현대 내진 설계 기준 이전에 지어진 많은 구조물은 공통된 취약점을 가지고 있습니다: 횡방향 철근이 부족한 기둥, 짧은 겹침이음, 약한 보-기둥 접합부, 면내 전단을 견딜 수 없는 벽체. 지진 시 이러한 세부 요소는 취성 파괴됩니다. 탄소섬유 보강은 바로 이러한 문제를 해결하며, 강도를 높이는 것과 동시에 연성, 즉 붕괴 없이 변형할 수 있는 능력을 향상시킵니다.
기둥 구속
CFRP의 가장 일반적인 내진 용도는 기둥을 감싸는 것입니다. 섬유가 기둥 둘레 방향으로 배치된 직물 재킷은 콘크리트를 구속 상태로 만듭니다. 구속된 콘크리트는 압괴 전까지 훨씬 큰 변형률을 견딜 수 있어 축력 용량과 반복 하중 사이클에서 에너지를 흡수하는 능력을 모두 향상시킵니다. 얇은 탄소섬유 랩은 무거운 강재 재킷에 필적하는 구속 성능을 제공하면서도 거의 치수를 증가시키지 않고 부식 위험이 없습니다.
겹침이음 및 전단 보강
오래된 기둥은 종종 소성 힌지 구역에 위치한 지나치게 짧은 철근 겹침이음을 가지고 있습니다. 원주 방향 랩핑은 겹침이음을 클램핑하여 철근이 미끄러지지 않도록 합니다. 동일한 랩핑은 전단 보강을 제공하여 지진 시 가장 위험한 대각선 전단 파괴를 방지합니다. 이러한 파괴는 갑작스럽고 경고 없이 발생하기 때문입니다.
벽체, 보 및 접합부
기둥 외에도 CFRP 직물은 무보강 조적조 및 콘크리트 전단 벽체를 면내 및 면외 하중에 대해 보강하고, 연결 보를 보강하며, 보-기둥 접합부 주변의 정밀한 설계에 사용됩니다. 재료가 얇고 접착되기 때문에 종종 마감재 뒤에 숨겨질 수 있으며 건물이 부분적으로 사용되는 동안에도 시공할 수 있습니다. 이는 재킷 보강이나 추가 전단 벽체에 비해 큰 장점입니다.
설계 고려 사항
내진 보강은 성능 기반이며 까다롭습니다. 보강은 전체 구조물의 응답과 호환되어야 합니다: 잘못된 위치에 강도를 추가하면 더 취성적인 메커니즘으로 파괴가 이동할 수 있으므로 일반적으로 강도와 연성의 균형 잡힌 증가가 목표입니다. FRP의 정착은 중요합니다. 랩과 시트는 반복 하중 시 끝단에서 박리되지 않도록 상세 설계되어야 합니다. 연결부, 다이어프램 및 기초도 시스템의 일부로 검토되어야 합니다. 이 작업은 해당 내진 설계 기준 및 ACI 440.2R과 같은 FRP 지침을 따르는 자격을 갖춘 구조 엔지니어의 몫입니다.
적절히 수행되면 탄소섬유 구속은 기존 콘크리트 구조물을 현대 내진 요구 사항에 맞게 업그레이드하는 가장 효과적이고 덜 파괴적인 방법 중 하나입니다.