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문제 정의
- 본 연구에서는 합성수지를 이용한 목조건조물 문화재의 수리를 위한 효과적인 보강방법을 제시하기 위하여 합성수지의 보강단면적, 보강방향, 보강길이, 재료 강도를 변화시켜 원형단면을 가진 부재의 압축시험을 실시하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 이에 본 연구는 목조건조물문화재의 압축 부재의 부식과 노후화에 따른 여 러 변수를 분석하고, 그 변수에 따라 합성수지로 보강한 원형 단면 목재의 압축 실험을 수행하여 보수 및 보강 방법의 범위와 위치에 따른 적용 가능성 및 보강효과를 연구하여 목조건조물 문화재의 보존 및 보수 및 보강에 대한 근거자료를 확보하고자 한다.
제안 방법
- 2>(a) 〜(n)과 같이 단면에 대한 합성수지의 보강 비율, 높이에 대한 보강 길이, 합성수지의 보강 위치 및 합성수지 재료강도에 따라 목재가 손상된 정도와 부위에 따른 합성수지의 적용 가능성 및 보강효과를 비교 및 분석하여 최적의 보강방법을 검토하였다. 시험체에 적용된 변수는<표 4>와 같다.
- 고정된 상부베드 1개소에 변위 측정기 (LVDT)를설치하여 하중의 증가에 따른 부재의 길이방향 변위를 측정하였다. 목재 및 합성수지의 변형률은 시험 체 중앙부의 합성수지 면에 1개소 또는 목재, 합성수지 양면 2개소에 스트레인 게이지(strain guage)를 부착하여 측정하였으며, 측정된 변형률 값의 변화를 가지고 목재와 합성수지의 일체화 거동에 대한 평가와 부재의 좌굴에 의한 횡변위의 발생을 평가하고자 한다.
- 측정하였다. 목재 및 합성수지의 변형률은 시험 체 중앙부의 합성수지 면에 1개소 또는 목재, 합성수지 양면 2개소에 스트레인 게이지(strain guage)를 부착하여 측정하였으며, 측정된 변형률 값의 변화를 가지고 목재와 합성수지의 일체화 거동에 대한 평가와 부재의 좌굴에 의한 횡변위의 발생을 평가하고자 한다.
- 본 연구의 실험변수는 보강단면적비율, 단면의 보강 방향, 보강길이, 합성수지 재료강도로 하였으며, 시험체는 총 14개를 제작하여 실험하였다.<그림 2>(a) 〜(n)과 같이 단면에 대한 합성수지의 보강 비율, 높이에 대한 보강 길이, 합성수지의 보강 위치 및 합성수지 재료강도에 따라 목재가 손상된 정도와 부위에 따른 합성수지의 적용 가능성 및 보강효과를 비교 및 분석하여 최적의 보강방법을 검토하였다.
- 실험에서 가력된 압축하중과 변위 측정기의 변위, 목재 및 합성수지의 변형률은 데이터 자료 습득기 (TDS-602X 통하여 습득하였다.
- 이에 따라, 합성수지를 이용한 보수 및 보강의 가능성과 범위 그리고 보강 위치에 따른 보강 효과를 알아보기 위한 압축 내력 실험을 수행하였으며, 시험제 제작과정은과 같다.
- 이때, 단면의 도심에 하중이 작용할 수 있도록 시험체를 설치하여 편심모멘트의 영향을 받지 않고 순수한 압축에 의해 파괴가 일어날 수 있도록 유도하였다. 측정항목은 압축하중, 부재의 길이방향 변위 및 목재와 합성수지의 변형률 그리고 하중 증가에 따른 목재와 합성수지의 상태를 육안으로 관찰하여 전체적 인 양상을 기록하였다.
- 하중의 가력장치로는 981kN 용량의 유압식 만능재료시험기(U.T.M.)를 사용하였고, 변위(Strok e) 제어방식을 선택하여 0.5mm/rnin로 가력 하였다. 이때, 단면의 도심에 하중이 작용할 수 있도록 시험체를 설치하여 편심모멘트의 영향을 받지 않고 순수한 압축에 의해 파괴가 일어날 수 있도록 유도하였다.
- 합성수지를 이용한 목구조물 보수 - 보강 효과를 알아보기 위한 실험 결과는에 정리하였으며, 탄성계수와 좌굴하중 값은 각각의 시험체별 응력-변형률 곡선의 기울기로 탄성계수값을 즉정하여 좌굴하중 값을 추정하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서 보강재로 사용된 합성수지는 국내A 사의 제품으로서 일반적으로 목재의 보수 및 보강에 사용되고 있다. 합성수지의 성분 및 재료적 특성은< 표 2>와<표 3>에서 나타내고 있다.
- 본 연구의 시험체는 원형단면 압축부재이다. 목재의 합성수지보강 과정은 목조건조물의 압축 부재에발생된 부식 및 노후화에 대한 기존 연구의 현황조사 결과를 근거로 산정한 실험변수를 신재에 적용하여 목재의 일부분을 제거하였으며, 합성수지로 보강할 부분에 묻어있는 먼지 및 불순물을 제거하고 접착강화용 수지를 사용하여 목재에 침투처리한 후 합성수지를 충진한다.
- 시험체 제작에 사용된 목재는 구조재에 적합한 함수율 10% 내외의 국내산 적송을 사용하였으며, 재료적 특성은과 같다.
- 시험체의 길이는 1000mm이며, 세장비(人)는 40이다. 하중의 가력장치로는 981kN 용량의 유압식 만능재료시험기(U.
성능/효과
- 1) 접선방향 보강비율이 10.3%인 경우에 1.08, 19.6%인 경우에는 0.97로 보강에 대한 강도 비가 나타났다. 즉 접선방향 보강비율이 19.
- 2) 방사방향 보강비율이 12.5%인 경우에 1.11, 25%인 경우에는 0.92로 보강에 대한 강도 비가 나타났다. 즉 방사방향 보강비율이 25%이내에는 보강 효과가 있는 것으로 나타났으나, 37.
- 있다.2)목조건조물문화재는 목재자체의 가연성 및 옹이, 엇결 등에 따른 구조적인 결함과 풍화나 부식, 충해로 인한 내구성의 저흐卜, 건조와 함수율 변화에 따른 길이나 부피의 변화 또는 변형 등으로 인해 구조적인 내력이 저하되는 결점을 가지고 있다.", 现 이러한 부식 및 손상된 부재를 방치하면 전체적인 구조물의 변형으로 인해 큰 위험이 발생하게 된다.
- 3) 같은 보강면적인 경우에는 접선방향보다는 방사 방향으로 보강하는 것이 보강효과가 효과적 인 것으로 나타났다.
- 4) 보강길이는 800mm인 경우에 강도 비가 1.05 로 나타났으며, 보강길이가 전 길이에 80% 미만 이면보강 효과가 없는 것으로 나타났다. 그러나 부재의 압축강도와 연성거동 등의 모든 측면을 고려할 때, 부재의 전 길이에 대하여 보강하는 것이 효과적인 것으로 나타났다.
- 5) 합성수지의 강도측면에서는 재료강도는 초고강도 보다는 일반적인 강도가 더 효과적인 것으로 나타났다.
- CC-L계열은 길이방향의 보강면적비율이 각각 60%, 40%인 경우는 20%, 30%의 강도감소가 나타났다. CC-R계열은 합성수지의 강도가 클수록 취성적인파괴를 유발해 일반강도의 합성수지를 사용하는 것보다 낮은 강도에서 파괴가 발생되었다.
- 각각의 하중곡선을 살펴보면 일반강도의 합성수지를 사용했을 경우, 적절한 양의 합성수지를 사용하면 신재 이상의 압축내력을 가지는 것을 확인할 수 있다. 하지만 보강비율이 일정 비율 이싱■이면 보강 효과는 거 의 없는 것으로 나타났다.
- 길이 방향으로 보강된 CC-L계열의 시험체는 보강길이가 전 길이의 80%미만이면 보강효과가 없는 것으로 나타났다. 그러나 길이방향으로의 보강길이가 전 길이의 80%이상으로 보강했을 때, 압축강도는 신재보다 높지만 부재의 연성적인 거동의 측면에서 봤을 때는 부재의 전 길이에 걸쳐 보강하는 것이 효과적인 것으로 나타났다.
- 05 로 나타났으며, 보강길이가 전 길이에 80% 미만 이면보강 효과가 없는 것으로 나타났다. 그러나 부재의 압축강도와 연성거동 등의 모든 측면을 고려할 때, 부재의 전 길이에 대하여 보강하는 것이 효과적인 것으로 나타났다.
- 05로 원부재 (무결손단면)보다 더 높은 것으로 나타났다. 길이 방향으로 보강된 CC-L계열의 시험체는 보강길이가 전 길이의 80%미만이면 보강효과가 없는 것으로 나타났다. 그러나 길이방향으로의 보강길이가 전 길이의 80%이상으로 보강했을 때, 압축강도는 신재보다 높지만 부재의 연성적인 거동의 측면에서 봤을 때는 부재의 전 길이에 걸쳐 보강하는 것이 효과적인 것으로 나타났다.
- 11 로 보강나머지 시험체의 경우는 보강효과가 없는 것으로 나타났다. 방사 방향으로 보강된 CC-RA계열 시험체의 결과에서 보듯이 방사방향 보강비율이 25%이내의 경우는 보강 효과를 나타났으나, 37.5%이상의 경우에는 보강 효과가 없는 것으로 나타났다.
- 방사 방향으로 보강한 CC-RA계열의 시험체의 경우 보강면적 비율이 25%, 37.5%, 50%정도일 때 8%, 16%, 35%의 강도감소가 나타났다.
- 나타내고 있다. 방사방향 보강비율이 12.5%인 CC-RA1 시험체의 강도비가 1.11 로 보강나머지 시험체의 경우는 보강효과가 없는 것으로 나타났다. 방사 방향으로 보강된 CC-RA계열 시험체의 결과에서 보듯이 방사방향 보강비율이 25%이내의 경우는 보강 효과를 나타났으나, 37.
- 강도 비를 나타내고 있다. 보강재인 합성수지의 재료 강도가 고강도와 초고강도일 때 원부 재(무결손단면)의 압축강도와 비교한 강도 비가 각각 0.84, 0.78 로 나타났으며, 합성수지의 재료강도가 높을수록 보강 효과는 낮은 것으로 나타났다.
- 본 연구의 결과를 통하여 볼 때, 목조건조물 문화재의 손상된 압축부재를 합성수지를 이용하여 일정 비율이 하로 보수 및 보강할 경우 신재로 교체하지 않더라도 구조적인 내력을 충분히 확보할 수 있는 것으로 사료된다.
- 전체적으로 시험체의 파괴 양상이 초기 가력시에는 전형적인 목재의 파괴양상인 압축형, 설할형, 전단형 등의 형태로 파괴되어 대부분의 시험체가 합성수지와 목재가 일체 거동하는 것으로 나타났다.
- 97 로 나타났다. 접선방향으로 보강된 CC-TA계열 시험체의 결과에서 보듯이 접선방향 보강비율이 19.6% 이내는 보강효과가 있는 것으로 나타났으나, 30% 이상의 경우에는 보강효과가 없는 것으로 나타났다.
- 접선방향으로 보강한 CC-TA계열의 시험체의 경우 보강면적 비율이 30%, 40%정도인 시험체의 강도는 신재보다 25%, 26%낮게 나타났다. 방사 방향으로 보강한 CC-RA계열의 시험체의 경우 보강면적 비율이 25%, 37.
- 92로 보강에 대한 강도 비가 나타났다. 즉 방사방향 보강비율이 25%이내에는 보강 효과가 있는 것으로 나타났으나, 37.5%이상의 경우에는 보강효과가 없는 것으로 나타났다.
- 97로 보강에 대한 강도 비가 나타났다. 즉 접선방향 보강비율이 19.6%이내는 보강 효과가 있는 것으로 나타났으나, 30%이상의 경우에는 보강 효과가 없는 것으로 나타났다.
후속연구
- 추후 합성수지를 이용한 목조구조물의 내 력증진을위한 더 많은 연구가 진행되어야 할 것이며, 정확한 규준 정립 및 자료 구축을 위하여 여러 형태 및 고목에 대한 연구도 필요할 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.