[Application Note]콘크리트 강도 및 균열 시험, 측정, 분석(Concrete, Stress, Measurement, DIC, VIC-3D, 3차원 변위, 변위, Crack Growth)

 

목차

 

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콘크리트 강도 시험 배경

 

 

노스캐롤라이나 주립대학교(NCSU)의 토목, 건설 및 환경 공학부에서는 조르지오 T. 프로에스토스 박사와 박사 과정 학생 다누슈카 팔리파나가 Large Scale 콘크리트 구조물 테스트에 VIC-3D 디지털 이미지 상관(DIC) 시스템을 사용한 연구를 수행하였습니다. 이 연구는 특히 대형 콘크리트 빔의 전면 변형을 고해상도로 측정할 수 있는 DIC 시스템의 장점을 활용하여 진행되었습니다.

 

 

연구 배경 및 목적

이 연구 프로젝트는 교각 캡과 고층 건물의 트랜스퍼 거더(Transfer girders)와 같은 공공 인프라에서 사용되는 풀스케일 강화 콘크리트 모델을 대상으로 한 세 번의 파일럿 실험으로 구성되었습니다. 구조 콘크리트는 크기가 커서 Full Scale 를 테스트하는 것이 중요합니다. 연구팀은 각 16피트(약 5.3m) 길이와 4피트(약 1.3m) 높이, 두께 1피트(약 305mm), 무게 약 4.8톤에 달하는 콘크리트 부재를 사용하였으며, 일부 시편은 최대 약 2600kN을 초과하는 하중에 도달했습니다.

 

주된 변수는 전단-스팬-깊이(Shear-Span-Depth) 비율로, 적용된 하중과 지지대 사이의 거리입니다. 전단-스팬-깊이 비율의 변화에 따라 균열 각도가 변화하는 것은 알려져 있지만, 균열의 상세한 운동학적 및 구성적 반응은 여전히 알려지지 않았습니다. 이번 연구에서는 최초로 대규모 딥 빔에서 전단 균열의 운동학적 측정을 가능하게 했습니다.

 

 

 

 

콘크리트 강도 시험 실습

 

 

실험 방법

테스트는 유압식 액추에이터(Hydraulic Actuator)를 사용해 하중을 가하고, 부재는 파괴될 때까지 테스트했습니다. 실험 동안 균열은 수동으로 표시하고 측정했으며, DIC 시스템과 비교하기 위해 Optotrak 시스템을 사용해 3D 위치 데이터를 획득했습니다. Optotrak 데이터는 새로운 DIC 시스템의 검증과 검증에 사용되었으며, 그 결과는 성공적이었습니다.

 

 

 

 

주요 결과

DIC 시스템으로 측정한 주요 인장 변형률과 압축 변형률이 Table 1에 요약되어 있습니다. DIC로 측정한 주요 인장 변형률 데이터에서 모든 구조적 균열이 거의 모두 가시적이고 식별 가능한 것이 주목할 만합니다. 또한, Table 2에서는 PQP3 실험의 여덟 가지 하중 단계에서 주요 인장 변형률을 보여줍니다. 이를 통해 균열 패턴의 형성과 전단 균열의 진행을 관찰할 수 있습니다.

 

 

 

 

 

 

 

연구의 중요성

이 연구는 균열의 운동학적 및 변형장을 직접 관찰할 수 있는 데이터를 제공하여, 기존의 가설에 의존하지 않고도 구조 콘크리트의 거동을 이해하는 데 중요한 기여를 합니다. 이러한 데이터는 중요한 인프라의 구조적 안전성을 개선하는 데 크게 기여할 것입니다.

 

 

결론
이번 연구는 대규모 콘크리트 구조물의 전단 균열 거동을 이해하는 데 중요한 기여를 했으며, 이를 통해 더 안전하고 내구성 있는 인프라를 구축하는 데 중요한 데이터가 제공되었습니다. 앞으로 이 데이터를 바탕으로 새로운 구성적 및 운동학적 이론을 개발하고, 비선형 유한 요소 모델 예측 및 기타 수치 시뮬레이션과 비교하여 더 나은 구조적 안전성을 확보할 수 있을 것입니다.

 

 

 

 

 

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