고전적층판 이론에 의한 재료실험 및 카본시트로 구속된 원형 콘크리트 기둥의 압축강도 실험연구

An Experimental Evaluation of Classical Lamination Theory via Compressive Strength Testing of a Circular Concrete Column Confined by Layers of Carbon Sheets

본 연구에서는 카본시트의 재료적 특성을 파악하기 위하여 고전적층판 이론을 이용한 해석과 재료실험을 수행하였다. 재료실험 결과 카본시트의 인장강도는 철근의 인장강도인 400MPa 보다 9.5배 큰 3,790MPa로 나타났으며, 탄성계수는 291Gpa로 나타났다. 원형 콘크리트 기둥 시험체의 제원은 300×600mm의 공시체 이며, 실험 변수는 카본시트의 두께(시트의 장수)와 탄소섬유의 배치 각도 두 가지로 선정하였다. 기둥의 축 방향을 0°, 수직 방향을 90°로 설정하였 으며 첫 번째 시트는 공통적으로 90° 방향으로 배치한 후 ±30°, ±45°, ±60°, ±75°, ±90° 방향의 짝수 배수로 카본시트를 감아서 구속효과를 비교하였다. 탄소섬유의 배치 방향이 0°에 가까울수록 섬유가 조기에 찢어지는 파괴가 나타난 반면, 90°에 가까울수록 구속효과가 극대화되며 종국에는 큰 굉음을 동반하며 극한상황에 도달하였다. 압축강도가 가장 크게 나타난 시험체는 90-5T 시험체로 보강되지 않은 콘크리트의 강도에 비하여 2.7배 압축강도가 향상되었다.

In this study, a circular concrete column confined by carbon fiber sheets was analyzed in terms of classical lamination theory to investigate the material properties of carbon sheets. The results of material experiments show that the tensile strength of the carbon sheet was 3,790 MPa, 9.5 times greater than the tensile strength of the reinforcement, and its elastic modulus was 291 Gpa. The circular concrete column specimen had dimensions of 300 X 600 mm. The thickness of the carbon sheet (number of plies) and the arrangement angle of the carbon fibers were measured as experimental variables. The axial direction of the column was positioned at 0° and the vertical direction was set to 90°. The first sheet was placed at a 90° angle and then the subsequent carbon sheets were wound in even multiples of ±30°, ±45°, ±60°, ±75°, and ±90° to compare the confinement effect. The results show that fibers were more easily torn in arrangements of carbon fiber sheets closer to 0°. In contrast, arrangements closer to 90° tended to maximize the confinement effect; these carbon laminates remained relatively rigid until they eventually fractured. The 90-5T specimen showed the greatest compressive strength, and was 2.7 times stronger than unreinforced concrete.