토목공학의 발전은 성능이 우수한 신소재와 신기술의 응용과 발전에 크게 달려 있다. 기존 구조의 보강 개조 분야에서는 재료 경제, 미관, 시공이 편리할 뿐만 아니라 시공 후 구조의 운반 능력을 크게 향상시킬 것을 요구한다. FPR 복합 재료는 뛰어난 역학 성능과 광범위한 적용성으로 인해 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다.
유리강 복합 재료는 주로 탄소섬유 (CFRP), 아라미드 섬유 (AFRP) 및 유리 섬유 (GFRP) 로 구성되며, 그 재료 형식은 주로 시트, 바 및 강재이다. 유리강의 장점은 중량, 강도, 탄성 계수, 피로 저항, 내식성 및 내구성, 열팽창 계수가 낮다는 것입니다. 또한 FRP 복합 재료는 재료를 절약하고 자유롭게 잘라서 시공이 편리하고 빠르다. 초기 투자는 크지만 유지비가 낮아 경제적 이득이 뚜렷하다. 따라서 FRP (시트) 복합 재료는 토목 구조 보강 공사에서 큰 응용 잠재력을 가지고 있습니다.
1 FRP 복합 재료의 기본 특성
강화 섬유 재료가 발전함에 따라 탄소 섬유, 아라미드 섬유 및 유리 섬유는 현재 구조 공학에서 중요한 보강재가 되었습니다. 다음 표에서는 몇 가지 일반적인 FRP (시트) 복합 재료의 기본 기계적 특성을 보여줍니다.
유리강 복합 재료의 성능은 다르다. 인장 강도와 인장 계수 면에서 유리섬유와 아라미드 섬유는 일반적으로 탄소섬유보다 1/3 정도 낮습니다. 파열 신장률 방면에서 아라미드 섬유는 일반적으로 탄소섬유의 2 배 정도이며, 유리 섬유는 일반적으로 탄소섬유보다 70% 정도 높다. 인성과 내충격성에 있어서, 아라미드와 유리 섬유는 탄소섬유보다 훨씬 낫다. 아라미드 및 유리 섬유의 알칼리 부식 내성은 탄소 섬유만큼 좋지 않습니다. 다른 방면의 성능 차이는 여기서 자세히 설명하지 않겠습니다.
구조 보강 공학에 2FRP 복합 재료 적용
2. 1 민간 건물, 교량 및 산업 공장
FRP 복합 재료는 뛰어난 역학 성능 때문에 민간 건축과 공업 공장의 보강에 광범위하게 적용되었으며, 주로 ① 보의 보강을 포함한다. 보강 철근의 작용에는 굽힘 및 전단 저항이 포함됩니다. 굽힘 강화 과정에서 FRP 복합 재질의 섬유 방향은 빔의 축과 일치하며 일반적으로 빔의 당기기 측면에 부착되어 빔의 하중 용량이 증가합니다. 관련 실험에 따르면 빔이 힘줄을 초과하지 않는 한 AK-60 층을 붙이면 하중력이 약 30%, 두 층을 붙이면 40% 높아진다. 전단 보강시 FRP 복합 재질의 섬유 방향은 빔의 축에 수직입니다. (2) 슬래브 철근 배근. 일반 판재의 보강 간격은 비교적 높기 때문에 강화 후 외관에 영향을 주지 않으므로 두께가 얇고 부드러운 FRP 복합재로 보강하는 것이 좋습니다. ③ 기둥 철근. 아라미드 천과 유리 섬유 천은 이상적인 기둥 보강재이다. 탄성 계수가 작기 때문에 탄소섬유보다 연성이 좋습니다 (탄성 계수 235GPA). 또한 모서리를 연마할 때는 보통 10mm 정도만 필요하고, 일반적으로 연마할 필요가 없고, 탄소섬유는 30 mm 정도 필요하므로 아라미드 섬유를 사용하면 많은 시간을 절약할 수 있다.
2.2 지하철과 터널
지하철과 터널은 모두 지하 구조이기 때문에, 힘과 지면은 다르다. 터널의 상단과 측면에서는 토압 작용과 헤드룸 요구 사항이 있기 때문에 전통적인 보강 방법은 균열을 보수할 때 불가능하며, 아라미드 천 (비전도성) 으로 수리를 보강하면 다양한 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다. 지하철이나 터널의 아치형 또는 측벽 균열은 일반적으로 다방향, 불규칙적이기 때문에, 이를 위해서는 수리 재료가 좋은 전단 성능을 필요로 하며, 또한 다음과 같습니다. (주: 번역주: 번역주: 번역주: 번역주: 번역주: 번역주: 번역주: 번역주)
2.3 굴뚝과 급수탑
고공으로 발전하고 있는 굴뚝급수탑으로 인해 보강 유지가 특히 어렵기 때문에, 기존 견고성 방법 (예: 단면법 확대, 접착강법) 은 기본적으로 이러한 문제를 해결하기 어렵고, 무게가 가볍고 강도가 높고 부식에 내성이 있으며 내구성이 좋은 복합 재료 (특히 아라미드 섬유) 를 사용하여 보강하는 것이 좋은 방법이다.
3 가지 보강 방법 비교
3. 1 확대 단면 방법
이 보강 방법은 힘 면적을 늘려 구조의 하중 용량을 늘리는 것으로, 일반적으로 여유 공간이 높지 않은 작은 구조에 사용됩니다. 이 방법은 비용이 저렴하다는 장점이 있지만 기존 구조의 자중은 높이고 여유 공간은 줄이며 시공 주기가 길어 한계가 크다. 현재 큰 프로젝트에서는 거의 사용되지 않습니다.
3.2 스틱 스틸 방법
강판으로 보강할 때는 일반적으로 강판을 보강된 구조의 바깥쪽 가장자리에 붙이고, 붙인 부위의 균열과 결함을 닫아 콘크리트의 변형을 제한한다. 점강강화의 특징은 ① 구조강도를 높이고 강성을 높일 수 있다는 것이다. ② 리벳 팅 구조 (철 구조물) 에 적응하고 노드 보강에 적응한다. (3) 충격 및 진동 구조 보강에 적합한 연신율이 크다. ④ 강판 표면 처리가 엄격하여 결합면이 녹슬기 쉽다. ⑤ 두꺼운 강판 끝의 응력 집중으로 콘크리트가 쉽게 벗겨진다.
위에서 볼 수 있듯이, 이런 방법으로 보강할 때는 몇 가지 사항을 주의해야 한다. ① 강판의 크기 요구 사항은 매우 엄격하다. 굽힘에 대한 저항은 원래 구조 변형과 조화를 보장하기 위해 얇아야 한다. 전단할 때 좀 두껍게 해야 할 뿐만 아니라, 고정할 때도 끝 강판을 작은 응력 영역으로 연장하여 응력 집중이 구조의 운반 능력을 손상시키는 것을 방지해야 한다. (2) 붙여 넣은 후 강판 가장자리 균열은 반드시 처리해야 한다. ③ 강판의 부식 방지 처리 또한 장기적인 과제이다. 따라서 비용은 높고 적용 범위에는 한계가 있으며 일반적으로 강성 요구 사항이 엄격한 곳에서만 사용됩니다.
3.3 FRP 복합 재료 방법
FRP 복합근은 강도가 높고, 탄성 계수가 높고, 두께가 얇고, 무게가 가볍다는 특징이 있습니다. (2) 재료는 임의의 길이, 임의의 교차, 모든 표면 및 모든 형태의 구조에 적응할 수 있습니다. ③ 내식성 및 우수한 피로 저항; (4) 간단한 건설, 콘크리트와 밀접한 결합; ⑤ 재료 방습 요구 사항은 엄격하며 이음새 영역을 보강하기에 적합하지 않습니다.
현재 FRP 보강 시장 중 탄소섬유가 차지하는 비중이 가장 크다. 탄소섬유는 전도성이 강한 재질로, 큰 정적 하중을 견딜 수 있지만 절연 요구 사항이 높은 전기철도, 지하철, 터널에는 적용되지 않습니다. 강도가 높고 탄성계수가 높은 아라미드 섬유는 이런 제한이 없어 충격하중을 자주 견딜 수 있다. 아라미드 섬유의 최종 파괴 형태는 플라스틱 파괴이며, 이것도 장점이다. 전단에 대한 저항에도 큰 장점이 있다. 우수한 전단 저항으로 교각을 보강하는 데 일반적으로 사용되지만 아라미드 섬유는 전용 세라믹 가위로 잘라야 합니다.
4 FRP 복합 재료 선택
4. 1 환경적 영향
고염도, 고습도 지역에서는 유리 섬유 복합 재료 대신 탄소 섬유 복합 재료를 선택해야 합니다. 온도 변화가 큰 지역에서는 유리 섬유의 열팽창 계수가 콘크리트와 비슷하므로 유리 섬유를 사용해야 합니다. 유리섬유와 아라미드 섬유는 좋은 절연체이고, 탄소섬유는 전도성이 있다. 철근의 잠재적 전류 부식을 피하기 위해 탄소섬유 재료는 철근과 직접 접촉해서는 안 된다.
4.2 로드 영향
충격 또는 진동 하중을 자주 받는 구조의 경우, 인성과 내충격성이 탄소 섬유 복합 재질보다 우수한 아라미드 섬유와 유리 섬유 복합 재질을 선호해야 합니다. 탄소 섬유 복합 재료는 크리프와 피로 내성이 필요한 구조에 선호되어야 합니다. 탄소섬유 소재는 아라미드 섬유와 유리 섬유 소재보다 훨씬 좋은 내연성과 피로성을 가지고 있습니다.
4.3 보호 층 영향
피복의 두께와 유형은 FRP 복합 재료의 요구사항에 따라 선택해야 합니다. 습도, 온도, 충격, 노출 등과 같은 환경 저항에 대해 효과적인 보호 조치를 취해야 합니다. ), 건설 현장 저항, 인공 파괴 저항 등. , FRP 복합 재료의 기계적 성질을 감소시키지 않도록. 보호층은 일반적으로 두 가지 방법으로 사용됩니다. 1 FRP 복합 재질 외부의 수지 접착제 층을 두껍게 하여 탄성 보호층을 제공합니다. ② FRP 복합 재료 외부에 고강도 시멘트 모르타르를 발라 FRP 복합 재료를 손상으로부터 보호한다.
5 결론
우리나라에서는 각종 교량과 건축 구조의 수리, 강화, 개조가 앞으로 상당한 기간 동안 건설 프로젝트의 초점이 될 것이다. 현재 국내에서 일반적으로 사용되는 보강 방법은 주로 섬유천 복합보강, 강판 부착, 단면 확대 등이다. 위의 분석에서 볼 수 있듯이 FRP 복합보강법은 뚜렷한 장점과 경제적 이득이 있어 구조공학에 광범위하게 적용될 것으로 보인다.
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