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ISSN : 2234-6937(Print)
ISSN : 2287-6979(Online)
Journal of Korea institue for Structural Maintenance Inspection Vol.22 No.3 pp.103-110
DOI : https://doi.org/10.11112/jksmi.2018.22.3.103

Long-term Flexural Behavior of RC Beams Strengthened in Flexure with NSM Fe-SMA Strips

Ki-Nam Hong1, Sugyu Lee2*, Sang-Hoon Han3, Panseung Kang4

본 논문에 대한 토의를 2018년 6월 1일까지 학회로 보내주시면 2018년 7월 호에 토론결과를 게재하겠습니다.


Corresponding author:sugyulee@chungbuk.ac.kr Department of Civil Engineering, Chungbuk National University, 1, Chungdaero, Seowon-Gu, Cheongju, Chungbuk, Korea
29/03/2018 27/04/2018 30/04/2018

Abstract


The long-term flexural behavior of reinforced concrete (RC) beams strengthened with an iron based-shape memory alloys (Fe-SMAs) by a near-surface mounted (NSM) method was evaluated. The pre-strained values of 2% and 4% and introduced prestressing force by an activation of a shape memory effect of the Fe-SMA strengthening material were considered as experimental variables. Deflections at the center of the RC beams were measured for six months after the 1 tonf concrete weight was loaded on the beam. Experimental results show that the deflections decreased because of the increased flexural stiffness of beams strengthened with the Fe-SMA strips. On the contrary, with increased pre-strained values, the deflection increased due to stiffness reduction of the strengthening material. It was confirmed that the specimens incorporating the prestressed force showed the deflection reduction of about 30%, compared to the ones without the prestressed force.



표면매립된 철계-형상기억합금 스트립으로 휨 보강된 RC보의 장기 휨거동

홍 기남1, 이 수규2*, 한 상훈3, 강 판승4
1정회원, 충북대학교 토목공학과 교수
2정회원, 충북대학교 토목공학과 박사후연구원, 교신저자
3정회원, 충북대학교 토목공학과 교수
4학생회원, 충북대학교 토목공학과 석사과정

초록


표면매립공법으로 매립한 철계-형상기억합금으로 보강한 보의 휨 거동을 장기 하중 재하실험을 통해 평가하였다. 철계-형상기억 합금 길이대비 2%와 4%의 사전변형 및 형상기억효과 활성화에 의한 프리스트레스 하중 도입을 실험변수로 설정하였다. 1 tonf의 콘크리트 추를 보 중앙에 거치한 후 6개월간의 보 중앙부의 장기 처짐을 측정하였다. 실험결과, 철계-형상기억합금으로 보강한 보의 휨 강성이 증대되었으며, 사 전변형이 증가할수록 보강재의 강성감소로 인한 처짐이 증가하는 것으로 나타났다. 프리스트레스 하중 도입에 따른 처짐을 비교했을 때, 프리스 트레스 하중을 도입하지 않은 실험체에 비해, 프리스트레스 하중을 도입한 실험체는 약 30%의 처짐 감소 효과를 보이는 것으로 나타났다.



    1 서 론

    철근콘크리트는 건설재료로 내구성, 내화성 등이 뛰어나 대부분의 토목구조물 시공에 사용되고 있다. 하지만, 철근콘 크리트로 건설된 구조물의 내구력은 시간경과에 따른 노후화 와 외부요인에 의한 손상으로 저하되게 된다. 이에 따른 해결 책으로, 구조물 보강에 관한 많은 연구와 적용이 이루어지고 있다(Triantafillou and Plevris, 1992; Chajes et al., 1994; Norris et al., 1997; Sim and Park, 2005; Chin et al., 2018).

    외부에 강판을 부착하여 보강하는 강판보강공법과 섬유시트 로 보강하는 섬유보강공법은 구조물의 내구력을 복원시키고 강 성을 증가시키는 대표적인 보강 공법이다(Loreto et al., 2013; Elsanadedy et al., 2013). 하지만, 강판보강공법의 경우 부식, 강 판 자중에 의한 사하중 증가 및 취급의 어려움 등의 문제점을 나 타내고 있으며, 섬유보강공법의 경우 부착재로 사용되는 에폭 시와 콘크리트 모체의 상이한 열팽창계수로 인한 계면의 부착 력 저하 및 보강재 박리 등의 한계점을 가지고 있다. 또한 에폭 시의 낮은 유리전이온도로 인해 낮은 내화성능을 가지고 있다 (Kim, 2005; Park, 2003; Choi et al., 2010; Bilotta et al., 2015).

    이들의 한계점을 보완하고자 시멘트계 모르타르를 부착재 로 적용한 표면매립(Near Surface Mounted) 공법이 개발되어 구조물 보강분야에 적용되고 있다(De Lorenzis et al., 2002; El-Hacha and Rizkalla, 2004). 시멘트계 모르타르는 시멘트를 주요 구성요소로 개발된 부착재로 수지계 에폭시보다 높은 열전이온도와 콘크리트와의 일체거동으로 에폭시 수지의 단 점을 보완할 수 있다. 이와 더불어 표면매립공법은 보강이 요 구되는 콘크리트 인장부 최외단 피복에 홈을 성형한 후 보강 재를 매립하는 공법으로 강판보강공법의 단점인 부식을 방지 할 수 있고 섬유보강공법의 단점인 보강재 박리를 방지할 수 있다. 시멘트계 모르타르를 이용한 표면매립공법은 보강재의 종류 및 매립 홈의 제원을 변수로 연구되고 있다(El-Hacha and Rizkalla, 2004; El-Hacha and Gaafar, 2011).

    그 중 하나로 철계-형상기억합금을 보강재로 활용한 연구 들이 최근 국내⋅외에서 수행되고 있다. 형상기억합금은 가 열 등의 외부 자극에 의해 사전에 기억된 특정한 형상으로 되 돌아가려는 특징을 가진 합금이다. 대표적인 Ti-Ni계와 Cu계 형상기억합금은 이미 수십 년 전부터 우주 항공 산업 분야 및 의료기기 분야 등 다방면적으로 사용되고 있다(Miller and Lagoudas, 2000). 하지만 이러한 형상기억합금은 비싼 원자재 가격 및 생산단가로 대규모의 토목구조물에 적용하기는 사실 상 불가능하였다. 1982년 Sato에 의해 가공성이 우수하고 원 재료 값이 Ti-Ni계 및 Cu계 형상기억합금보다 저렴한 철계-형 상기억합금이 개발되면서 토목분야, 특히 제진 및 면진보강 분야에서 활발하게 연구 및 적용되고 있다(Sato et al., 1982; Lee et al., 2013).

    철계-형상기억합금은 다른 종류의 형상기억합금과 같이 외부 가열에 의해 형상기억효과가 활성화된다. 이 활성화된 형상기억효과는 합금 자체에 변형을 발생시킨다. 이 변형을 외부에서 구속하면 철계-형상기억합금 내부에 회복응력이라 불리는 내부응력이 발생하게 된다. 이 회복응력은 철계-형상 기억합금 전 길이에 걸쳐 고르게 압축응력으로 작용하게 되 어 프리스트레스력으로 구조물에 전달될 수 있다. Table 1

    NSM 보강재로 사용된 철계-형상기억합금은 홈 충진재에 의해 변위가 구속되며, 전력공급을 통한 전기저항가열로 회 복응력을 발생시킨다. 이 회복응력은 주변 콘크리트에 압축 응력으로 전달되어 콘크리트 인장부에 압축력을 가하게 된 다.즉, NSM 보강재로 사용된 철계-형상기억합금은 보강된 구조물이 강연선을 활용하는 프리스트레스트 콘크리트와 동 일한 메커니즘으로 거동하게 한다(El-Hacha et al., 2001).. Table 2

    이에 본 연구는 철계-형상기억합금을 NSM 보강재로 사용 하여 보강된 RC 보의 휨성능을 장거적으로 평가하고자 한다. 보의 장기 휨거동은 철계-형상기억합금의 사전변형 및 형상 기억효과 활성화에 의한 긴장력 도입여부를 변수로 보 중앙 부의 처짐을 통해 분석되었다. Table 3

    2 실험개요

    본 연구에서는 철계-형상기억합금을 표면매립공법으로 보 강한 철근콘크리트 보의 초기 활성화 단계에서의 휨거동 및 6 개월에 걸친 장기 휨거동을 평가하고자 실험을 계획하였다.

    2.1 실험체 제원

    본 연구에서는 총 7개의 보를 제작하였다. 보의 단면치수는 300mm × 200mm이며, 인장 및 압축부 콘크리트 피복두께는 모두 30mm로 동일하게 설정하였다. 보의 총 길이는 3,000mm 이며, 순지간은 2,700mm으로 계획하였다. 모든 보에 SD400 등급의 D10 철근 3개를 인장철근으로 배근하였으며, 동일 등 급의 D13 철근 2개를 압축철근으로 배근하였다. 보의 전단내 력 검토결과, 모든 보의 전단내력이 충분한 것으로 확인되어 전단철근을 배근하지 않았다. 휨 실험체의 제원 및 형상을 Fig. 1에 나타내었다.

    28일간 양생기간을 거친 후 홈파기 장비를 사용하여 폭 15mm, 깊이 30mm 크기의 홈을 실험체의 인장부 하면에 종방 향으로 형성하였다. 홈파기가 완료된 홈에 폭과 두께가 각각 20mm, 1.5mm인 철계-형상기억합금을 삽입하였다. 홈에 삽 입된 철계-형상기억합금과 실험체 사이는 초속경 모르타르로 충전하였으며, 타설 후 28일간 기건양생을 실시하였다.

    본 연구에서는 보강재의 사전변형량 및 철계-형상기억합 금의 형상기억효과 활성화에 따른 프리스트레스 긴장력 도입 여부를 실험변수로 설정하였다. 실험변수를 정리하여 나타내 면 Table 1과 같다. 실험체명은 Table 1에 나타낸 것과 같이 사 전변형(PS0: 사전변형 0%, PS2: 사전변형 2%, PS4: 사전변형 4%)과 형상기억효과 활성화에 따른 프리스트레스 긴장력 도 입(N: 비활성화, P: 활성화)을 조합하여 명명하였다. 예를 들 어, “PS2-P” 실험체는 2% 사전변형된 철계-형상기억합금으 로 보강되었으며 형상기억효과 활성화에 의해 긴장력이 가해 진 실험체를 의미한다.

    2.2 사용재료

    본 연구를 위해 사용된 각 재료의 재료실험은 KS규정과 ASTM 규정에 맞추어 실시하였다. 콘크리트는 30.0MPa의 설 계 압축강도를 갖는 레디믹스 콘크리트를 사용하였으며, 사 용된 콘크리트의 배합설계를 Table 2에 나타내었다. 굵은 골 재의 최대치수는 23mm이고, 잔골재율은 50.4%, 물-시멘트비 는 42.3%이다.

    굳지 않은 콘크리트의 슬럼프는 155mm로 설정하였다. 단 위수량 감소 및 목표 슬럼프 확보를 위해 고성능 AE감수제를 혼입하였다. 압축강도 측정을 위해 실험체 타설 시 3개의 Ø100×200mm 실린더를 제작하였다. 재령 28일째 KS F 2405 에 따라 측정된 이 콘크리트의 평균 압축강도는 33.4MPa이었 다(KS, 2014). 또한 표면매립공법 충진재로 사용된 초속경 모 르타르의 압축강도는 ASTM C1329에 따라 측정되었으며, 2 시간에 25MPa, 3시간에 30MPa, 1일에 40MPa 및 28일 양생 시 80.5MPa의 강도를 발현하였다(ASTM, 2016).

    Table 3에 철근 제조회사로부터 입수한 사용 철근의 역학 특성을 나타내었다. 인장철근으로 사용된 D10 철근의 탄성계 수, 항복강도 및 인장강도는 각각 200GPa, 480MPa, 585.4 MPa이었다. D13 철근의 탄성계수, 항복강도 및 인장강도는 각각 200GPa, 487MPa, 591.7MPa이었다.

    본 연구에서 보강재로 사용된 철계-형상기억합금은 스위 스 R사에서 제조된 것으로 폭 100mm와 두께 1.5mm의 스트 립 형상이었다. 인장실험을 위하여 폭 10mm, 길이 330mm로 스트립을 절단하였다. 절단 시 마찰에 의한 형상기억합금의 손상을 최소화하기 위해 물과 연마제를 이용하는 워터젯 컷 팅시스템을 사용하였다. Fig. 2는 인장실험으로부터 얻어진 철계-형상기억합금의 응력-변형률 관계를 나타낸다.

    0.2% 옵셋법으로 결정된 이 합금의 항복응력, 항복변형률 및 탄성계수는 각각 463MPa, 0.0055mm/mm 및 133.2GPa로 Table 4에 정리하여 나타내었다.

    Fig. 3(a)와 (b)는 가열온도에 따른 철계-형상기억합금의 회 복응력 실험 장면과 회복응력-시간 곡선을 각각 나타낸다. 변 위구속 조건을 모사하기 위하여 만능재료 시험기의 변위를 구속시키고 160 °C인 목표온도에 도달할 때까지 전기저항 가 열법으로 열을 가하였다. 이 후 전력을 차단하고 상온까지 철 계-형상기억합금 시편을 냉각시켰다. 냉각과정 중 형상기억 효과의 활성화와 합금의 열수축효과로 인하여 회복응력이 크 게 증가하였다. 2%와 4% 사전변형을 가한 시편의 회복응력 은 각각 354MPa과 396MPa로 나타났다.

    2.3 실험체 제작

    2.3.1 철계-형상기억합금의 사전변형

    두께, 폭, 길이가 1.5mm, 20mm, 3,000mm로 절단된 철계- 형상기억합금 보강재를 길이 대비 2%와 4%까지 사전변형시 켰다. 철계-형상기억합금의 사전변형은 수평인장장치를 통 해 실시하였다. 수평인장장치는 시편을 고정시키는 정착장치 와 시편에 인장력을 가하는 유압시스템으로 구성되어 있다. 시편을 목표한 사전변형까지 3.0mm/min의 속도로 인장시킨 후 30초간 인장력을 유지하였다. 이 후 시편의 잔류응력이 0 이 될 때까지 동일한 속도로 인장력을 제거하였다.

    2.3.2 철계-형상기억합금의 표면매립

    철계-형상기억합금 보강재를 실험체 인장부 피복에 성형된 홈에 삽입하였다. 이후 실험체 모체와 형상기억합금 보강재가 완전 합성거동을 할 수 있도록 Fig. 4에 나타낸 것과 같이 초속 경 모르타르를 순지간의 90%인 2,430mm의 홈에 충전하였다.

    2.3.3 상재하중 재하

    인장부 홈에 충전한 초속경 모르타르를 1개월간 충분히 양 생시킨 이후 실험체를 강재 프레임에 설치하고, 실험체 중앙 에 약 1 tonf 중량의 콘크리트 추를 매달아 상재하중을 재하하 였다. 본 실험에서 상재하중으로 재하된 추는 가로 1,000mm, 세로 1,080mm, 폭 300mm의 직사각형 콘크리트 블록이었다. 길이 1,200mm, 폭 100mm의 강재판을 이용하여 강재프레임 에 거치된 실험체의 중앙에 하중블록을 매달았다.

    2.4 실험 방법

    2.4.1 철계형상기억합금의 활성화

    상재하중을 재하시키고 2일 후에 실험체 인장부에 매립된 철계-형상기억합금의 긴장력 도입을 위해 전기저항가열로 합 금의 형상기억효과를 활성화시켰다. 보강재에 전력을 공급하 기 위하여 매립 전 철계-형상기억합금 보강재 양 끝단에 10mm 직경의 홀을 천공한 후 전력공급용 구리 클립을 연결하였다. 직렬로 연결된 전력 공급장치로 10A/mm 2의 전력을 형상기억 합금 보강재에 통과시켰다. Fig. 5는 전력공급장치로부터 전력 을 전달하여 철계-형상기억합금을 활성화시키는 과정을 나타 낸 사진이다. 전기저항열이 160 °C에 도달할 때까지 23초간 전 기를 통과시켰으며, 그 이후 전기를 차단하고 상온까지 보강재 를 냉각시켰다. 철계-형상기억합금 보강재의 표면온도는 보강 재 부착된 절연성 K-타입 열전대를 통해 측정되었다.

    2.4.2 측정항목

    강재 프레임 위에 거치된 실험체에 콘크리트 블록을 매달 고 즉시처짐이 안정화된 2일 후에 철계-형상기억합금 보강재 활성화 작업을 수행하였다. 철계-형상기억합금의 활성화 과 정에 발생된 실험체 중앙부의 처짐은 보 중앙하단에 설치된 50mm 용량의 LVDT를 이용하여 측정되었다. 활성화 작업 이 후에 실험체 중앙의 처짐은 Fig. 1에서 나타난 것과 같이 다이 얼 변위 측정기를 사용하여 측정하였다. 또한, 실험체 중앙부 인장철근과 상부콘크리트에 부착된 변형률 게이지를 이용하 여 인장철근과 콘크리트의 변형률도 측정하였다.

    중앙부 처짐, 인장철근 및 콘크리트 상부의 변형률은 데이 터로거를 사용하여 상재하중 재하 초기부터 3시간까지는 1초 간격으로, 그 후 9시간까지는 5분 간격으로, 9시간부터 24시 간까지는 1시간 간격으로 측정하였다. 그 후 3개월까지는 주 당 두 번씩 측정하였으며, 6개월까지 주당 한 번씩 데이터를 측정하였다. 실험전경을 Fig. 6에 나타내었다.

    3 실험결과

    철계-형상기억합금 보강재를 사용하여 보강한 보의 휨거 동은 (1) 1 tonf의 상재하중 재하 직후 발생한 즉시처짐; (2) 철 계-형상기억합금의 형상기억효과 활성화로 인한 처짐회복; (3) 6개월 후의 장기처짐으로 분석된다.

    3.1 즉시처짐

    상재하중에 의한 즉시처짐 결과를 Fig. 7과 Table 5에 나 타내었다. 철계-형상기억합금으로 보강되지 않은 Control 보의 경우 5.1mm의 즉시처짐이 발생하였으며, 사전변형 증 가에 따른 즉시처짐은 사전변형을 가하지 않은 보강재를 사용한 실험체(PS0-N)부터 2%와 4%사전변형을 가한 보강 재를 사용한 실험체(PS2-N, PS4-N)까지 각각 1.78mm, 2.08mm, 2.49mm 발생하였다. Control에 비해 보강한 실험 체는 50.78∼65.1% 처짐 감소를 보였으며, 이는 보강재에 의한 휨성능 향상의 결과로 생각된다. 또한, 철계-형상기억 합금 보강재의 사전변형이 증가할수록 즉시처짐은 16.8%와 39.9% 증가하는 경향을 보였다. 이는 사전변형 증가에 따른 철계-형상기억합금의 강성이 감소하기 때문인 것으로 판단 된다(Yeon, 2018).

    콘크리트 탄성계수 E c 와 유효단면2차모멘트 I c 를 이용하 여 실험체의 즉시처짐을 구하였다. 이를 수식으로 표현하면 아래 식 (1)∼(3)과 같다.

    I c = ( M c r M a ) 3 I g + [ 1 ( M c r M a ) 3 ] I c r
    (1)

    여기서, M c r = f r I g y t

    f r = 0.63 f c k ( M P a )

    여기서, M c r , M a 는 각각 균열 모멘트와 부재에 작용하는 최대 모멘트를 뜻하고, f c k , f r y t 는 콘크리트의 설계압축 강도, 인장강도 및 중립축에서 인장연단까지의 거리를 나타 낸다. I g , I c r 는 각각 비균열단면2차모멘트와 균열단면2차모 멘트를 뜻한다.

    E c = 8 , 500 f c k + 4 3 ( M P a )
    (2)

    Δ = P a 48 E c I c ( 8 a 2 + 12 a b + 3 b 2 )
    (3)

    여기서, E c , a , b 는 콘크리트의 할선탄성계수, 지점에서 하 중 재하지점까지 거리 및 순수 휨 구간의 거리이다.

    모든 실험체에서 이론값/실험값이 0.77∼0.87로 이론식에 의한 값이 실험값에 비해 작은 값을 갖는 것으로 나타났다. 이 는 유효단면2차모멘트 산정이 적절하지 않기 때문인 것으로 판단된다.

    3.2 처짐복원

    형상기억효과의 활성화로 인해 보강재에 도입된 긴장력에 인한 실험체 중앙부의 시간-처짐 이력곡선을 Fig. 8에 나타내 었다. 가열 초기에는 열팽창에 의한 하향처짐이 발생함을 Fig. 8을 통해서 확인할 수 있다. PS2-P와 PS4-P 실험체에서 각각 0.238mm, 0.251mm의 하향처짐이 발생하였다. 실험체 의 열팽창에 의한 하향처짐은 보강재의 표면온도가 목표온 도에 도달한 이후 전기를 차단하면서 천천히 회복되었으며, 3시간 이후에는 캠버효과로 인해 상향처짐이 발생하였다. 3 시간 이후의 PS2-P와 PS4-P의 상향처짐은 각각 0.41mm와 0.467mm이었다.

    철계-형상기억합금 보강재의 활성화로 인해 도입된 긴장 력에 의한 상향처짐은 사전 연구로 수행된 회복응력 실험결 과를 토대로 이론적으로 예측할 수 있다. 이론적인 상향처짐 은 식 (4)∼(5)와 같이 나타낼 수 있다.

    δ s m a = M s m a l o ( l l o ) 4 E c I g + M s m a l o 2 8 E c I g
    (4)

    M s m a = P s m a e = A s m a σ r e c e
    (5)

    여기서, l o 는 Fig. 4에 나타낸 철계-형상기억합금의 부착길이, l 은 실험체의 순지간, E c I g 는 콘크리트 보의 휨 강성을 의미하 며, σ r e c 는 Fig. 3에 나타난 보강재의 회복응력을 의미한다.

    콘크리트 슬래브의 중립축부터 보강재 도심까지 거리인 편 심, e 는 식 (6)∼(9)과 같이 나타낼 수 있다.

    E c = 8500 f c u 3
    (6)

    n = E s E c
    (7)

    c = 0.5 b h 2 + ( n 1 ) A s d + ( n 1 ) A s d b h + ( n 1 ) A s + ( n 1 ) A s
    (8)

    e = d s m a c
    (9)

    여기서, c 는 슬래브 실험체의 중립축, d s m a 는 슬래브 상단 으로부터 철계-형상기억합금의 도심까지의 거리를 의미한다. 철계-형상기억합금은 단면적이 작아 중립축 계산에 큰 영향 을 미치지 않으므로 고려하지 않았다.

    PS2-P 실험체의 상향처짐은 0.41mm이였으며, 식 (4)를 통 해 산출한 상향처짐 0.43mm였다. PS4-P 실험체의 상향처짐 은 0.451mm이였으며, 식 (4)을 통해 산출한 상향처짐 0.49mm 으로 나타났다. 이론값/실험값은 PS2-P, PS4-P 실험체에서 각 각 1.04와 1.08로 철계-형상기억합금의 회복응력이 철근콘크 리트 부재에 적절하게 긴장력으로 전달됨을 확인할 수 있다.

    3.3 장기처짐

    시간에 따른 실험체의 장기 처짐곡선을 Fig. 9에 나타내었 다. PS0-N 실험체에는 6개월 후 추가적으로 약 2.49mm의 처 짐이 발생하였다. PS2-N와 PS4-N 실험체에는 6개월 후 추가 적으로 각각 2.7mm, 3.49mm의 처짐이 발생하였다. 사전변형 을 하지 않은 보강재와 비교하여 사전변형이 큰 보강재를 사 용할수록 장기처짐이 증가하는 경향을 확인할 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 형상기억합금의 사전변형이 증가할수록 탄 성계수가 감소하고, 응력이완이 크게 발생하기 때문인 것으 로 생각된다.

    한편, 2%와 4%의 사전변형을 가지며, 전기저항으로 회복 응력을 활성화시킨 보강재로 보강된 PS2-P와 PS4-P 실험체 에는 6개월 이후 추가적으로 약 2.0mm, 2.16mm의 처짐이 발 생하였다. 이는 PS2-N와 PS4-N에 비하여 각각 26%, 38% 감 소한 값으로 프리스트레싱 효과에 기인한 것으로 생각된다. 또한, 본 실험을 통해 형상기억효과의 활성화를 통한 긴장력 도입이 형상기억합금의 릴락세이션에 큰 영향을 미치지 않음 을 확인할 수 있었다.

    4 결 론

    본 연구에서는 철계-형상기억합금으로 휨 보강된 보에 대 한 장기거동을 분석하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.

    • 1) 보강하지 않은 실험체와 보강된 실험체의 처짐을 비교했 을 때, 철계-형상기억합금 보강재는 약 50∼65%의 처짐 을 감소시키며 휨 강성을 증가시키는 것으로 나타났다.

    • 2) 철계-형상기억합금의 사전변형 증가에 따라 즉시처짐이 16.8%, 39.9% 증가하는 것으로 나타났다. 이는 사전변 형으로 인한 철계-형상기억합금의 강성감소가 원인인 것으로 생각된다.

    • 3) 2%와 4% 사전변형된 철계-형상기억합금 보강재를 활성 화한 실험체 이론처짐/실험처짐이 각각 1.04와 1.08로 철 계-형상기억합금의 회복응력이 철근콘크리트 부재에 적 절하게 긴장력으로 전달됨을 확인할 수 있다.

    • 4) 2%와 4%의 사전변형을 가지며, 전기저항으로 회복응력 을 활성화시킨 보강재로 보강된 실험체에는 6개월 이후 추가적으로 약 2.0mm, 2.16mm의 처짐이 발생하였다. 이는 활성화하지 않은 보강재를 사용한 실험체에 비해 각각 26%, 38% 감소한 값으로 프리스트레싱 효과에 기 인한 것으로 생각된다.

    • 5) 6개월 간의 장기재하 실험을 통해 형상기억효과의 활성 화를 통한 긴장력 도입이 형상기억합금의 릴락세이션에 큰 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있었다.

    감사의 글

    본 연구는 국토교통부 / 국토교통과학기술진흥원의 지원 으로 수행되었음( 과제번호 -115171).

    Figure

    JKSMI-22-103_F1.gif

    Schematic of long-term test setup

    JKSMI-22-103_F2.gif

    Stress-strain curve of Fe-SMA

    JKSMI-22-103_F3.gif

    Recovery stress test of Fe-SMA

    JKSMI-22-103_F4.gif

    Details of embedded Fe-SMA in concrete

    JKSMI-22-103_F5.gif

    Activation of NSM Fe-SMA strips

    JKSMI-22-103_F6.gif

    Long-term test setup

    JKSMI-22-103_F7.gif

    Load-instant deflection on RC beams

    JKSMI-22-103_F8.gif

    Comparison of deflection-time curves during NSM Fe-SMA strips

    JKSMI-22-103_F9.gif

    Comparison of long-term deflection-time curves

    Table

    Test variables

    Mixture design of used concrete

    a)Water-reducing admixture

    Mechanical properties of used steel rebars

    Mechanical properties of Fe-SMA

    Comparison of instant deflections

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