우리나라에서 국보 및 보물로 지정된 문화재의 대부분은 목구조로 건축되었다. 이러한 전통목조건조물은 열화에 의한 변형 및 성능저하가 발생된 상태이므로 앞으로 유지관리 및 보존에 대해 깊은 관심을 가져야할 시점에 이르렀다. 하지만 현재의 유지관리 및 보존은 기존의 경험에 의해 실시되고 있어서 변형 및 성능저하의 정확한 원인을 규명하지 못한 상태에서 이루어지고 있기 때문에 2차적인 변형(變形) 및 성능저하(性能低下)를 초래하고 있는 것이 우리 문화재 유지관리의 현실이다. 또한, 우리나라에서는 목조 문화재의 보수 및 보강공사 시 주요부재의 손상이 발생하였을 경우 부재의 해체복원이나 신재로 교체하는 방법이 유일한 대안으로 통용되고 있으나, 일본에서는 주요부재에 대해 목재가 아닌 철재, ...
우리나라에서 국보 및 보물로 지정된 문화재의 대부분은 목구조로 건축되었다. 이러한 전통목조건조물은 열화에 의한 변형 및 성능저하가 발생된 상태이므로 앞으로 유지관리 및 보존에 대해 깊은 관심을 가져야할 시점에 이르렀다. 하지만 현재의 유지관리 및 보존은 기존의 경험에 의해 실시되고 있어서 변형 및 성능저하의 정확한 원인을 규명하지 못한 상태에서 이루어지고 있기 때문에 2차적인 변형(變形) 및 성능저하(性能低下)를 초래하고 있는 것이 우리 문화재 유지관리의 현실이다. 또한, 우리나라에서는 목조 문화재의 보수 및 보강공사 시 주요부재의 손상이 발생하였을 경우 부재의 해체복원이나 신재로 교체하는 방법이 유일한 대안으로 통용되고 있으나, 일본에서는 주요부재에 대해 목재가 아닌 철재, 탄소섬유, 합성수지 등 새로운 재료를 적용하여 보수 및 보강을 실시하여 기존 목조문화재의 구조적 안전성과 내구성(耐久性)이 증대할 뿐만 아니라 큰 단면의 부재를 구하기 위해서는 수 백년의 시간이 필요하므로 천연목재 자원의 보호측면에도 기여하고 있다. 따라서 앞으로 전통목조건조물의 보수 및 보존에 대한 기존방법의 과학적인 접근과 구조적인 접근이 선행되어야 한다. 그러므로 본 연구에서는 목조구조물의 주요 손상되는 구조부재를 선정하여 원형단면과 사각단면 각각 8개, 총 16개의 시험편을 제작하였으며, 합성수지 보강에 따른 구조적거동과 양상을 평가하고자하였다. 원형단면과 사각단면 휨부재를 합성수지를 이용하여 보강할 경우에 휨성능의 개선에 대한 평가를 하기 위하여 단면의 인장측 보강비율에 따른 효과와 인장측과 압축측 보강효과를 비교하여 적절한 보강범위와 효과적인 보강위치를 제시하기 위한 실험을 수행하였다. 실험의 결과를 바탕으로 중립축의 변화, 강도, 연성, 강성을 비교분석하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
1) 합성수지로 보강된 부재의 중립축의 변화를 살펴보면, 하중가력 초기에는 선형거동을 하지만 하중이 증가하면서 비선형거동을 하는 것으로 나타났다. 또한 합성수지의 보강부분과 목재부분사이의 변형률의 전이가 대부분 연속적인 것으로 나타났으며, 이는 합성수지 보강부분과 목재가 합성으로 인한 일체거동을 하는 것으로 판단된다. 합성수지로 보강되지 않은 원부재는 중립축이 단면의 하부에 위치하였으며, 이는 목재자체의 특성으로 인하여 인장응력과 압축응력의 차이로 인한 것으로 판단되며 합성수지로 보강된 시험체의 대부분은 목재보다 상대적으로 약한 합성수지로 보강되면서 중립축이 보강된 부분의 반대방향으로 이동하는 것으로 나타났다. 따라서 중립축이 보강되는 부분으로 이동하게 하면 부재의 최대강도를 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
2) 원형단면은 부재 전 단면적에 대한 합성수지 인장측 보강비율을 각각 10%, 20%, 30%, 40%로 보강하였으며, 합성수지의 보강비율이 30% 이하이면 대부분 원부재와 유사한 강도를 발휘하는 것으로 나타났으며 30%를 초과하면 급격하게 강도가 저하되는 것으로 나타났다. 이는 합성수지의 보강으로 인해 단면 손실에 의한 강도의 저하되는 정도가 단면의 30%까지는 미비한 것으로 판단된다. 사각단면은 부재 전 단면적에 대한 합성수지 보강비율을 각각 8.33%, 16.67%, 25%, 33.33%로 보강하였으며, 합성수지의 보강비율이 25%를 초과하면 단면손실로 인한 원부재의 강도저하가 급격하게 발생하는 것으로 나타났다. 일정량을 초과하게 되면 단면손실로 인한 원부재의 강도가 급격하게 저하되는 것으로 나타났다. 따라서 적절한 보강은 부재의 내력을 크게 증진시키지는 못하더라도 원부재의 강도저하에 미비한 영향을 미치면서 손상된 부분에 적절하게 보강할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 이러한 보강으로 부재의 원형을 유지하면서 부재 자체의 문화재적 가치를 보존할 수 있을 것으로 판단된다.
3) 원형단면은 합성수지로 원부재의 손상된 부분에 보강을 할 경우에 연성능력이 대부분 원부재 이상으로 발휘하는 것으로 나타났으며, 사각단면 역시 연성능력이 향상되는 것으로 나타났다. 따라서 합성수지의 적절한 보강은 부재의 연성능력을 향상시키므로 구조물의 연성파괴를 유도할 수 있을 것으로 판단된다.
4) 원형단면은 합성수지 보강비율이 30%이하, 사각단면은 25%이하이면 원부재와 유사한 초기강성을 발휘하는 것으로 나타났으며, 인장측보다는 압축측이 효과적인 것으로 판단된다.
이상과 같은 결론에서 합성수지를 이용한 목조건조물의 보수 및 보강에 있어서 휨부재의 중립축변화, 강도, 강성 및 연성 등을 고려하였을 때 부재 전 단면적에 대한 합성수지의 보강비율을 20% 이내로 보강하는 것이 부재의 문화재적 가치를 보존하면서 적절한 보강을 할 수 있을 것으로 판단된다. 합성수지의 보강비율이 20%를 초과할 경우에는 경제적인 측면과 부재 내력적 측면 등을 고려하였을 때 신재로 교체하는 것이 더욱 타당하다고 사료된다. 향후 목재 자체의 비균질적인 특성을 고려한 정량적인 연구가 수행되어야 하며, 합성수지와 목재간의 부착응력에 대한 연구가 수행되어서 목재와 합성수지와의 합성거동에 대한 명확한 규명이 이루어져야 할 것이다.
우리나라에서 국보 및 보물로 지정된 문화재의 대부분은 목구조로 건축되었다. 이러한 전통목조건조물은 열화에 의한 변형 및 성능저하가 발생된 상태이므로 앞으로 유지관리 및 보존에 대해 깊은 관심을 가져야할 시점에 이르렀다. 하지만 현재의 유지관리 및 보존은 기존의 경험에 의해 실시되고 있어서 변형 및 성능저하의 정확한 원인을 규명하지 못한 상태에서 이루어지고 있기 때문에 2차적인 변형(變形) 및 성능저하(性能低下)를 초래하고 있는 것이 우리 문화재 유지관리의 현실이다. 또한, 우리나라에서는 목조 문화재의 보수 및 보강공사 시 주요부재의 손상이 발생하였을 경우 부재의 해체복원이나 신재로 교체하는 방법이 유일한 대안으로 통용되고 있으나, 일본에서는 주요부재에 대해 목재가 아닌 철재, 탄소섬유, 합성수지 등 새로운 재료를 적용하여 보수 및 보강을 실시하여 기존 목조문화재의 구조적 안전성과 내구성(耐久性)이 증대할 뿐만 아니라 큰 단면의 부재를 구하기 위해서는 수 백년의 시간이 필요하므로 천연목재 자원의 보호측면에도 기여하고 있다. 따라서 앞으로 전통목조건조물의 보수 및 보존에 대한 기존방법의 과학적인 접근과 구조적인 접근이 선행되어야 한다. 그러므로 본 연구에서는 목조구조물의 주요 손상되는 구조부재를 선정하여 원형단면과 사각단면 각각 8개, 총 16개의 시험편을 제작하였으며, 합성수지 보강에 따른 구조적거동과 양상을 평가하고자하였다. 원형단면과 사각단면 휨부재를 합성수지를 이용하여 보강할 경우에 휨성능의 개선에 대한 평가를 하기 위하여 단면의 인장측 보강비율에 따른 효과와 인장측과 압축측 보강효과를 비교하여 적절한 보강범위와 효과적인 보강위치를 제시하기 위한 실험을 수행하였다. 실험의 결과를 바탕으로 중립축의 변화, 강도, 연성, 강성을 비교분석하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
1) 합성수지로 보강된 부재의 중립축의 변화를 살펴보면, 하중가력 초기에는 선형거동을 하지만 하중이 증가하면서 비선형거동을 하는 것으로 나타났다. 또한 합성수지의 보강부분과 목재부분사이의 변형률의 전이가 대부분 연속적인 것으로 나타났으며, 이는 합성수지 보강부분과 목재가 합성으로 인한 일체거동을 하는 것으로 판단된다. 합성수지로 보강되지 않은 원부재는 중립축이 단면의 하부에 위치하였으며, 이는 목재자체의 특성으로 인하여 인장응력과 압축응력의 차이로 인한 것으로 판단되며 합성수지로 보강된 시험체의 대부분은 목재보다 상대적으로 약한 합성수지로 보강되면서 중립축이 보강된 부분의 반대방향으로 이동하는 것으로 나타났다. 따라서 중립축이 보강되는 부분으로 이동하게 하면 부재의 최대강도를 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
2) 원형단면은 부재 전 단면적에 대한 합성수지 인장측 보강비율을 각각 10%, 20%, 30%, 40%로 보강하였으며, 합성수지의 보강비율이 30% 이하이면 대부분 원부재와 유사한 강도를 발휘하는 것으로 나타났으며 30%를 초과하면 급격하게 강도가 저하되는 것으로 나타났다. 이는 합성수지의 보강으로 인해 단면 손실에 의한 강도의 저하되는 정도가 단면의 30%까지는 미비한 것으로 판단된다. 사각단면은 부재 전 단면적에 대한 합성수지 보강비율을 각각 8.33%, 16.67%, 25%, 33.33%로 보강하였으며, 합성수지의 보강비율이 25%를 초과하면 단면손실로 인한 원부재의 강도저하가 급격하게 발생하는 것으로 나타났다. 일정량을 초과하게 되면 단면손실로 인한 원부재의 강도가 급격하게 저하되는 것으로 나타났다. 따라서 적절한 보강은 부재의 내력을 크게 증진시키지는 못하더라도 원부재의 강도저하에 미비한 영향을 미치면서 손상된 부분에 적절하게 보강할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 이러한 보강으로 부재의 원형을 유지하면서 부재 자체의 문화재적 가치를 보존할 수 있을 것으로 판단된다.
3) 원형단면은 합성수지로 원부재의 손상된 부분에 보강을 할 경우에 연성능력이 대부분 원부재 이상으로 발휘하는 것으로 나타났으며, 사각단면 역시 연성능력이 향상되는 것으로 나타났다. 따라서 합성수지의 적절한 보강은 부재의 연성능력을 향상시키므로 구조물의 연성파괴를 유도할 수 있을 것으로 판단된다.
4) 원형단면은 합성수지 보강비율이 30%이하, 사각단면은 25%이하이면 원부재와 유사한 초기강성을 발휘하는 것으로 나타났으며, 인장측보다는 압축측이 효과적인 것으로 판단된다.
이상과 같은 결론에서 합성수지를 이용한 목조건조물의 보수 및 보강에 있어서 휨부재의 중립축변화, 강도, 강성 및 연성 등을 고려하였을 때 부재 전 단면적에 대한 합성수지의 보강비율을 20% 이내로 보강하는 것이 부재의 문화재적 가치를 보존하면서 적절한 보강을 할 수 있을 것으로 판단된다. 합성수지의 보강비율이 20%를 초과할 경우에는 경제적인 측면과 부재 내력적 측면 등을 고려하였을 때 신재로 교체하는 것이 더욱 타당하다고 사료된다. 향후 목재 자체의 비균질적인 특성을 고려한 정량적인 연구가 수행되어야 하며, 합성수지와 목재간의 부착응력에 대한 연구가 수행되어서 목재와 합성수지와의 합성거동에 대한 명확한 규명이 이루어져야 할 것이다.
In the country designated as national treasures and cultural treasures, was built in most of the timber. These traditional wooden structure are state on degradation and deformation caused by deterioration, and it's about time that maintenance and preservation should take a deep interest. However, th...
In the country designated as national treasures and cultural treasures, was built in most of the timber. These traditional wooden structure are state on degradation and deformation caused by deterioration, and it's about time that maintenance and preservation should take a deep interest. However, the current maintenance and preservation are carried out by the previous experience of carpenter, these bring secondary deformation and degradation because did not identify the exact reason, and it is the reality of our maintenance and preservation of cultural assets. Also, the wooden cultural heritages in Korea during repair and reinforcement are a way to dissolution restoration or replacement with new members as the only alternative is accepted. But the steel rather than wood, and carbon fibers, synthetic resins, such as applying new materials to conduct the repair and reinforcement are used to improve structural safety and durability in japan. Also the member of a large cross-section requires hundreds of hours, it has contributed to protect in natural timber resources. Therefore, future maintenance and preservation of traditional wooden buildings should be followed to the scientific and structural approach. So, this study choose unit member where many damages happen to structural members of wooden cultural property, and made 8 specimen of circular section and rectangular section of flexural member each, totally 16, to understand the structural behavior and phase by reinforce damaged members with synthetic resin. The variables used in the study are ratio, position of reinforcement, and with analyzing the result of the experiment, we will confirm the actual applicability by evaluating the effect of reinforce damaged members of wooden building with synthetic resin on the structural strength. Based on the results of the experiment, analyzed and compared the change of neutral axis, strength, ductility, stiffness.
The results from the study are summarized as follows.
1) Looking at the change of neutral axis of members reinforced with synthetic resin, it is initially linear behavior but nonlinear behavior with increasing load. In addition, strain transition between the synthetic resins and wood is continuous. This is judged that has a composite behavior between the synthetic resins and wood. The neutral axis of original specimen is below the center of cross-section, because of the difference from strength on the compress and tensile. The most neutral axes of specimens are located at the opposite of the reinforced part. Therefore, if the neutral axis moves to the reinforced part, the maximum strength is expected to be improved.
2) When reinforcing synthetic resins tension of section to circular section up to 10%, 20%, 30%, 40%, bending strength increased up to 1.31, 1.32, 1.39, 0.72 times more than the original property. When reinforcing synthetic resins to circle section up to 8.33%, 16.67%, 25%, 33.33%, bending strength increased up to 1.44, 1.14, 0.98, 0.69 times more than the original property. When exceeding a certain ratio, the strength of original specimen sharply has decreased due to the loss of section. Therefore, although strength has not considerably improve, the appropriate reinforcement is judged that is not affect the strength of original specimen. So the appropriate reinforcement is expected to preserve the cultural value of members maintaining the original shape.
3) The appropriate reinforcement has been increased the ductility of circular and rectangular specimens. The appropriate reinforcement is expected to lead the ductile fracture.
4) If the reinforcement ratio of circular and rectangular is respectively below 30%, 25%, initial stiffness is similar to the original specimen. And Tension reinforcement rather than the compression is judged to be effective.
As a result in using synthetic resins of wooden building's repairing and reinforcing, regarding neutral axis, strength, stiffness and ductility, reinforced ratio of original property should be less than 20%. If the reinforced ratio increase more than 20% regarding economical and material's yield strength, it is better to change it into new property. The research should be kept on regarding wooden structure's inhomogeneous property and also synthetic resins and wood structure's bond stress research should be held and definition of synthetic resins and Composite Action should be made.
In the country designated as national treasures and cultural treasures, was built in most of the timber. These traditional wooden structure are state on degradation and deformation caused by deterioration, and it's about time that maintenance and preservation should take a deep interest. However, the current maintenance and preservation are carried out by the previous experience of carpenter, these bring secondary deformation and degradation because did not identify the exact reason, and it is the reality of our maintenance and preservation of cultural assets. Also, the wooden cultural heritages in Korea during repair and reinforcement are a way to dissolution restoration or replacement with new members as the only alternative is accepted. But the steel rather than wood, and carbon fibers, synthetic resins, such as applying new materials to conduct the repair and reinforcement are used to improve structural safety and durability in japan. Also the member of a large cross-section requires hundreds of hours, it has contributed to protect in natural timber resources. Therefore, future maintenance and preservation of traditional wooden buildings should be followed to the scientific and structural approach. So, this study choose unit member where many damages happen to structural members of wooden cultural property, and made 8 specimen of circular section and rectangular section of flexural member each, totally 16, to understand the structural behavior and phase by reinforce damaged members with synthetic resin. The variables used in the study are ratio, position of reinforcement, and with analyzing the result of the experiment, we will confirm the actual applicability by evaluating the effect of reinforce damaged members of wooden building with synthetic resin on the structural strength. Based on the results of the experiment, analyzed and compared the change of neutral axis, strength, ductility, stiffness.
The results from the study are summarized as follows.
1) Looking at the change of neutral axis of members reinforced with synthetic resin, it is initially linear behavior but nonlinear behavior with increasing load. In addition, strain transition between the synthetic resins and wood is continuous. This is judged that has a composite behavior between the synthetic resins and wood. The neutral axis of original specimen is below the center of cross-section, because of the difference from strength on the compress and tensile. The most neutral axes of specimens are located at the opposite of the reinforced part. Therefore, if the neutral axis moves to the reinforced part, the maximum strength is expected to be improved.
2) When reinforcing synthetic resins tension of section to circular section up to 10%, 20%, 30%, 40%, bending strength increased up to 1.31, 1.32, 1.39, 0.72 times more than the original property. When reinforcing synthetic resins to circle section up to 8.33%, 16.67%, 25%, 33.33%, bending strength increased up to 1.44, 1.14, 0.98, 0.69 times more than the original property. When exceeding a certain ratio, the strength of original specimen sharply has decreased due to the loss of section. Therefore, although strength has not considerably improve, the appropriate reinforcement is judged that is not affect the strength of original specimen. So the appropriate reinforcement is expected to preserve the cultural value of members maintaining the original shape.
3) The appropriate reinforcement has been increased the ductility of circular and rectangular specimens. The appropriate reinforcement is expected to lead the ductile fracture.
4) If the reinforcement ratio of circular and rectangular is respectively below 30%, 25%, initial stiffness is similar to the original specimen. And Tension reinforcement rather than the compression is judged to be effective.
As a result in using synthetic resins of wooden building's repairing and reinforcing, regarding neutral axis, strength, stiffness and ductility, reinforced ratio of original property should be less than 20%. If the reinforced ratio increase more than 20% regarding economical and material's yield strength, it is better to change it into new property. The research should be kept on regarding wooden structure's inhomogeneous property and also synthetic resins and wood structure's bond stress research should be held and definition of synthetic resins and Composite Action should be made.
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