탄소섬유시트 보강

탄소섬유시트 보강이란

탄소섬유시트 보강은 탄소섬유 시트를 부재의 인장면에 붙여 휨 내력을 높이는 공법이다.

철거 없이 부재 표면에 붙이므로 사용 중인 구조물을 계속 운영하면서 보강할 수 있다.

탄소섬유는 섬유 방향으로만 강하므로, 섬유 방향을 부재축 방향에 맞춰 붙인다.

이 주제는 보강 전후 휨강도 비교와 시트 매수 산정 문항으로 시험에 반복해 나온다.

보강이 필요한 이유

구조물은 시간이 지나면서 내하력이 부족해진다. 대표적인 원인은 세 가지다.

첫째는 설계 때보다 커진 활하중과 교통량이고, 둘째는 용도 변경에 따른 하중 증가다.

셋째는 철근 부식과 콘크리트 열화로 단면이 줄어드는 경우다.

이때 단면을 증설하려면 기존 콘크리트를 철거해야 해서 공기와 비용이 크게 늘어난다.

시트는 두께가 얇고 무게가 작아 좁은 현장에서도 철거 없이 부착할 수 있다.

인장력 분담과 환산단면

시트 보강의 해석은 탄성 환산단면법으로 한다. 시트를 콘크리트 기준으로 환산한다.

환산 계수 n_f 는 시트 탄성계수 E_cf 를 콘크리트 탄성계수 E_c 로 나눈 값이다.

환산 면적은 시트 두께, 보 폭, 겹수를 곱해 구한 시트 면적에 n_f 를 곱한다.

철근과 시트, 콘크리트가 같은 변형률을 갖는 일체거동을 가정한다.

중립축과 응력 계산

보강 후 중립축 x 는 압축 콘크리트의 1차 모멘트와 인장 측 환산면적의 1차 모멘트가 같다는 조건으로 구한다.

앞 문제의 n 은 E_s 를 E_c 로 나눈 약 7.7이다. 이 값을 환산단면에 쓴다.

중립축을 구한 뒤 균열단면 2차 모멘트 I_cr 을 계산한다.

철근, 시트, 압축 콘크리트의 응력을 각각 구한다.

시트 응력은 시트 인장강도보다 낮아야 하며, 기준의 저감계수와 상한 변형률을 적용한다.

절차와 보강 방식 비교

보강 방식은 보강 목적에 따라 나뉜다. 휨 보강, 전단 보강, 기둥 보강이다.

휨 보강은 인장면에 섬유를 부재축 방향으로 붙여 강도와 강성을 높인다.

다만 연성은 줄어드므로 강도 검토와 함께 사용성 검토를 해야 한다.

설계 절차는 단면 조사부터 부착과 박리 검토까지 순서대로 진행한다.

흔한 실수와 정리

시험에서 자주 생기는 실수부터 짚는다. 단위 혼동이 가장 많다.

매수는 올림한 뒤 짝수 겹으로 조정해야 한다. 2겹, 4겹처럼 짝수로 맞춘다.

허용응력설계법에서는 인장강도를 그대로 쓰지 말고 허용응력 기준으로 검토한다.

보강 후에는 철근과 시트를 탄성계수비로 환산한 합성 단면으로 해석한다.

정리하면 보강은 강도와 강성을 높이고 연성을 줄인다. 박리 검토를 함께 한다.