기존철근콘크리트 구조물의 내진성능 보강에 관한 실험적 연구 = Retrofitting Effects of Seismic Resistance Capacity of Existing Reinforced Concrete Framed Structure

국문 초록 (Abstract)

우리나라에서는 1978년 홍성지진이후 지진에 대하여 관심을 갖게 되었으나 후속조치의 부족으로 별다른 결과를 내어 놓지 못하였다. 이에 건설부에서는 대한건축학회에서 수행한 "건축물의 내진구조 및 방재에 관한 연구"를 기초로 내지설계를 위한 시행령을 제정하여 1988년 7월 1일부터 일정규모 이상의 건축물에 대하여 내진설계를 의무화 하도록 하였다. 그러나 우리나라의 경우 지진에 대한 경험이 많지 않았고 그간의 지진관련 연구도 미미하여 구조설계 실무자들이 실제 설계에 내진설계개념을 도입하는데에는 적지 않은 어려움이 있었다. 또한 1988년 7월 이전에 설계된 건축물은 지진에 대한 대책이 거의 이루어지지 않았으며 따라서 대도시 근방에 지진이 발생할 경우, 큰 피해를 입을 것으로 우려된다.
실제로 1995년 일본의 고베에서 일어났던 지진피해를 살펴보면 이러한 문제점이 심각하게 드러난다. 지진이후 수행된 일본 건축학회의 조사에 의하면 고베지진으로 피해를 입은 대부분의 구조물들은 일본 내진규준이 제정되기 이전에 설계된 구조물로서 철근콘크리트 구조물의 경우, 71년 이전에 건축된 건물의 경우 70％정도가 피해를 입은 것으로 드러났으며, 71년∼81년 사이에 설계된 건물은 35％정도, 81년 이후의 건물은 약 15％만이 피해를 입은 것으로 나타나, 그 피해의 정도는 다르지만, 새로운 내진규정을 적용한 81년 이후의 피해가 가장 적은 것으로 나타났다. 또한 저층의 일본 전통가옥들은 거의가 피해를 입었던 것으로 보아, 우리나라 저층건물에 주로 쓰이는 구법인 단순frame구조 및 조적조 건물 또한 지진에 대한 위험성을 갖고 있을 것으로 판단된다. 따라서 우리나라에서도 내진에 대한 규정이 도입되기 전에 설계 및 시공된 구조물과 내진설계가 의무화되지 않은 구조 시스템에 대해서는 이와 같은 지진이 발생할 경우 가공할만한 피해가 우려된다.
이 연구의 목적은 우리 나라에서 내진규정이 적용되기 이전에 설계된 구조물이나 88년 이후 설계되었던 구조물중 내진설계 의무 규정에서 제외된 저층 구조물과 골조 구조물에 대하여 저렴하고 시공이 용이한 내진성능 보강방법을 강구하고자 하는데 있다.
기존철근콘크리트 구조물의 내진성능 보강을 위한 실험결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
1. 횡변위의 구속이 없는 기준시험체보다 와이어로 브레이싱 한 시험체는 35％, 시멘트 벽돌로 보강한 시험체는 147％, 강재로 X 형 브레이싱 보강한 시험체는 122％, K형 브레이싱 보강한 시험체는 46％, 단부헌치보강한 시험체는 12％의 최대내력의 증대를 나타내었다.
2. 부재별 최대 모멘트를 비교하여 보면 기둥과 보 모두 기준시험체보다 보강한 시험체가 최대모멘트가 증대된 것으로 나타났으며, X형 브레이싱 보강, 시멘트블록 보강, K형 브레이싱 보강, 와이어 브레이싱 보강, 단부헌치 보강법의 순으로 최대모멘트의 증대효과를 나타내었다.
3. 기준시험체와 보강시험체의 강성을 비교하여 보면 초기강성은 보강효과가 뚜렷하게 나타났으며, 시험체가 항복한 이후에도 모든 보강시험체가 기준시험체보다 높은 강성을 유지하고 있는 것으로 나타났다.
6. 내진설계되지 않은 기존 건축구조물에 내진성능을 보강하기 위한 방법으로 와이어 브레이싱 공법, 시멘트 블록채움 공법, 강재를 이용한 브레이싱 공법(X형, K형) 단부헌치보강 공법은 모두 강도증진형 내진성능 보강공법으로서 적절한 것으로 판단된다.
7. 향후 연구과제로는 기존콘크리트 구조물과 보강재가 접합되는 부분의 상세와 지진으로 인한 피해가 발생한 후에 구조물을 보수·보강하는 방법에 대한 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper studied the efficiency of strengthening effect of reinforced concrete structure which was not designed to endure an earthquake. The earthquake in Kobe, Japan showed that there was a great possibility of having an earthquake even in big city and the damages were concentrated on mid or low story buildings which were not designed to be protected from an earthquake. Block-filling method wire-bracing method and steel bracing method were occupied to test the degree of efficiency of the methods in case of an earthquake. These methods could make the work simpler and lower the construction cost. Also, it is expected that retrofitting specimens could have higher ductility capacity against earthquake.
Conclusions of this experiment which was compared at the point of structural behavior of the specimen structures strengthened with steel bracing (X, K, end - hunch type), wire bracing and cement bricks for horizontal restraint conditions due to specimen structure non-seismic detail are listed below.
The conclusions are as follows.
1. Wire braced specimen had a 35%, the cement brick strengthened specimen had a 147%, steel bracing()(-type) specimen had a 122%, steel bracing(K-type) specimen had a 46% and steel bracing (end hunch type) specimen had a 12% higher maximum internal force increase than the standard specimen.
2. In comparison with the maximum moment capacity each and every member, it was appeared that braced specimen is superior to standard specimen. And following sign of inequalities shows that which method is superior in efficiency of enlargement in the "Maximum moment"
E-X>E-B>E-K>E-W>E-H>E-N
3. In phase of stiffness reinforced specimen is definitely excellent in efficiency of strengthening at initial stiffness, in contrast to standard specimen. And then after yielding, all reinforced specimen keep higher stiffness than standard specimen.
4. As the method of reinforcing seismic resistance capacity of the existing building which are not designed to endure an earthquake, it seem that wire-bracing method, block-filling method, steel bracing method (X, K type) and steel bracing method(end hunch type) method are apt as the seismic resistancd capacity reinforcement method to improve stiffness.

목차 (Table of Contents)

• 국문요약
• 목차
• 표차례
• 그림차례
• 1장 서론 = 1
• 1.1 연구배경 = 1
• 1.2 연구범위 및 목적 = 4
• 1.3 기존연구 고찰 = 5
• 2장 건축 구조물의 내진보강공법 = 8
• 2.1 개요 = 8
• 2.2 보강방법 = 10
• 2.3 보강 목적 및 특성 = 11
• 2.4 내진보강공법의 종류와 특성 = 16
• 3장 구조물의 내진성능 향상 방안 실험 = 21
• 3.1 실험내용 = 21
• 3.2 실험체의 계획 및 제작 = 22
• 3.3 시험체의 보강 = 25
• 3.4 실험장치 및 실험방법 = 32
• 3.5 실험 결과 = 35
• 4장 실험결과의 분석 및 고찰 = 43
• 4.1 하중 - 변위 이력곡선 = 43
• 4.2 모멘트 - 곡률 곡선 = 49
• 4.3 각 시험체의 강성비교 = 58
• 4.4 각 시험체의 보강 효과 = 60
• 4.5 각시험체의 에너지 소산능력 = 62
• 4.6 기존연구결과와 비교 = 64
• 5장 결론 = 66
• 참고문헌 = 68
• 부록
• A. 시험체의 이론적 분석 = ⅰ
• B. 실험 진행 사진 = ⅹⅱ
• C. 각 시험체의 균열도 = ⅹⅷ
• Abstract
• 감사의 글