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문제 정의
- 국내외의 PC 구조벽체에 관한 논문을 분석하였다. 대표적인 기존연구로서 Soudki et al.
- 또한, 기준(4),(5)에 의하면 PC 구조를 내진구조로 사용하기 위해서는 RC 구조와 동등 이상의 내진성능을 확보하여야 하므로 기존 PC 구조벽체는 내진구조로 사용하기에 부족한 것으로 판단된다. 따라서 PC 구조벽체를 구조물의 주요 횡력저항시스템으로 이용하기 위해서는 내진성능을 개선해야 하므로 본 연구에서는 RC 구조벽체와 동등이상의 내진성능을 확보하여 내진구조로 사용할 수 있는 PC 구조벽체를 개발하고자 한다.
- 따라서 PC 구조 벽체가 안정적인 내진성능을 발휘하려면 PC 구조벽체 하부 소성힌지 영역에서 충분한 강도와 변형성능을 발휘할 수 있도록 해야 한다. 따라서 본 연구에서는 기존 PC 구조벽체의 문제점을 보완할 수 있는 다음과 같은 2가지의 PC 구조벽체를 제안하였다.
- 따라서 본 연구의 목적은 기존 PC 구조벽체의 접합부 문제점을 개선하여 내진성능을 확보할 수 있는 PC 구조벽체를 개발하는 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 우선적으로 PC 구조벽체 내진성능과 관련된 국내외의 기존 연구를 조사하여 내진성능이 부족한 기존 PC 구조벽체의 문제점을 분석하였다.
- 본 연구에서는 기존 PC 구조벽체의 접합부 문제점을 개선하여 내진성능을 확보할 수 있는 PC 구조벽체를 개발하기 위하여 2가지의 PC 구조벽체 시스템을 제안하였다. 제안된 PC 구조벽체는 RC 벽체 및 PC 벽체가 혼합된 복합 PC 벽체(HY-PC 벽체)와 벽체하부 연결철근의 일부를 단면 감소시키고 비부착 상세를 적용한 PC 벽체(BSR-PC 벽체)이다.
제안 방법
- (1),(2)은 기존 PC 구조벽체의 수평접합부에 적용되고 있던 스플라이스 슬리브를 이용한 방법, 철제앵글에 철근을 용접하는 방법 등과 새로운 접합부인 연결철근에 부분 비부착 상세(Partially Unbonded Reinforcing Bar)를 적용한 방법, 철제튜브에 나사가공한 철근(Reinforcing Bar Bolted to Steel Tube Section)을 이용한 방법을 적용한 PC 구조벽체에 관한 실험을 수행하였다(그림 3
- 그림 6(b)는 제안된 PC 구조벽체 가운데 벽체하부의 철근을 깎아 철근단면을 감소시키고 단면이 감소된 부분의 철근과 콘크리트를 비부착시킨 상세를 지닌 PC 구조벽체이다. 그림 7(a)와 같이 연결철근의 단면을 깎아 벽체의 항복을 접합부에서 벽체판넬 내부로 유도하고 슬리브가 부담하는 하중을 저감시켜 무수축 모르타르의 파괴를 방지하였다. 따라서 스플라이스 슬리브 접합부는 지진에 대한 극한거동 시 탄성상태로 유지되어 접합부에서의 국부적인 파괴가 방지 되도록 하였다.
- 3가지 실험체에 대하여 횡하중 반복가력 실험을 수행하여 변위 증가에 따른 각 실험체별 파괴상황을 분석하였다(그림 12 참조).
- 4. 벽체 하단부에서의 수직변형률을 분석하였다. HY- PC 실험체와 BSR-PC 실험체는 대체적으로 선형을 나타내고 있는데 반해 ST-RC 실험체는 비선형을 나타냈다.
- HY-PC 실험체는 기초-하부벽체, 상부벽체-가력보의 두 부분으로 나누어 제작하였고 BSR-PC 실험체는 기초, 하부벽체, 상부벽체-가력보의 세부분으로 나누어 제작하였다. BSR-PC 실험체는 연결철근의 단면을 가공한 부분은 PVC파이프를 씌우고 타설 시 콘크리트가 새어 나오지 않도록 방수처리하였다.
- ST-RC 실험체는 기초-벽체-가력보를 모두 일체로 제작하였다. HY-PC 실험체는 기초-하부벽체, 상부벽체-가력보의 두 부분으로 나누어 제작하였고 BSR-PC 실험체는 기초, 하부벽체, 상부벽체-가력보의 세부분으로 나누어 제작하였다. BSR-PC 실험체는 연결철근의 단면을 가공한 부분은 PVC파이프를 씌우고 타설 시 콘크리트가 새어 나오지 않도록 방수처리하였다.
- 따라서 기초에서 하부벽체 (높이=990mm)까지는 RC 벽체이고 상부벽체는 PC 벽체이다(그림 8(b) 참조). RC 벽체에서 파괴가 발생하도록 상부 벽체에서 내려오는 연결철근이 소성힌지 높이까지 내려오지 않도록 하고 정착강도를 발휘할 수 있도록 헤디드 바를 적용하였다. 제안된 다른 PC 구조벽체인 BSR-PC(Bar Section Reduction PC) 실험체는 기초와 만나는 연결철근 하부에 단면감소 및 비부착 상세를 적용한 실험체이다(그림 8(c) 참조).
- 구조벽체는 벽체하부의 성능에 의해 전체 시스템의 성능이 결정되므로 실험체는 구조벽체 하부의 내진성능을 평가할 수 있도록 설계하였다. 실험체에 작용하는 하중은 횡하 중만을 고려하였다.
- 따라서 스플라이스 슬리브 접합부는 지진에 대한 극한거동 시 탄성상태로 유지되어 접합부에서의 국부적인 파괴가 방지 되도록 하였다. 그리고 항복이 유도된 PC 벽체 내부에 콘크리트와 철근을 비부착하여 항복구간을 확보하여 변형능력이 증가하도록 하였다. 연결철근의 단면이 감소된 부분에 적용된 비부착 상세는 PVC 파이프를 이용하였다.
- 기존 RC 벽체와 제안된 PC 구조벽체의 내진성능을 평가 하기 위하여 그림 10과 같이 횡하중 반복가력실험을 수행하였다. 횡력은 500kN 용량의 엑츄에이터(Actuator)를 사용하여 계획된 하중이력에 따라 변위제어 방법을 이용하여 가력하였다.
- 기초와 PC 벽체, RC 및 PC 벽체 사이의 접합부는 제작 및 조립 시의 오차를 보완하기 위하여 20mm 간격을 두고 조립한 후에 고강도 무수축 모르타르를 채워 넣을 수 있도록 설계하였다. 무수축 모르타르 시공 시 접합부와 스플라이스 슬리브가 동시에 채워질 수 있도록 하였다.
- 벽체 내부로 철근 항복을 유도하기 위하여 기초 상부면에서 높이 145mm~ 450mm까지 연결철근의 지름을 20mm로 감소시켜 가공하도록 설계하였다. 또한 PVC 파이프를 이용하여 연결철근의 가공된 부분에 콘크리트와의 비부착 상세를 적용하였다.
- 기초와 PC 벽체, RC 및 PC 벽체 사이의 접합부는 제작 및 조립 시의 오차를 보완하기 위하여 20mm 간격을 두고 조립한 후에 고강도 무수축 모르타르를 채워 넣을 수 있도록 설계하였다. 무수축 모르타르 시공 시 접합부와 스플라이스 슬리브가 동시에 채워질 수 있도록 하였다.
- 제안된 다른 PC 구조벽체인 BSR-PC(Bar Section Reduction PC) 실험체는 기초와 만나는 연결철근 하부에 단면감소 및 비부착 상세를 적용한 실험체이다(그림 8(c) 참조). 벽체 내부로 철근 항복을 유도하기 위하여 기초 상부면에서 높이 145mm~ 450mm까지 연결철근의 지름을 20mm로 감소시켜 가공하도록 설계하였다. 또한 PVC 파이프를 이용하여 연결철근의 가공된 부분에 콘크리트와의 비부착 상세를 적용하였다.
- 22이고 실험체 개수는 총 3개로서 기준실험체인 1개의 RC 구조 벽체와 제안된 2개의 PC 구조벽체를 제작하여 제안된 PC 구조벽체의 성능을 평가할 수 있도록 하였다. 벽체의 모든 접합부는 D25용 스플라이스 슬리브(Splice Sleeve)에 고강도 무수축 모르타르를 채워넣는 방법을 적용하였다.
- 이를 위해 본 연구에서는 우선적으로 PC 구조벽체 내진성능과 관련된 국내외의 기존 연구를 조사하여 내진성능이 부족한 기존 PC 구조벽체의 문제점을 분석하였다. 분석한 기존 PC 구조벽체의 자료를 토대로 내진성능 개선을 위한 새로운 두 종류의 PC 구조벽체를 제안하였다. 최종적으로 제안된 PC 구조벽체의 내진성능평가를 위하여 주기 횡하중 실험을 수행하고 실험체별 결과를 비교 및 분석하여 제안된 PC 구조벽체 시스템의 유효성을 검증하였다.
- 1R-01(7)과 Hawkins and Ghosh(8)에 따라 다음 단계가 이전 단계의 125%~150%의 범위에 들도록 그림 11과 같이 15단계로 계획하였다. 세로 축의 가력변위는 강도와 강성의 저하에 대한 자료를 얻을 수 있도록 각 변위마다 3번씩 반복 가력하도록 계획하였다. 실험의 진행에 따라 발생되는 균열은 가력방향에 따라 구분하여 표시하고 이를 기록하였다.
- 실험의 진행에 따라 발생되는 균열은 가력방향에 따라 구분하여 표시하고 이를 기록하였다. 실험은 변위의 증가에 따라 내력이 크게 저하되는 것으로 판단될 경우까지 실험을 수행하였다. 가력에 따른 실험체의 변위와 벽체 하부의 변형률을 측정하기 위하여 그림 10과 같이 변위계(LVDT)를 설치하였다.
- 세로 축의 가력변위는 강도와 강성의 저하에 대한 자료를 얻을 수 있도록 각 변위마다 3번씩 반복 가력하도록 계획하였다. 실험의 진행에 따라 발생되는 균열은 가력방향에 따라 구분하여 표시하고 이를 기록하였다. 실험은 변위의 증가에 따라 내력이 크게 저하되는 것으로 판단될 경우까지 실험을 수행하였다.
- 따라서 본 연구의 목적은 기존 PC 구조벽체의 접합부 문제점을 개선하여 내진성능을 확보할 수 있는 PC 구조벽체를 개발하는 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 우선적으로 PC 구조벽체 내진성능과 관련된 국내외의 기존 연구를 조사하여 내진성능이 부족한 기존 PC 구조벽체의 문제점을 분석하였다. 분석한 기존 PC 구조벽체의 자료를 토대로 내진성능 개선을 위한 새로운 두 종류의 PC 구조벽체를 제안하였다.
- 제안된 PC 구조벽체는 RC 벽체 및 PC 벽체가 혼합된 복합 PC 벽체(HY-PC 벽체)와 벽체하부 연결철근의 일부를 단면 감소시키고 비부착 상세를 적용한 PC 벽체(BSR-PC 벽체)이다. 제안된 PC 구조벽체의 내진성능을 평가하기 위하여 횡하중 반복가력실험을 수행하고 구조성능을 평가하였으며 이에 대한 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 제안된 PC 구조벽체의 내진성능평가를 위하여 RC 구조 벽체인 ST-RC 실험체와 강도, 강성, 변위 연성비 및 에너지 소산능력을 비교하였다.
- ST-RC(Standard RC) 실험체는 기준 실험체인 RC 벽체로서 일반적인 구조벽체와 같이 휨파괴되도록 설계하였다 (그림 8(a) 참조). 제안된 PC 구조벽체인 HY-PC(Hybrid PC) 실험체는 PC 및 RC 구조벽체를 복합시공한 실험체로서 소성힌지 영역(lp=lw/2=450mm, lw(벽체 폭)=900mm)에서 안정적 극한거동을 유도하기 위해 소성힌지가 포함된 벽체하부를 RC 벽체로 계획하고 탄성상태가 예상되는 상부 부분을 PC 벽체로 계획하였다. 따라서 기초에서 하부벽체 (높이=990mm)까지는 RC 벽체이고 상부벽체는 PC 벽체이다(그림 8(b) 참조).
- 횡력은 500kN 용량의 엑츄에이터(Actuator)를 사용하여 계획된 하중이력에 따라 변위제어 방법을 이용하여 가력하였다. 하중이력은 ACI T1.1R-01(7)과 Hawkins and Ghosh(8)에 따라 다음 단계가 이전 단계의 125%~150%의 범위에 들도록 그림 11과 같이 15단계로 계획하였다. 세로 축의 가력변위는 강도와 강성의 저하에 대한 자료를 얻을 수 있도록 각 변위마다 3번씩 반복 가력하도록 계획하였다.
- 기존 RC 벽체와 제안된 PC 구조벽체의 내진성능을 평가 하기 위하여 그림 10과 같이 횡하중 반복가력실험을 수행하였다. 횡력은 500kN 용량의 엑츄에이터(Actuator)를 사용하여 계획된 하중이력에 따라 변위제어 방법을 이용하여 가력하였다. 하중이력은 ACI T1.
대상 데이터
- ST-RC(Standard RC) 실험체는 기준 실험체인 RC 벽체로서 일반적인 구조벽체와 같이 휨파괴되도록 설계하였다 (그림 8
- 제안된 연결철근 단면감소 및 비부착 상세를 적용한 PC 구조벽체 시스템은 기존의 PC 벽체시스템이나 복합 PC 벽체와 설계과정에 다소 상이한 부분이 있어 이에 대해서 설명하면 다음과 같다. 본 PC 구조벽체 시스템은 그림 7과 같이 연성도 확보를 위하여 소성힌지 발생 구간을 벽체하부 접합부에서 단위벽체로 이동시킨 벽체이다. 따라서 벽체길이 방향의 모멘트 성능을 그림 7(c)와 같이 조정하였다(그림 7(c)는 벽체 수직철근비가 동일하다고 가정했을 때의 벽체의 모멘트 성능을 나타낸 그림이다).
- 실험체에 작용하는 하중은 횡하 중만을 고려하였다. 실험체의 세장비(M/VL)는 약 2.22이고 실험체 개수는 총 3개로서 기준실험체인 1개의 RC 구조 벽체와 제안된 2개의 PC 구조벽체를 제작하여 제안된 PC 구조벽체의 성능을 평가할 수 있도록 하였다. 벽체의 모든 접합부는 D25용 스플라이스 슬리브(Splice Sleeve)에 고강도 무수축 모르타르를 채워넣는 방법을 적용하였다.
- 그리고 항복이 유도된 PC 벽체 내부에 콘크리트와 철근을 비부착하여 항복구간을 확보하여 변형능력이 증가하도록 하였다. 연결철근의 단면이 감소된 부분에 적용된 비부착 상세는 PVC 파이프를 이용하였다.
- 본 연구에서는 기존 PC 구조벽체의 접합부 문제점을 개선하여 내진성능을 확보할 수 있는 PC 구조벽체를 개발하기 위하여 2가지의 PC 구조벽체 시스템을 제안하였다. 제안된 PC 구조벽체는 RC 벽체 및 PC 벽체가 혼합된 복합 PC 벽체(HY-PC 벽체)와 벽체하부 연결철근의 일부를 단면 감소시키고 비부착 상세를 적용한 PC 벽체(BSR-PC 벽체)이다. 제안된 PC 구조벽체의 내진성능을 평가하기 위하여 횡하중 반복가력실험을 수행하고 구조성능을 평가하였으며 이에 대한 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 제안된 다른 PC 구조벽체인 BSR-PC(Bar Section Reduction PC) 실험체는 기초와 만나는 연결철근 하부에 단면감소 및 비부착 상세를 적용한 실험체이다(그림 8
- 실험체 제작에 사용된 콘크리트, 무수축 모르타르, 철근의 기계적 특성을 표 1~표 2에 나타내었다. 콘크리트 공시체는 KS F 2403 규정에 따라 지름 10cm, 높이 20cm의 실린더형 몰드를 이용하여 제작하였고 무수축 모르타르의 공시체는 한 변의 크기가 5cm인 큐빅 몰드를 이용하여 제작하였다. 콘크리트의 탄성계수(Elastic Modulus)는 KS F 2438에 따라 산정하였고 철근의 탄성계수는 응력-변형률 곡선에서 탄성한계점과 원점에 대한 할선강성으로 결정하였다.
데이터처리
- 분석한 기존 PC 구조벽체의 자료를 토대로 내진성능 개선을 위한 새로운 두 종류의 PC 구조벽체를 제안하였다. 최종적으로 제안된 PC 구조벽체의 내진성능평가를 위하여 주기 횡하중 실험을 수행하고 실험체별 결과를 비교 및 분석하여 제안된 PC 구조벽체 시스템의 유효성을 검증하였다.
이론/모형
- )로 정의할 수 있다. 본 연구에서는 Offset Method(9)를 이용하여 항복점을 구하여 표 3에 나타내었다. 극한변위(Δu)는 하 중-변위 곡선에서 극한하중(Vmax) 이후 하강곡선에서 하중이 0.
- 콘크리트 공시체는 KS F 2403 규정에 따라 지름 10cm, 높이 20cm의 실린더형 몰드를 이용하여 제작하였고 무수축 모르타르의 공시체는 한 변의 크기가 5cm인 큐빅 몰드를 이용하여 제작하였다. 콘크리트의 탄성계수(Elastic Modulus)는 KS F 2438에 따라 산정하였고 철근의 탄성계수는 응력-변형률 곡선에서 탄성한계점과 원점에 대한 할선강성으로 결정하였다.
성능/효과
- 그림 16(a)의 싸이클당 에너지 소산에서 균열이 하부벽체에 집중되어 파괴된 HY-PC 실험체의 변동성이 가장 큰 것으로 나타났고 연결철근의 거동에 의해 전체 거동이 결정되는 BSR-PC 실험체의 경우 가장 변동성이 작은 것으로 나타났다. 그림 16(b)의 누적에너지 소산을 비교하였을 때 제안된 PC 구조벽체는 기존 RC 구조벽체인 ST-RC 실험체에 비하여 HY-PC 실험체의 경우 20.
- (1),(2)은 기존 PC 구조벽체의 수평접합부에 적용되고 있던 스플라이스 슬리브를 이용한 방법, 철제앵글에 철근을 용접하는 방법 등과 새로운 접합부인 연결철근에 부분 비부착 상세(Partially Unbonded Reinforcing Bar)를 적용한 방법, 철제튜브에 나사가공한 철근(Reinforcing Bar Bolted to Steel Tube Section)을 이용한 방법을 적용한 PC 구조벽체에 관한 실험을 수행하였다(그림 3(a) 참조). 실험결과, 기존방법은 주로 철근의 뽑힘 현상이 발생하여 그림 3(b)와 같이 큰 변형능력을 나타내지 못하는 것으로 나타났고 제안된 방법 가운데 연결철근에 부분적으로 비부착 상세를 적용한 실험체는 비부착 효과가 어느 정도 반영되어 기존 방법 보다 약 2배정도의 변형능력을 나타냈으나 철근의 뽑힘현상에 의하여 층간변위는 약 2%로 제한되었다. 위 실험에서 기존 PC 벽체의 층간변위는 평균적으로 약 1% 내외이다.
- 그림 16(a)의 싸이클당 에너지 소산에서 균열이 하부벽체에 집중되어 파괴된 HY-PC 실험체의 변동성이 가장 큰 것으로 나타났고 연결철근의 거동에 의해 전체 거동이 결정되는 BSR-PC 실험체의 경우 가장 변동성이 작은 것으로 나타났다. 그림 16(b)의 누적에너지 소산을 비교하였을 때 제안된 PC 구조벽체는 기존 RC 구조벽체인 ST-RC 실험체에 비하여 HY-PC 실험체의 경우 20.6%, BSR-PC 실험체의경우 38.5% 정도의 큰 값을 나타냈다. 따라서 제안된 PC 구조벽체는 기존의 RC 구조벽체보다 에너지 소산능력이 매우 우수한 것으로 나타났다.
- 1. HY-PC 실험체의 균열 및 파괴 모습은 기준실험체(ST-RC 실험체)와 거의 유사한 경향을 나타냈다. 그런데 ST-RC 실험체는 균열이 소성힌지 이외의 영역으로 넓게 분포하여 발생하였으나 HY-PC 실험체는 상부의 PC 벽체가 다른 부분에 비하여 강도가 크기 때문에 균열이 하부의 소성힌지 영역에 주로 집중되는 경향을 나타냈다.
- 2. HY-PC 실험체는 ST-RC 실험체보다 약 10% 정도 강도가 크게 나타났다. HY-PC 실험체는 항복 이후 부재각 약 2.
- 3. 강도측면에서 제안된 PC 구조벽체인 HY-PC 실험체와 BSR-PC 실험체는 기존 RC 벽체보다 예상값을 크게 상회하는 것으로 나타났다. 또한 강성을 비교하였을 때 제안된 PC 구조벽체인 HY-PC 실험체와 BSR-PC 실험체의 강성이 기존 RC 벽체인 ST-RC 실험체에 비하여 우수한 것으로 나타났다.
- 5%에서는 하부 접합부의 무수축 모르타르가 심하게 파괴되었다. 4.5%까지 가력하는 동안 큰 내력저하는 관찰되지 않았고 엑츄에이터(Actuator)의 한계 스트로크에 이르러 실험이 종료되었다.
- 1kN을 나타내고 하중이 서서히 저하하는 모습을 나타냈다. HY-PC 실험 체는 최대강도가 ST-RC 실험체와 거의 유사하도록 설계하였으나 정가력 시 부재각 1.42%에서 최대하중 196.4kN, 부가력 시 부재각 -2.34%에서 최대하중 -202.5kN을 나타내어 ST-RC 실험체보다 약 10% 정도 강도가 크게 나타났다. HY-PC 실험체는 항복 이후 부재각 약 2.
- HY- PC 실험체와 BSR-PC 실험체는 대체적으로 선형을 나타내고 있는데 반해 ST-RC 실험체는 비선형을 나타냈다. ST-RC 실험체의 수직변형률은 항복 부재각 0.67%~0.71%이내에서는 선형의 모습을 나타내어 HY-PC 실험체와 유사한 모습을 나타내었지만 항복 이후에는 ST-RC 실험체의 인장변형률이 증가하지 않는 비선형의 모습을 나타내었다.
- 8Vmax 일 때의 변위로 정의하였다. 각 실험체의 변위 연성비를 비교하였을 때 HY-PC 실험체의 경우 평균 4.13으로 나타났으므로 평균 5.17인 기준 실험체 ST-RC 실험체보다 다소 떨어지는 것으로 나타났으나 기존 연구(1-3)에서의 PC 벽체보다 우수한 변형성능을 나타냈다. BSR-PC 실험 체는 평균 7.
- 특히, 제안된 PC 구조벽체인 HY-PC 실험체와 BSR-PC 실험체는 기존 RC 벽체보다 예상값을 크게 상회하는 것으로 나타났다. 강성을 비교하였을 때 제안된 PC 구조벽체인 HY-PC 실험체와 BSR-PC 실험체의 강성이 기존 RC 벽체인 ST-RC 실험체에 비하여 우수한 것으로 나타났다.
- 기준 실험체인 ST-RC 실험체는 항복 이후 하중이 서서히 증가하다가 정가력 시 부재각 2.77%에서 최대하중 179.6kN, 부가력 시 부재각 -2.51%에서 최대하중 -183.1kN을 나타내고 하중이 서서히 저하하는 모습을 나타냈다. HY-PC 실험 체는 최대강도가 ST-RC 실험체와 거의 유사하도록 설계하였으나 정가력 시 부재각 1.
- 그림 16(a)의 싸이클당 에너지 소산에서 균열이 하부벽체에 집중되어 파괴된 HY-PC 실험체의 변동성이 가장 큰 것으로 나타났고 연결철근의 거동에 의해 전체 거동이 결정되는 BSR-PC 실험체의 경우 가장 변동성이 작은 것으로 나타났다. 그림 16(b)의 누적에너지 소산을 비교하였을 때 제안된 PC 구조벽체는 기존 RC 구조벽체인 ST-RC 실험체에 비하여 HY-PC 실험체의 경우 20.6%, BSR-PC 실험체의경우 38.5% 정도의 큰 값을 나타냈다. 따라서 제안된 PC 구조벽체는 기존의 RC 구조벽체보다 에너지 소산능력이 매우 우수한 것으로 나타났다.
- 따라서 HY-PC 실험체는 벽체 하부의 소성힌지영역에서 파괴가 발생하였고 BSR-PC 실험체는 콘크리트 부분에 큰 파괴가 없이 우수한 변형능력을 나타냈으므로 설계한 의도가 실험체에 잘 반영되었다고 판단된다.
- 따라서 강도, 강성, 변위 연성비, 에너지 소산능력을 비교한결과, 제안된 PC 구조벽체인 HY-PC 실험체와 BSR-PC 실험체는 RC 구조벽체인 ST-RC 실험체에 비하여 대체 적으로 우수한 내진성능을 가진 것으로 판단된다.
- 따라서 국내외의 PC 구조벽체에 관한 실험을 분석한 결과 기존의 PC 구조벽체는 RC 벽체에 비하여 내진성능이 크게 떨어지는 것으로 나타났다. 또한, 기준(4),(5)에 의하면 PC 구조를 내진구조로 사용하기 위해서는 RC 구조와 동등 이상의 내진성능을 확보하여야 하므로 기존 PC 구조벽체는 내진구조로 사용하기에 부족한 것으로 판단된다.
- 5% 정도의 큰 값을 나타냈다. 따라서 제안된 PC 구조벽체는 기존의 RC 구조벽체보다 에너지 소산능력이 매우 우수한 것으로 나타났다.
- 강도측면에서 제안된 PC 구조벽체인 HY-PC 실험체와 BSR-PC 실험체는 기존 RC 벽체보다 예상값을 크게 상회하는 것으로 나타났다. 또한 강성을 비교하였을 때 제안된 PC 구조벽체인 HY-PC 실험체와 BSR-PC 실험체의 강성이 기존 RC 벽체인 ST-RC 실험체에 비하여 우수한 것으로 나타났다. 변위 연성비를 비교하였을 때 HY-PC 실험체의 경우 평균 4.
- 모든 실험체에서 하중가력이 진행될수록 벽체 폭 방향으로 인장변형이 증가하게 되어 대체로 층간변위비 0.75%이상에서는 압축측의 변형률도 인장변형을 나타냈다.
- 8Vmax 일 때의 변위로 정의하였다. 각 실험체의 변위 연성비를 비교하였을 때 HY-PC 실험체의 경우 평균 4.13으로 나타났으므로 평균 5.17인 기준 실험체 ST-RC 실험체보다 다소 떨어지는 것으로 나타났으나 기존 연구(1-3)에서의 PC 벽체보다 우수한 변형성능을 나타냈다. BSR-PC 실험 체는 평균 7.
- 위와 같은 실험 결과를 종합하면 개발된 PC 구조벽체는 기존의 PC 구조벽체의 내진성능을 크게 개선하였고 RC 구조벽체와 동등 이상의 내진성능을 발휘하는 것으로 나타났다. 따라서 제안된 PC 구조벽체는 구조물의 주요 횡력저항 요소로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
- 또한 탄성상태로 소성변형이 발생하지 않는 부분을 PC로 시공하여 PC 벽체의 장점인 시공성과 경제성을 확보할 수 있다. 제안된 PC 구조벽체는 RC 벽체와 유사한 최종파괴모습을 나타낼 것으로 판단된다.
- 제안된 PC 구조벽체의 내진성능평가를 위하여 강도, 강성, 변위 연성비, 에너지 소산능력을 비교한 결과, 제안된 PC 구조벽체인 HY-PC 실험체와 BSR-PC 실험체는 RC 구조벽체인 ST-RC 실험체에 비하여 대체적으로 우수한 내진성능을 가진 것으로 판단된다.
- )에서 모든 실험체가 예상값보다 실험값이 15%이상 큰 값을 나타냈다. 특히, 제안된 PC 구조벽체인 HY-PC 실험체와 BSR-PC 실험체는 기존 RC 벽체보다 예상값을 크게 상회하는 것으로 나타났다. 강성을 비교하였을 때 제안된 PC 구조벽체인 HY-PC 실험체와 BSR-PC 실험체의 강성이 기존 RC 벽체인 ST-RC 실험체에 비하여 우수한 것으로 나타났다.
- )을 보았을 때 다른 실험체보다 예상값을 크게 상회하는 것으로 나타났다. 항복 이후 거동에서는 최대하중 이후 정가력 시 1.4%, 부가력 시 1.0%에서 벽체 하부 접합부의 무수축 모르타르의 파괴에 의해 하중이 다소 저하하는 모습을 나타내었지만 이후 거의 및 강성의 저하가 크게 나타났지만 BSR-PC 실험체는 무수축 모르타르의 파괴 이후에는 강도 및 강성 저하가 크게 나타나지 않았다. 이는 BSR-PC 실험체의 균열상황을 보았을 때 층간변위 0.
후속연구
- (10) 최근 벽체하부 소성힌지 구간의 수직변형률 분포를 기준으로 벽체의 연성설계를 수행하는 변위기초설계방법(Displacement-Based Design Method)(11),(12)이 제안되고 있는데, 아직까지 이러한 벽체의 변형률 분포 특징이 완전하게 반영되지 못한 측면이 있다. 따라서 벽체의 변위기초설계방법을 보다 합리적으로 수행 하기 위해서는 위 실험에서 나타난 인장변형률의 비선형성이나 길이방향 인장변형의 증가 등을 합리적으로 고려해야 할 것이다.
- 위와 같은 실험 결과를 종합하면 개발된 PC 구조벽체는 기존의 PC 구조벽체의 내진성능을 크게 개선하였고 RC 구조벽체와 동등 이상의 내진성능을 발휘하는 것으로 나타났다. 따라서 제안된 PC 구조벽체는 구조물의 주요 횡력저항 요소로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
- 전술한 바와 같이 벽체는 벽체 하부에서 충분한 강도와 연성도를 발휘하여야하므로 본 PC 구조벽체 시스템은 벽체의 소성힌지 영역을 포함한 부분까지는 RC로 시공하고 그 위로는 PC로 시공하는 방법이다. 본 PC 벽체 시스템은 지진발생 시 소성힌지가 발생하는 벽체 하부를 RC로 시공하여 일체성을 크게 하였으며 이로 인해 접합부 성능의 개선이 기대된다. 또한 탄성상태로 소성변형이 발생하지 않는 부분을 PC로 시공하여 PC 벽체의 장점인 시공성과 경제성을 확보할 수 있다.
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