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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 석조문화재에 대한 재해 피해 이력 조사와 연구동향 및 사례분석을 통해구조 공학적적 측면에서 안전성 확보방안과 그에 따른 향후 중장기 연구 방안의 방향성을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 자연재해의 분류에 따른 석조구조물의 손상요인을 파악하기 위해 문화재청의 "문화재 수리보고서”, "석조문화재 수리기록" 및 "중요 목조문화재 방재시스템 구축 연구보고서 (2006)”, 한국지 질자원연구원과 한얼문화유산연구원이 주관하여 연구한 문화재 연구소의 "석조문화재 재해 예방시스템 구축(2006)”, 긴급보수사업 지원 추진현황(2004 ~ 2007), 삼국사기, 조선왕조실록, 승정원일기 등 역사기록과 수리 및 보수 원인이 기술된 자료들을 참고하여 석조구조물의 손상요인을 분석하였다.
- 또한 석조구조물의 재해유발 가능 요인을 파악하기 위해 그림 4와 같이 석조구조물에 많은 영향을 미치는 자연재해 유형의 우선순위를 분석하였다. 재해피해 사례 중 균열, 노후화, 이격/이탈 등 자연재해의 장기적 관점에서의 요인들로 인한 피해가 67%로 많은 비율을 차지하였다.
- 석조구조물의 구조부위별 재해피해 양상을 파악하기 위해 그림 5와 같이 기단부, 탑신부, 기단부의 구조부위별 재해 발생 빈도를 분석하였다. 석조구조물의 주요 구조체 부위 중기단부에서의 피해가 가장 많은 것으로 나타났고, 그 다음 탑신부, 상륜부 순으로 나타났다.
- 또한 석조구조물의 구조해석 시 석재 사이의 미끄러짐, 석재 사이의 변위 및 회전, 균열에 의한 벌어짐, 석재의 완전한 분리, 새로운 접촉면의 탐색 등이 가능하여야 하기 때문에불연속체 구조물의 해석 및 붕괴과정을 분석할 수 있는 해석기법의 개발이 필요하다. 이에 따라 본 연구자는 그림 13 ~16과 같이 실제 석조구조물에 대한 불연속체 구조모델링을 수행하여 연직하중과 내구성저화, 지반의 기울어짐 및 지진하중에 따른 구조해석을 수행하였다.
성능/효과
- 1) 재해피해 이력을 조사한 결과 손상상태 및 단편적인 원인에 대한 자료만 있을 뿐 손상원인 분석에 대한기술이 부족하다. 따라서 손상원인에 따른 손상 도를 체계적으로 평가할 수 있는 기술이 필요하다.
- 빈도를 분석하였다. 석조구조물의 주요 구조체 부위 중기단부에서의 피해가 가장 많은 것으로 나타났고, 그 다음 탑신부, 상륜부 순으로 나타났다. 구조적인 하중의 흐름 은상 두부, 탑신부, 기단부 순으로 지반에 전달되는 구조이기 때문에 일반구조물의 기초와 같은 역할을 수행하는 기단부에서 45%의 큰 재해피해가 발생한 것으로 판단된다.
- 인해 199건의 피해가 발생하였다. 석조문화재에 피해를 입힌 재해로는 부등침하와 지하 수위 변동 등의 지반재해가 53건으로 가장 많았고, 태풍이 37건, 집중호우 및 홍수로 인한 침수, 유실, 산사태 등의 피해가 30건, 그 외의 기타 재해로 67건의 피해가 조사되었다. 또한 그림 3과 같이 장기적인 요인에 의한 재해피해는 420건으로 나타났다.
- 또한 그림 3과 같이 장기적인 요인에 의한 재해피해는 420건으로 나타났다. 석조문화재의 경우 균열, 이격 및 이탈, 노후화에 의한 피해가 절반 이상인 282건으로 조사되었고, 풍화에 의한 피해가 42건, 배부름/유실에 의한 피해는 37건 그 밖에 병충해, 산성비, 염해, 부식, 냉해, 동결융해 등에 의한 피해도 나타났다.
- 우선순위를 분석하였다. 재해피해 사례 중 균열, 노후화, 이격/이탈 등 자연재해의 장기적 관점에서의 요인들로 인한 피해가 67%로 많은 비율을 차지하였다. 특히 시간이 지남에 따라 발생하는 장기적 요인인 노후화는 이격, 이탈, 균열 등 문화재의 재질 및 구조체에 문제를 일으키는 원인이 되기도 하며, 이런 노후화가 시작된 이후 태풍, 집중호우 등의 단기적인 요인인 재해에 노출될 경우 더 큰 재해 피해를 발생시키게 된다.
후속연구
- 2) 석조구조물에 대한 정밀실측 조사가 현재 진행되고 있는 실정이나, 아직 체계화되지 않았으며, 석조구조물의 내부구조에 대한 실측 조사는 해체를 하지 않는 이상 정확하게 파악할 수 없으므로 비파괴적인 정밀실측 조사 방법이 개발됨과 동시에 많은 정밀실측자료에 대한 체계적인 D/B 구축이 필요하다.
- 3) 석조구조물의 불연속체 특성을 고려한 합리적인 구조모델링 및 해석 기법에 대한 연구가 요구된다. 또한 시편 채취를 통한 재료 특성시험이나 비파괴진단을 통한 정확한 재료적 성질 파악이 필요하며 구조물의 힘의 전달체계 및 역학적 거동 파악을 위한 구조체 성능실험이 요구된다.
- 4) 석조구조물의 손상에 따른 안전성 확보를 위해서는 균열, 변형 및 처짐 등에 대한 허용기준마련이 시급한 실정이며, 이를 위해서는 구조 특성별 다양한 적용변수에 따른 실험 및 해석자료가 분석되어야 한다.
- 이는 우리나라의 석조구조물과는 다른 블록과 블록 사이를 접착제(모르타르)로 연결한 구조물에 대한내용이기 때문에 우리나라의 석조구조물에 적용 가능한 구조 안전성 평가 기준 및 지침이 필요한 실정이다. 따라서 석조구조물의 안전성 평가 기준 및 지침을 개발하기 위해서는 손상원인분석, 재료 및 구조체 실험, 구조모델링 및 해석기법에 대한 연구가 체계적으로 수행되어야 하며, 이와 더불어 구조특성별 다양한 적용변수를 반영하여야 한다.
- 이에 따라 그림 9와 같이 석조구조물의 기울어짐에 따른 고유진동수 변화 측정 실험과 그림 10과 같은 지반 경사도와 침하에 따른 실험气 그림 11의 지진대 실험3) 등에 대한 연구가 진행되고 있으며, 아직 시작 단계이므로 좀 더 체계적이고 정밀한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 따라서 향후, 석조구조물의 구조적 안정성에 영향을 미치는 여러 재해 요인을 고려한 실험적 연구가 수행되어야 하며, 구조모델링 및 해석을 통한 검증이 이루어져야 한다. 또한 석조구조물에 발생되는 변형과 붕괴는 블록 자체의 파괴가 아닌 석재와 석재 사이의 구속력이 매우 작은 절리면의 거동에 의해 결정되므로 석재의 이동에 따른 영향을 고려하기 위해서는 석재와 석재 사이의 불연속면에 대한 재료 특성시험이 동반되어야 한다.
- 하지만 국내의 연구의 대부분은 석조구조물의 해석 시에도 유한요소법을 이용한 구조해 석방법을 사용하기 때문에 불연속면에 대한 거동을 무시한 채 석조구조물을 연속체로 가정한 후 해석을 수행하는 것이 일반적이었다. 또한 석조구조물의 구조해석 시 석재 사이의 미끄러짐, 석재 사이의 변위 및 회전, 균열에 의한 벌어짐, 석재의 완전한 분리, 새로운 접촉면의 탐색 등이 가능하여야 하기 때문에불연속체 구조물의 해석 및 붕괴과정을 분석할 수 있는 해석기법의 개발이 필요하다. 이에 따라 본 연구자는 그림 13 ~16과 같이 실제 석조구조물에 대한 불연속체 구조모델링을 수행하여 연직하중과 내구성저화, 지반의 기울어짐 및 지진하중에 따른 구조해석을 수행하였다.
- 및 해석 기법에 대한 연구가 요구된다. 또한 시편 채취를 통한 재료 특성시험이나 비파괴진단을 통한 정확한 재료적 성질 파악이 필요하며 구조물의 힘의 전달체계 및 역학적 거동 파악을 위한 구조체 성능실험이 요구된다.
- 한다. 이에 따라 그림 9와 같이 석조구조물의 기울어짐에 따른 고유진동수 변화 측정 실험과 그림 10과 같은 지반 경사도와 침하에 따른 실험气 그림 11의 지진대 실험3) 등에 대한 연구가 진행되고 있으며, 아직 시작 단계이므로 좀 더 체계적이고 정밀한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 따라서 향후, 석조구조물의 구조적 안정성에 영향을 미치는 여러 재해 요인을 고려한 실험적 연구가 수행되어야 하며, 구조모델링 및 해석을 통한 검증이 이루어져야 한다.
- 좀 더 신뢰적인 기술을 통한 실측자료 D/B 구축이 필요할 것으로 판단된다.
- 따라서 최근 미륵사지석탑에 대한 암석의 특성과 채석산지 조사를 바탕으로 채석 산지의 시료를 채취하여 재료의 물성치를 간접적으로 파악하는 방법이 사용되어 왔다. 하지만 한정된 자료로 좀 더 높은 신뢰도를 얻기 위해서는 재료시험에 사용되는 시편을 지역별, 시대별 그리고 재료 성질에 따라 석탑을 구성하는 재료와 동특성의 재료로 분류하여 연구가 진행되어야 한다. 특히 시편채취가 어려운 경우 비파괴진단기술을 통한 재료 특성 분석기술 연구도 필요하다.
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