傳統 木構造 내민部材의 構造的 補强 特性에 관한 연구 = A Study on the Structural Strengthening Characteristics of the Traditional Wood Structures Cantilever Members

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study obtained the following conclusions through a test of reinforcement and joint reinforcement using a steel plate in consideration of the deflection and transformation by structural behavior and damage by wood decay in the cantilever members of traditional wood structures.

1. Test of cantilever members
1) In the reinforcement test of cantilever members, yield load increased by 44～135% in the reinforcement test sample compared to the standard test sample, and, specifically, yield load, initial stiffness, and maximum load were augmented in the reinforcement test sample of a double-T form steel plate as well as of a T form steel plate. Therefore, the effect of deflection control is expected through such reinforcement.

2) The coefficient of ductility increased by 7～46% in the reinforcement test sample of a – form steel plate compared to the standard test sample, and other reinforcement test samples were discovered to have deteriorated ductility, overall.
3) Concerning stiffness, initial stiffness was found to increase by 8～40% in the reinforcement test samples of T form and double-T form steel plates.
Given the fact that the initial stiffness was much higher in the reinforcement test samples than in the standard test samples, the effect of deflection control in the behavior of cantilever members in the elastic region is expected.

4) In consideration of the characteristics of cantilever members, when any damage is caused by the stress concentration and transformation in the upper part of a corner pillar, yield load was shown to increase more in the reinforcement test sample of which some part was replaced with new members than in the standard test sample.

As above, when summarizing the test results of the cantilever members of traditional wood structures, in consideration of the preservation of original forms for their beauty and structural safety in wooden cultural heritages, cantilever members(Hip Rafter) the reinforcement with the - form steel plate, T form steel plate, and double-T form steel plate is expected to increase yield load, maximum load, and initial stiffness and to control deflection compared to the reinforcement method.
Furthermore, if a member is replaced with a new one that is of appropriate thickness according to the depth of damage of the member and if it is reinforced with bolts and nails of T form and double-T form steel plates, it will show structural behavior and reinforcement effect which is similar to that of the standard test sample.

목차 (Table of Contents)

• 표 목차 ⅳ
• 그림 목차 ⅵ
• 사진 목차 ⅶ
• 기 호 ⅷ
• Abstract ⅸ
• Ⅰ. 서 론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구의 범위 및 진행방법 4
• 1.3 국내․외 연구 동향 7
• 1.3.1 국내의 연구동향 7
• 1.3.2 국외의 연구동향 10
• Ⅱ. 이론적 연구 11
• 2.1 목재의 성질 11
• 2.1.1 목재의 탄성적 성질 11
• 2.1.2 목재의 구조적 특성 14
• 2.2 구조용 목재의 역학적 성질 16
• 2.2.1 인장응력 및 압축응력 16
• 2.2.2 전단응력 16
• 2.2.3 휨응력 17
• 2.2.4 탄성계수 18
• 2.2.5 허용응력 18
• 2.3 목재의 손상 및 원인 19
• 2.3.1 목재의 재질적 특성 19
• 2.3.2 목재의 손상 분류 19
• 2.3.3 전통 목구조 목재 손상사례 22
• 2.4 전통 목조 건축물의 부후 조사방법 24
• 2.4.1 드릴저항시험 조사방법 24
• 2.4.2 목재 함수율 조사방법 33
• 2.5 목조 건축물의 이해 37
• 2.5.1 궁궐(宮闕) 37
• 2.5.2 성곽(城郭) 38
• 2.5.3 사찰(寺刹) 38
• 2.5.4 목탑(木塔) 39
• 2.5.5 성당(聖堂) 40
• 2.5.6 루정(樓亭) 40
• 2.5.7 향교(鄕校), 서원(書院) 41
• 2.5.8 관아(官衙) 41
• 2.5.9 민가(民家) 42
• 2.6 목구조의 보강 사례이해 43
• 2.6.1 목구조의 국외 보강 사례 43
• 2.6.2 목구조의 국내 보강 사례 44
• Ⅲ. 실험계획 46
• 3.1 실험 개요 46
• 3.2 사용 재료 55
• 3.3 실험 방법 및 실험기기 58
• 3.3.1 내민부재 실험계획 58
• 3.3.2 실험 기기 60
• Ⅳ. 내민부재 실험 결과 61
• 4.1 실험 결과 61
• 4.2 균열 및 파괴 양상 83
• 4.3 내민부재 실험체의 구조적 거동 99
• 4.3.1 연성(延性, Ductility) 평가 99
• 4.3.2 강성(剛性, Stiffness) 평가 102
• 4.3.3 내민부재 실험체의 실험값과 이론값 비교 106
• 4.3.4 내민부재의 하중-처짐 추정식 제안 109
• 4.4 소 결 114
• Ⅵ. 결론 116
• 참고문헌 118
• 부록 121
• 표 목 차
• <표 1.1> 국내 연구 동향 7
• <표 1.2> 국외 연구 동향 10
• <표 2.1> 각종 재료의 휨 탄성계수 13
• <표 2.2> 목재의 응력 17
• <표 2.3> 목재의 휨 탄성계수 18
• <표 2.4> 목재의 허용응력 18
• <표 2.5> 목조 건축물 성능저하의 요인 20
• <표 2.6> 목재의 흠 21
• <표 2.7> 목재 드릴저항 시험기 제원 24
• <표 2.8> 목재 드릴저항 시험 26
• <표 2.9> 목재 단면 드릴저항 수준평가 27
• <표 2.10> 기준실험체 드릴저항 시험 28
• <표 2.11> 기준실험체 목재 단면 드릴저항 수준평가 29
• <표 2.12> 이음 보강실험체 드릴저항 시험 30
• <표 2.13> 이음 보강실험체 목재 단면 드릴저항 수준평가 31
• <표 2.14> 목재 함수율 측정기 제원 33
• <표 2.15> 노강서원 내부 목재 함수율 측정 조사내용 35
• <표 2.16> 기준실험체 함수율 측정 조사내용 36
• <표 3.1> 내민부재 실험체 내민길이비 변수 50
• <표 3.2> 내민부재 실험체 변수 54
• <표 3.3> 목재의 재료시험 응력 55
• <표 3.4> 구조부재의 허용응력 55
• <표 3.5> 보강재의 물리적 특성 56
• <표 4.1> TypeⅠ 내민부재 실험 결과 62
• <표 4.2> TypeⅡ 내민부재 실험 결과 63
• <표 4.3> 내민부재 실험체 파괴모드 91
• <표 4.4> TypeⅠ 내민부재 실험체 연성계수 100
• <표 4.5> TypeⅡ 내민부재 실험체 연성계수 100
• <표 4.6> TypeⅠ 내민부재 실험체 강성 104
• <표 4.7> TypeⅡ 내민부재 실험체 강성 104
• <표 4.8> TypeⅠ 내민부재 실험체 실험값과 이론값의 비교 106
• <표 4.9> TypeⅡ 내민부재 실험체 실험값과 이론값의 비교 106
• <표 4.10> 내민부재 내민길이비별 실험체 이론값 산정 107
• 그 림 목 차
• [그림 1.1] 연구 진행 흐름도 6
• [그림 2.1] 목재의 각부 명칭 16
• [그림 2.2] 목재의 수축 및 변형성향 17
• [그림 2.3] 목조 건축물의 성능저하 원인 및 현상 21
• [그림 2.4] 노강서원 드릴저항시험 조사위치 25
• [그림 2.5] 노강서원 목재함수율 조사위치 34
• [그림 2.6] 일본의 신재료 보강사례 43
• [그림 3.1] 내민부재(추녀) 상세도 46
• [그림 3.2] 내민부재(추녀)와 선자연의 상세도 47
• [그림 3.3] 내민부재(추녀)의 물매 및 구조적 지점 상세도 48
• [그림 3.4] 내민부재 실험체의 단면 상세도 53
• [그림 3.5] 내민부재 실험체의 Set-up도 59
• [그림 4.1] TypeⅠ 내민부재 실험체의 하중-처짐 곡선 71
• [그림 4.2] TypeⅡ 내민부재 실험체의 하중-처짐 곡선 79
• [그림 4.3] 내민부재 실험체의 항복, 최대하중 비교 80
• [그림 4.4] TypeⅠ 내민부재 실험체의 하중-처짐 곡선 비교 81
• [그림 4.5] TypeⅡ 내민부재 실험체의 하중-처짐 곡선 비교 82
• [그림 4.6] TypeⅠ 내민부재 실험체의 균열도 95
• [그림 4.7] TypeⅡ 내민부재 실험체의 균열도 98
• [그림 4.8] TypeⅠ 내민부재 실험체별 연성계수 101
• [그림 4.9] TypeⅡ 내민부재 실험체별 연성계수 101
• [그림 4.10] TypeⅠ 내민부재 실험체 강성 105
• [그림 4.11] TypeⅡ 내민부재 실험체 강성 111
• [그림 4.12] TypeⅠ 내민부재 하중-처짐 추정식 제안 111
• [그림 4.13] TypeⅡ 내민부재 하중-처짐 추정식 제안 113
• 사 진 목 차
• [사진 2.1] 국내 목구조 손상사례 22
• [사진 2.2] 일본 목구조 손상에 의한 보수 사례 23
• [사진 2.3] 궁궐 37
• [사진 2.4] 성곽 38
• [사진 2.5] 사찰 39
• [사진 2.6] 목탑 39
• [사진 2.7] 성당 40
• [사진 2.8] 루정 40
• [사진 2.9] 향교, 서원 41
• [사진 2.10] 관아 41
• [사진 2.11] 민가 42
• [사진 2.12] 국내 목구조 철띠 보강사례 44
• [사진 2.13] 국내 목재 신보강재(탄소섬유막대) 연구사례 44
• [사진 2.14] 국내 목재 철판+볼트 연구사례 45
• [사진 3.1] 목재 재료시험 전경 47
• [사진 3.2] 목재 보강재료 전경 48
• [사진 3.3] 내민부재 보강(철띠, 강다리, 돌, 활주) 사례 51
• [사진 3.4] 목재 실험체의 제작과정 54
• [사진 3.5] 내민부재 실험체의 실험 전경 59