으로 변화하며10,11, 철구조물의 적절한 부위에 프리스트레스 타이로드에 프리스트레싱 철근을 설정하여 구조물에 하중과 반대되는 응력을 형성한다12,13,14. 이러한 방법은 어느 정도 부품의 단면 크기를 증가시켜 부품의 무게를 증가시키고 강성의 변화를 증가시킵니다. 이는 구조물의 내부 힘의 재분배, 불편한 운송 및 설치, 복잡한 건설 및 높은 유지 관리 비용을 초래합니다. 최근에는 철골보강에 FRP(Fiber Reinforced Polymer) 시트를 사용하는 것이 국내외에서 새로운 보강공법으로 대두되고 있다. 이 보강 방법에는 FRP 시트를 강철 빔에 붙이거나 고정하는 작업이 포함됩니다. FRP 소재의 높은 강도는 보강 효과를 얻기 위해 빔의 지지력과 강성을 향상시키는 데 사용됩니다.