Abstract
A CFRP sheet has been applied as a structural reinforcement in the field, and various studies are conducted to evaluate the effect of CFRP sheets on reinforced concrete. Although many experiments were performed from previous studies, there are still limitations to analyze structural behaviors with various parameters in experiments directly. This study shows the FEA on structural behaviors of RC beams reinforced with CFRP sheets using ABAQUS software. To simulate debonding failure of CFRP sheets which is a major failure mode of RC beam with CFRP sheets, a cohesive element was applied between the bottom surface of RC beam and CFRP sheets. Both quasi-static method and 2-D symmetric FE model technique were performed to solve nonlinear problems. Results obtained from the FE models show good agreements with experimental results. It was found that reinforcement level of CFRP sheets is closely related to structural behavior of reinforced concrete including maximum strength, initial stiffness and deflection at failure. Also, as over-reinforcement of CFRP sheets could give rise to the brittle failure of RCstructure using CFRP sheets, an appropriate measure should be required when installing CFRP sheets in the structure.
CFRP 시트를 이용한 RC 구조물의 보강은 다양한 방법으로 적용되어 왔으며, 관련 연구도 오랜 기간 수행되어 왔다. 하지만 CFRP 보강에 대한 연구는 대부분 실험적으로 수행되어, 다양한 변수 효과를 효율적으로 분석하기에는 한계가 있었다. 본 연구에서는 CFRP 시트로 보강된 RC 보의 구조거동을 ABAQUS 프로그램을 이용하여 수치해석적으로 분석하였다. RC 보 하면과 시트 사이에 Cohesive 요소를 적용하여 CFRP 보강 RC 보의 주요 파괴모드인 CFRP 시트 탈락을 모사하였다. CFRP 시트 탈락에 의한 급격한 비선형 문제 및 효율적인 유한요소해석을 위하여 준정적 해석 기법과 2 차원 대칭 모델을 사용하였다. 본 연구에서 수행한 유한요소해석 결과는 기존 실험결과를 잘 반영하는 것을 확인하였으며, CFRP 보강 수준과 최대 강도, 초기 강성, 파괴시점의 관계를 분석하였다. 총 31개 모델에 대한 유한요소해석을 수행한 결과 보강 수준의 증가에 따라 최대 강도 및 초기 강성이 sin 함수 형태로 증가하는 것을 확인하였다. 또한 과도한 CFRP 시트 보강은 파괴시점을 앞당겨 보강 구조물의 취성파괴를 야기할 수 있음을 확인하였으며, 이를 방지하기 위한 적절한 수준의 CFRP 시트 보강 설계가 필요할 것으로 판단된다.