기존 철근콘크리트 모멘트저항 골조 구조물의 내진보강
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학술지명
권호사항
발행연도
2015
작성언어
Korean
KDC
530
자료형태
학술저널
수록면
92-94(3쪽)
제공처
소장기관
최근 전 세계적으로 지진의 발생 빈도가 증가하고 있는 추세이다. 국내의 경우도 지진 발생 빈도는 해마다 증가하고 있으며 최근 10년 동안에 감지되는 횟수가 전체의 1/2 이상을 차지하고 있으며 그 빈도가 증가하고 있는 실정이다. 또한 최근 지리적으로 우리나라와 가까운 대만, 중국, 일본에서는 지진 규모 7.0 (리히터) 이상의 강진이 자주 발생하였고, 아직 우리나라에 이러한 강진이 발생하지 않고 있다하더라도 심적으로 느껴지는 지진에 대한 두려움은 증가하고 있는 실정이다.
우리나라는 그 동안 지진에 대해서는 비교적 안전한 것으로 평가되어 왔으나, 최근 지진발생빈도나 규모가 증가 추세에 있고, 우리나라에서도 구조물의 붕괴나 파손이 될 수 있는 강한지진이 발생할 우려가 있다. 특히 국내의 경우 1988년 이전 건물은 내진설계가 반영되어 있지 않은 상태로써 해당 건물들은 약한 지진에도 많은 피해를 입을 것으로 예상된다. 이러한 판단은 과거 일본의 사례로부터도 알 수 있다. 일본 효고현 남부 지진(1995) 발생 시 피해를 입은 대부분의 구조물은 일본내진기준이 제정되기 이전에 설계된 구조물이었다. 이 중, 철근콘크리트 모멘트골조 구조물만을 대상으로 통계를 낼 경우, 1970년 이전에 축조된 건축물의 경우 2/3가 피해를 입은 것으로 나타났으며, 1971년∼1981년 걸처 시공된 건축물 1/3 정도, 1982년부터 시공한 건축물의 약 1/7 정도만 파손된 것으로 나타나, 내진기준 적용이전과 이후의 피해 차이를 확연히 알 수 있었다.
국내에서 적용되는 내진설계 대상 건축물은 1988년에 제정되었지만, 6층 이상 10,000m2 건축물로 한정되어 대부분의 저층 건축물은 해당되지 않으며, 2005년에 이르러서야 3층 이상, 13m 이상, 1,000m2의 건축물로 강화되어 적용되었다. 현재 국내 내진 설계적용 건축물은 16%에 불과함에도 불구하고 내진설계 의무화 건물의 정도만 따르고 있다. 또한 일반 건축물의 경우는 5층 이하의 1종 시설물을 제외하고 내진설계가 이루어지지 않아 적절한 조치가 이루어져야 한다.
그러나 더 문제가 되는 것은 기존에 건설되어 있는 5층 이하의 구조물의 경우 내진설계가 전혀 이루어지지 않아 내진보강에 대한 필요성이 시급하나 내진보강을 실시할 경우 별도의 비용지출이 요구되어 잘 이루어지지 못하고 있는 실정이다.
따라서 저비용으로 쉽게 시공할 수 있는 내진공법이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 기존의 공법에 비하여 재료의 구입이 쉽고, 시공이 간편하며, 비용도 적게 드는 공법을 제안하고, 보강 전후의 성능에 대한 검증을 수행하여 제안된 공법의 우수성 및 타당성을 입증하고자 한다.
본 연구에서 제안한 내진보강이란 지진에 대하여 구조물의 내진성능이 부족하다고 판단되었을 경우 예상되는 피해를 최소화하기 위하여 구조물을 보강하는 것을 의미한다.
내진보강의 주요목표는 지진이 발생할 경우 첫 번째 인명을 보호하고 두 번째 구조물에 손상을 최소화하기 위하여 구조물의 주요부재인 보, 기둥, 기초, 벽체 등에 강성보강, 연성보강, 지진하중저감을 위한 기구부착(면진장치), 지진동의 감쇠를 위한 기구(제진장치)를 가능한 적은비용으로 보강하는 것을 말한다.
본 연구에서 제안하는 공법은 내진설계가 적용되지 않은 5층 이하의 기존철근콘크리트 모멘트골조 구조물의 보, 기둥, 기초에 대하여 연성을 증가시키기 위하여 강판과 내화성패드, 시멘트앵커를 이용하여 보강을 하는 인성향상 보강방법이다.
기존 강판보강방법의 경우 구조물과 보강재와의 사이에 콘크리트 타설이나 에폭시 충전을 하는 경우 위치에 따른 제약성, 시공시 장시간 소요, 작업공간 확보의 어려움과 시공비용의 증가 등의 문제점이 있고, 보강섬유(아라미드, 유리, 탄소) 감기공법의 경우 화재, 온습도 영향, 고가의 재료비 등의 문제점이 있어 실제 현장에서 적용하는 경우가 많지 않으나 본 공법은 구조물의 보강 설계시에 보강량을 결정하여 공장에서 미리 제작된 보강판을 이용하여 시공하므로 시공시간의 절감과 충전재로 사용되는 콘크리트나 에폭시 대신 내화성 패드를 사용하므로 온습도영향, 화재에 의한 충전재 소실, 시공후 장시간 경과 시 충전재의 화학적 변화에 의한 기능상실 등의 문제점이 해소되어 시공방법의 용의성, 장기적 내구성의 확보, 인건비 절감, 작업자 피로도 감소, 공기 단축효과가 있어 최소의 비용으로 단시간에 시공이 가능한 장점이 있다.
다음, 본 연구내용 및 방법은 내진설계가 되어 있지 않은 기존의 저층 콘크리트모멘트골조 구조물에 대하여 내진보강을 통하여 내진성능을 향상시킬 수 있는 방법을 제안하고, 그 방법의 타당성을 분석하기 위해 수치해석과 더불어 진동대 시험을 통한 검증을 수행하였다.
첫 번째로는 일반적인 철근콘크리트 모멘트골조의 구조물을 대상으로 한 예비해석을 수행하여 1차적으로 적용가능성을 평가하였다. 두 번째로는 철근콘크리트 모멘트골조 형식의 규격이 동일한 두 종류의 구조물 시험체를 제작하여 동일한 조건의 최대지반 가속도를 가하는 시험을 수행하고 보강전과 보강후의 내진성능을 분석하였다. 마지막으로는 시험체를 대상으로 수치해석적 분석을 수행하여 시험결과의 타당성 및 내진보강 효과를 확인하였다.
본 논문은 아래 그림과 같은 순서도에 따라 연구를 수행하였다. 내용을 살펴보면, 기존건축물의 내진보강 개념 및 내진보강 공법에 대해서 기술하였으며, 강판으로 보강된 철근콘크리트 모멘트 골조에 대한 수치해석을 수행하여 내진성능을 평가하였다. 전단벽 시험에 의한 내진보강효과를 분석 하였으며, 진동대 시험에 의한 내진보강효과를 분석하고, 진동대 시험결과와 수치모델을 비교분석함으로써 해석 모델의 검증을 수행하였다.
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