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문제 정의
- 본 연구에서는 앞서 언급한 바와 같이 비선형 정적해석 및 동적해석 결과를 바탕으로 ATC 63[6]에서 제시하고 있는 평가방법을 통하여 기존 학교구조물의 내진성능을 평가하였다. 구조물의 내진성능을 평가하기 위해서 조정된 붕괴여유비(ACMR) 값을 계산하여 ATC 63[6]에서 제시하고 있는 성능 목표(ACMR10% 혹은 ACMR20%)를 만족하는지 검토하였다. 이 때 조정된 붕괴여유비(ACMR)는 앞서 구한 붕괴여유비(CMR) 값에 지반운동들의 응답스팩트럼의 특정한 형상을 반영할 조정계수(SSF) 값의 곱으로 계산하게 된다.
- 콘크리트 강도인 경우 현장조사를 통해 정확한 부재강도를 사용해야 하지만 여건 상 설계기준강도를 사용하여 성능 평가를 수행하였다. 대상 구조물의 내진 위험도는 지진 구역 1에서 SA~SE지반에 설계 되었을 경우에 대해 평가하여 구조물이 위치할 여러 경우의 수에 대해 평가하고자 하였다. 이를 위하여 학교 구조물의 붕괴성능에 영향을 미치는 구조 특성을 분석하였으며 이를 반영할 수 있는 해석모델을 개발하고 성능 평가에 사용하였다.
- RC 기둥의 전단파괴는 수평하중에 의해 생기는 경사균열이 원인이 되어 콘크리트의 손상을 받은 부분이 확대되어 취성적 파괴를 일으켜 구조물의 갑작스런 붕괴가 발생할 수 있기 때문에 구조물 내진성능 평가 시 전단파괴에 대한 영향을 반영하야 한다. 따라서 본 연구에서는 기존 학교 구조물의 정확한 성능평가를 위하여, 단주효과를 반영할 수 있도록 조적조 비내력벽을 등가 압축 스트럿 (Equivalent Diagonal Strut)을 이용하여 해석모델을 구축하였으며, RC 기둥의 휨파괴와 전단파괴를 구현할 수 있는 해석모델을 구축하였다.
- 본 연구에서는 80년대 학교 교사 표준 설계도로 설계된 3층 구조물에 대한 성능 평가 결과이다. 학교 구조물의 장변 길이 방향 모멘트 골조를 대상으로 병렬 강체 연결하여 2D로 모델링하여 내진성능을 평가하였으며, 비틀림에 대한 영향은 크지 않은 것으로 가정하였다.
- 본 연구에서는 80년도 학교 교사 표준 설계도에 따라 지어진 기존 학교구조물을 대상으로 내진 성능 평가를 수행하였다. 대상 기존 학교 구조물의 평면 및 입면은 Fig.
- 본 연구에서는 기존 대상 학교 구조물에 내진성능을 평가하기 위하 푸쉬오버 해석을 수행하였다. 이를 위해 대상 구조물의 1차 모드 형상 하중 이력분포를 사용하여 대상 구조물을 Fig.
- 본 연구에서는 앞서 언급한 바와 같이 비선형 정적해석 및 동적해석 결과를 바탕으로 ATC 63[6]에서 제시하고 있는 평가방법을 통하여 기존 학교구조물의 내진성능을 평가하였다. 구조물의 내진성능을 평가하기 위해서 조정된 붕괴여유비(ACMR) 값을 계산하여 ATC 63[6]에서 제시하고 있는 성능 목표(ACMR10% 혹은 ACMR20%)를 만족하는지 검토하였다.
- 본 연구에서는 이러한 내진설계가 되어 있지 않은 국내의 기존 학교 건물을 대상으로 내진 성능 평가를 수행하여 지진에 취약한 정도를 평가를 수행하고자 한다.
- 본 연구에서는 제안한 해석모델이 기존 학교 구조물의 조적조 비내력벽의 유무에 관계없이 실제 이력거동을 잘 모사할 뿐 만 아니라 파단 양상도 잘 반영하고 있는 것을 확인할 수 있으며, 이 해석 모델을 사용하여 기존 학교 구조물의 내진 성능을 평가하였다.
- 본 연구에서는 해석모델의 검증을 위하여 이영학 등[18]에서 수행한 철근콘크리트 프레임에 조적벽체 유무에 따른 반복하중 실험 결과와 비교 검토하였다. 이영학 등[18]의 연구에서는 국내 비내진 철근콘크리트 조적조로 되어 있는 학교 구조물을 대상으로 철근콘크리트 골조 안에 조적벽체의 거동특성과 내진 성능을 살펴보기 위해 반복하중 실험을 수행한 바 있다.
가설 설정
- (2) 구조물을 해석모델로 이상화.
- Table 3에서 CS는 지진응답계수로 계산 시 반응수정계수는 보통모멘트골조의 값인 3으로 가정하였으며 중요도 계수는 1로 가정하였다.
- Y0열과 Y2열에서 단주 기둥은 하나건너 하나씩 배치되어 있지만 이는 해석 모델로 구현하기 힘들기 때문에 해석 모델에서는 전체 경간에 배치되어 있는 것으로 가정하였다(Fig. 8, 10).
- 그리고 Fig. 4 (b)에서 Fcr = 0.55Fmax, Ft = Fr = 0.2Fmax, δcap = 5δcr, δr = 5δcap로 가정하였다.
- 이와 같이 비내력벽이 손상되어 RC 골조와 분리되고 전까지는 기둥에 부정적인 영향을 주게 된다. 설계 시 기둥 상부, 하부에서 소성힌지가 발생한다는 가정으로 모멘트와 전단력을 검토하지만 실제 횡거동 시 위의 언급과 같이 골조-비내력벽의 상호장용에 의하여 기둥의 순경간이 극히 작아져 의도치 않은 RC 기둥의 취성적인 전단파괴와 단주파괴 현상을 유발하게 된다. 그리고 이러한 영향은 내진설계가 안된 기존 학교 건물과 같이 구조물의 실제 횡강성과 강도가 작은 구조물일 경우, 비내력벽과의 영향으로 기둥에서 단주와 같이 전단 파괴가 발생할 가능성이 높아지게 된다.
- 3 (b)와 같이 보-기둥 부재 단면에 전단 변형-전단력 관계의 Hystertic 이력모델(OpenSees[14])를 사용함으로써 이를 반영하도록 하였다. 이 때 전단 변형-전단력 관계의 Hystertic 이력모델에 사용된 전단 파괴강도(Vn)는 FEMA 356[17]에서 제안한 값을 사용하였으며, 전단 파괴강도 이 후 잔류 전단강도(Vr)는 파괴강도의 20% 값을 갖는 것으로 가정하였다. Hystertic 이력모델에서 반복 거동 시 손상에 의한 강도 및 강성 저감의 영향을 반영하였으며, 이는 해석모델의 검증을 위해 사용한 이영학 등[18]의 실험 결과를 바탕으로 저감율을 산정하였다.
- 본 연구에서는 80년대 학교 교사 표준 설계도로 설계된 3층 구조물에 대한 성능 평가 결과이다. 학교 구조물의 장변 길이 방향 모멘트 골조를 대상으로 병렬 강체 연결하여 2D로 모델링하여 내진성능을 평가하였으며, 비틀림에 대한 영향은 크지 않은 것으로 가정하였다. 조적조 내력벽을 해석 모델에 반영하여 허리벽에 의한 단주효과를 고려하였다.
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