GFRP Bar를 휨보강근으로 사용한 경량골재콘크리트 슬래브의 거동에에 관한 기초적 연구

Abstract

철근콘크리트 구조물이 점점 고층화, 대형화되어가고 있어 콘크리트 재료의 고강도화와 구조물의 경량화는 필수적이라고 할 수 있다. 그리고 지구 온난화에 따른 이상 기후변화로 인하여 우리나라도 겨울철에 한파, 폭설 등이 잦고 이 때문에 기존의 교량 구조물 등이 부식의 위험에 노출될 수 있는 환경에 처해 있다. 또한 최근에 레저시설 뿐만 아니라 군사시설, 산업시설 등에서 해양 플랫폼, 초대형 부유식구조물(Very Large Floating Structure, VLFS)의 설치에 대한 관심이 증가하고 있다(1-3). 이러한 시설물들이 설치되는 경우에 상, 하부구조로서 철근콘크리트 슬래브가 사용되는데, 철근의 부식 방지와 자중감소가 중요한 문제점이 되고 있다. 철근의 부식방지 대책으로서 전기 방식, 화학적 방식, 철근 피복두께(cover)의 증가, 에폭시 도포 철근의 사용 등이 있으나 모두가 근원적이고 장기적인 대책은 되지 못한다. 따라서 철근 대신에 염화물 등으로 인한 부식에 강한 내구성과 중량 대비 고강도의 특성을 갖는 FRP(Fiber Reinforced Polymer) bar의 활용이 이에 대한 적극적인 대책 중의 한 방법이 될 수 있을 것으로 판단된다(4-6, 21-23). 현 시점에서 FRP bar의 가격이 철근에 비하여 고가인 불리한 면이 있으나, 구조물 전체 제작비에서 철근이 차지하는 부분이 많지 않은 점과 구조물 완공 후 사용기간 동안 유지보수 면에서 경제적일 수 있다는 점들을 고려하면 FRP bar가 철근 대체재로서 활용가능성이 있을 것으로 판단된다. 또한 콘크리트 재료로서 교량 및 건축 구조물에 활용되고 있는 경량콘크리트를 사용한다면, 보통콘크리트를 사용하는 것에 비하여 내구성 증가와 구조물의 자중을 감소시킬 수 있어서 경량콘크리트가 보통콘크리트에 비하여 현재 단가가 높은 가격임에도 불구하고 구조물의 안정성과 건설비용 감소에 부분적으로 기여할 수 있을 것으로 예상된다(7,8). 따라서 상기의 이러한 점들을 고려해본다면 앞으로 FRP bar와 경량콘크리트를 함께 사용하는 다양한 콘크리트 구조물들에 대하여 기초적이고 또한 실용적인 많은 연구가 필요할 것으로 예상할 수 있다. 경량콘크리트를 보 또는 슬래브 구조체에 활용하기 위하여 재료 특성치에 관한 연구(9-13, 17-20), 보통콘크리트에 FRP bar를 휨보강근으로 사용한 콘크리트 구조체에 대한 연구는 국, 내외적으로 각각 개별적으로 활발히 진행되고 있으나(4-6, 21-23), 경량콘크리트에 FRP bar를 휨보강근으로 사용하는 콘크리트 구조체에 대한 연구는 현재까지 거의 전무한 실정이다. 다만 최근 국내에서 행해진 연구로서 GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer) bar를 휨보강근으로 사용한 경량콘크리트 보를 대상으로 콘크리트 압축강도와 휨보강근비 변화에 따른 일련의 보 실험을 행하고, 이 결과를 분석하여 경량콘크리트 보에서 콘크리트의 전단력 기여분을 평가하는 방법을 제시한 정도이다(14). 이에 따라 본 연구실에서는 내부식 및 경량화를 고려한 콘크리트 구조물(교량 바닥판, 수처리 관련 슬래브 구조체, 해양 레저시설과 산업시설 등의 슬래브 구조체)을 대상으로, GFRP bar를 휨보강근으로 사용하는 경량콘크리트 슬래브 구조체의 특성을 조사해나가기로 하였다. 그 과정의 첫 단계에 해당하는 본 연구에서는 콘크리트 파괴에너지 측정, 슬래브의 휨 실험, 상용 비선형해석 프로그램을 이용한 수치해석, 그리고 얻어진 휨 실험결과와 수치해석결과 비교 등을 통하여 상기 슬래브의 특성에 대하여 기초적인 분석을 행하는 데 초점을 두었다. 추후 계속 이어질 본 연구의 결과는 실용화되는 경우에 레저시설, 군사시설, 산업시설 등의 슬래브 구조체 설계 방법에 필요한 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 사료된다