[논문]GFS-CFXB 내진보강법을 이용한 지진피해를 받은 R/C 건물의 내진성능 평가 및 내진보강 효과

이강석

doi:10.4334/jkci.2013.25.6.667

GFS-CFXB 내진보강법을 이용한 지진피해를 받은 R/C 건물의 내진성능 평가 및 내진보강 효과
Seismic Strengthening and Performance Evaluation of Damaged R/C Buildings Strengthened with Glass Fiber Sheet and Carbon Fiber X-Brace System 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.25 no.6, 2013년, pp.667 - 674

초록
AI-Helper

기존 강재 브레이싱 내진보강법은 정착부의 안정성 문제와 브레이싱의 국부좌굴이 발생할 문제가 있으며, 이를 방지하기 위한 추가보강으로 인해 불필요한 자중증가 등으로 경제적인 내진보강성능 확보에 어려움이 있다. 이 연구에서는 지진피해를 받은 건물에 지진피해로 인한 기존 기둥의 연성확보를 위해서 유리섬유시트(glass fiber sheet)로 래핑을 함과 동시에 기존 철골 X-브레이싱 내진보강법에 비교해서 경량의 고강도 재료로 보강 후 추가적인 중량증가가 거의 없으며, 브레이싱 압축 좌굴거동에 자유로운 탄소섬유 앵커 X-브레이싱공법(carbon fiber X-brace)을 조합한 경제적이며 효과적인 새로운 내진보강법(GFS-CFXB)을 제안하였다. 이 연구에서 제안한 GFS-CFXB공법의 유용성을 검증할 목적으로 지진피해를 받은 골조를 대상으로 반복가력에 의한 구조실험을 실시하여 내진성능 및 내진보강 효과를 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Improving the earthquake resistance of buildings through seismic retrofitting using steel braces can result in brittle failure at the connection between the brace and the building, as well as buckling failure of the braces. This paper proposes a new seismic retrofit methodology combined with glass fiber sheet (GFS) and non-compression X-brace system using carbon fiber (CFXB) for reinforced concrete buildings damaged in earthquakes. The GFS is used to improve the ductility of columns damaged in earthquake. The CFXB consists of carbon fiber bracing and anchors, to replace the conventional steel bracing and bolt connection. This paper reports the seismic resistance of a reinforced concrete frame strengthened using the GFS-CFXB system. Cyclic loading tests were carried out, and the hysteresis of the lateral load-drift relations as well as ductility capacities were investigated. Carbon fiber is less rigid than the conventional materials used for seismic retrofitting, resulting in some significant advantages: the strength of the structure increased markedly with the use of CF X-bracing, and no buckling failure of the bracing was observed.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 이 연구에서는 지진피해를 받은 건물에 지진피해로 인한 기존 기둥의 연성확보를 위해서 유리섬유시트(glass fiber sheet)로 래핑을 함과 동시에 상기 X-브레이싱 내진보강법의 장점을 충분히 확보하면서 기존 철골 X-브레이싱 내진보강법에 비교해서 경량의 고강도 재료로 보강 후 추가적인 중량증가가 거의 없으며, 브레이싱 압축 좌굴거동에 자유로운 탄소섬유 앵커 X-브레이싱공법(carbon fiber X-brace)을 조합한 경제적이며 효과적인 새로운 내진보강법(이하, GFS-CFXB)을 제안하였다.
이 연구에서 제안한 GFS-CFXB 공법의 유용성을 검증할 목적으로 지진피해를 받은 골조를 대상으로 구조실험을 실시하여 내진성능을 검증함과 동시에 내진보강효과를 검토하였다.

제안 방법

기존 실험 및 해석 연구결과^13-18)에 의하면 비내진상세를 가지는 국내 RC 골조의 대부분은 기둥 붕괴모드에 의한 전단파괴가 지배적이라고 보고되어 있다는 사실에 근거하여, 이 연구에서는 전단파괴형 골조를 대상으로 지진손상 후의 GFS-CFXB 내진보강법의 내진보강 효과를 검증할 목적으로 전단파괴형 기둥실험체를 계획하였다.
Maeda, Nakano 및 Lee⁵⁾는 지진피해를 받은 철근콘크리트(RC) 건물에 대한 여진발생을 대비한 응급복구 및 영구적인 복구를 위한 잔존내진성능 평가법을 지진피해 손상도(damage class)에 근거한 내진성능저감계수를 바탕으로 평가하는 기법을 제안하였으며, 이 방법은 2004년 일본 니이카타지진, 2012년 동일본지진 등에서 활용되었다. 내진성능저감계수는 부재의 정적실험 및 비선형동적해석으로부터 손상도(균열폭)와 잔존에너지 흡수능력과의 상관관계를 바탕으로 정량화하였다.
이 연구에서는 지진피해를 받은 건물에 지진피해로 인한 기존 기둥의 연성확보를 위해서 유리섬유시트로 래핑을 함과 동시에 브레이싱 압축 좌굴거동에 자유로운 탄소섬유 앵커 X-브레이스 공법을 조합한 새로운 내진보강 법(GFS-CFXB)을 제안하였다. 또한, GFS-CFXB 내진보강 공법의 유용성을 검증할 목적으로 지진피해를 받은 골조를 대상으로 반복가력에 의한 구조실험을 실시하여 내진 성능 및 내진보강 효과를 파악하였다. 연구 결과를 정리하면 다음과 같다.
이 연구에서는 지진피해를 받은 건물에 지진피해로 인한 기존 기둥의 연성확보를 위해서 유리섬유시트로 래핑을 함과 동시에 브레이싱 압축 좌굴거동에 자유로운 탄소섬유 앵커 X-브레이스 공법을 조합한 새로운 내진보강 법(GFS-CFXB)을 제안하였다. 또한, GFS-CFXB 내진보강 공법의 유용성을 검증할 목적으로 지진피해를 받은 골조를 대상으로 반복가력에 의한 구조실험을 실시하여 내진 성능 및 내진보강 효과를 파악하였다.
철근의 항복강도는 400 MPa로 전단 파괴형 기둥의 주근은 D22, 전단 보강근은 D10@200을 사용하였다. 이음성능 평가 실험체에 사용된 철근의 재료적 특성을 파악하기 위하여 KS B 0801(금속재료 인장 시험편)의 ‘라’호의 규정에 따라 철근 인장시험편을 각각 3개씩 제작하여 만능시험기(U.T.M.)을 이용하여 가력속도 5 mm/min로 인장시험을 진행하였다. 시험 결과 철근의 항복강도와 인장 강도는 D10의 경우 평균 518 MPa, 752 MPa로, D22의 경우 평균 538 MPa, 726 MPa로 나타났다.

대상 데이터

시험 결과 철근의 항복강도와 인장 강도는 D10의 경우 평균 518 MPa, 752 MPa로, D22의 경우 평균 538 MPa, 726 MPa로 나타났다. GFS-CFXB 공법에 사용된 유리섬유시트(GFS)는 고강도 CAF-GL1000을 사용하였다.
3에 나타낸 것처럼 지진손상도-V¹⁹⁾ 까지 후술하는 Table 5의 하중가력규칙에 의해서 각 실험체에 손상을 주었다. 그 뒤, 손상된 실험체에 GFS-CFXB 탄소섬유 Type-1로 내진보강한 골조(CR-1) 1개 및 GFS-CFXB 탄소섬유 Type-2로 내진보강한 골조(CR-2) 1개, 합계 2개를 각각 제작하였다. 총 실험체변수는 3개이며, Table 3에는 3개 실험체의 일람을 나타낸다.
무보강 실험체는 전술한 바 전단파괴형 실험체로써 기둥 단면은 가로와 세로 250×250 mm인 정방형인 기둥으로 계획을 하였으며 기둥의 주근은 10-D22, 띠근은 D10@200이며, 기둥의 순길이는 1500 mm, 전단 경간비는 6이다.
한편 탄소섬유 앵커 X-브레이싱(CFXB)에 사용된 탄소섬유앵커는 총 2가지의 재료를 사용하였으며, Type-1은 미국 F사에서 생산되는 탄소섬유를 이용하여 앵커를 제작하였으며, Type-2는 일본 T사의 탄소섬유 원사를 이용하여 제작한 탄소섬유 앵커를 사용하였다. 인장강도는 공인시험기관에 의뢰하여 Table 1과 같은 성능을 확인하였다.

이론/모형

Table 4에는 기존 RC 건축물의 내진진단기준²⁰⁾에서 제시한 산정식을 이용하여 상기 무보강 실험체의 휨내력 및 전단내력을 계산하였다. Table 4에 의하면 이 연구에서 계획한 무보강 실험체는 휨내력(193.

성능/효과

1) 무보강 실험체 CS-0, 보강실험체 CR-1 및 CR-2는 모두 부가력일 때 최대 내력에 도달하였으며, CS-0는 278 kN(V_y=240 kN), CR-1은 464 kN(V_y=413 kN), CR-2는 555 kN(V_y=515 kN)을 각각 나타내어, 무보강 실험체 대비 GFS-CFXB 내진보강법은 최대내력 및 항복내력을 약 1.5∼2배정도 증가시켰다.
2) CS-0 실험체의 변위 연성비(μ_s)는 1.25를 나타내었지만, GFS-CFXB 내진보강 실험체 CR-1 및 CR-2는 2.5∼3.5를 나타내어 CS-0 대비 약 2∼3배 상승하였다.
3) 무보강 실험체 CS-0는 실험 결과 전형적인 전단파괴형 골조를 나타내었지만, GFS-CFXB공법으로 내진보강 한 CR-1 및 CR-2 실험체는 동일하게 에너지 소산면적이 큰 방추형 복원력 특성을 나타내어 이 연구에서 제안한 GFS-CFXB 내진보강에 의해서 파괴모드가 전단에서 휨파괴형 골조로 전환되었다.
4) 이 연구에서 개발한 GFS-CFXB 시스템은 내력 및 연성능력을 동시에 기대할 수 있는 내진보강법으로써 기존 댐퍼 보강 및 철골 브레이스 보강법과 비교하여 표면처리 등의 사전준비가 간단하며 중량증가가 거의 없는 것이 특징이며, 재료 자체가 경량이므로 시공성이 매우 우수하고 중량 및 체적대비 우수한 강도가 발휘될 뿐만 아니라 특히, 탄소섬유의 직경을 변경함으로써 목적(강도보강량)에 대응하여 내진성능을 쉽게 변화시킬 수 있는 장점이 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	강재 브레이싱 내진보강은 무엇에 신뢰지수가 부족한 것으로 분석되었는가?	반면, 강재 브레이싱 내진보강은 연결부 파괴 및 브레이싱 좌굴문제가 내진보강 안전도를 결정하는 척도로 붕괴방지 상태에 대해서는 좌굴안전성에 대한 신뢰지수가 부족한 것으로 분석되었다.12) 이러한 정착부의 안정성 문제와 브레이싱의 국부좌굴이 발생할 문제가 있으며, 이를 방지하기 위한 추가보강으로 인해 불필요한 자중증가 등으로 경제적인 내진보강성능 확보에 어려움이 있다.
	기존 강재 브레이싱 내진보강법은 무슨 문제가 있는가?	기존 강재 브레이싱 내진보강법은 정착부의 안정성 문제와 브레이싱의 국부좌굴이 발생할 문제가 있으며, 이를 방지하기 위한 추가보강으로 인해 불필요한 자중증가 등으로 경제적인 내진보강성능 확보에 어려움이 있다. 이 연구에서는 지진피해를 받은 건물에 지진피해로 인한 기존 기둥의 연성확보를 위해서 유리섬유시트(glass fiber sheet)로 래핑을 함과 동시에 기존 철골 X-브레이싱 내진보강법에 비교해서 경량의 고강도 재료로 보강 후 추가적인 중량증가가 거의 없으며, 브레이싱 압축 좌굴거동에 자유로운 탄소섬유 앵커 X-브레이싱공법(carbon fiber X-brace)을 조합한 경제적이며 효과적인 새로운 내진보강법(GFS-CFXB)을 제안하였다.
	fiber-reinforced polymer를 이용한 다양한 방식의 보수 및 보강법은 무엇의 단점을 극복할 수 있는 공법인가?	한편, 최근 건축 구조물에 fiber-reinforced polymer(FRP) 를 이용한 보수 및 보강법에 관한 연구가 다수 수행되고 있다. FRP를 이용한 다양한 방식의 보수 및 보강법은 기존의 단면을 증설하는 공법의 단점인 중량증가 문제와 공간 확보 및 품질관리의 어려움을 극복할 수 있는 공법으로 알려져 왔다. 그러나 상기 FRP 래핑에 의한 내진보강법은 연성 보강효과에는 우수하지만, 강성 보강효과가 작아 건축물에서 층간변위 제어에 어려움이 있다는 단점이 있다.

참고문헌 (21)

Shin, J., Kim, J., and Lee, K., "Fragility Assessment of Damaged Piloti-Type RC Building With/Without BRB Under Successive Earthquake," Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea, Vol. 17, No. 3, 2013, pp. 133-141.

원문보기 상세보기
Acheim, M. and Black, E. "Effects of Prior Earthquake Damage on Response of Simple Stiffness-Degrading Structures," Earthquake Spectra, Vol. 15, No. 1, 1999, pp. 1-23.

상세보기
Lee, K. and Foutch, D. A., "Performance Evaluation of Damaged Steel Frame Buildings Subjected to Seismic Loads," Journal of Structural Engineering (ASCE), Vol. 130, No. 5, 2004, pp. 588-599.

상세보기
Li, Q. and Ellingwood, B. R., "Performance Evaluation and Damage Asessment of Steel Frame Buildings under Main Shock-After Shock Earthquake Sequences," Earthquake Engineering & Structural Dynamics, Vol. 36, Issue 3, 2007, pp. 405-427. (doi: http://dx.doi.org/10.1002/eqe.667)

상세보기
Maeda, M., Nakano, Y., and Lee, K. S., "Post-Earthquake Damage Evaluation for R/C Buildings Based on Residual Seismci Capacity," 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, B. C., Canada, Paper No. 1179, 2004, pp. 1179-1194.
Korea Meteorological Administration, "http://www.kma.go.kr/weather/earthquake/report.jsp".
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MLIT), "Master Plan for Maintenance and Safety of Facilities," Notice of MLIT (2002-318), 2002, 350 pp.
Viswanath, K. G., Prakash, K. B., and Desai, A., "Seismic Analysis of Steel Braced Reinforced Concrete Frames," International Journal of Civil and Structural Engineering, Vol. 1, No. 1, 2010, pp. 114-122.
Youssef, M. A., Ghaffarzadeh, H., and Nehdi, M., "Seismic Performance of RC Frames with Concentric Internal Steel Bracing," Engineering Structures, Vol. 29, No. 7, 2007, pp. 1561-1568. (doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.engstruct.2006.08.027)

상세보기
Maheri, M. R. and Sahebi, A., "Experimental Investigation on the Use of Steel Bracing in Reinforced Concrete Frames," Proceedings of the Second International Conference on Seismic and Earthquake Engineering (Iran), 1995, pp. 775-784.
Maheri, M. R. and Sahebi, A., "Use of Steel Bracing in Reinforced Concrete Frames," Engineering Structures, Vol. 19, No. 12, 1997, pp. 1018-1024.

상세보기
Chang, H. Y. and Chiu, C. K., "Performance Assessment of Buckling Restrained Braces," Procedia Engineering, Vol. 14, No. 1, 2011, pp. 2187-2195.

상세보기
Lee, K., Wi, J., and Kim, Y., "Seismic Performance Evaluation of RC Buildings using Japanese Standard for Seismic Performance Evaluation," Proceedings of EESK Conference 2009, Vol. 13, 2009, pp. 134-137.
Lee, K. S., Lee, S. H., Kim, Y. I., Wi, J. D., and Song, B. I., "Seismic Safety Evaluation of Existing Reinforced Concrete Buildings in Korea," Proceedings of the Korea Concrete Institute, 2010, Vol. 22, No. 2, pp. 363-364.
Ministry of Education and Science Technology (MEST), "Guideline for Seismic Capacity Evaluation and Seismic Strengthening of Existing School Buildings," MEST, 2011, 60 pp.
Lee, K. S., Choi, H., Han, S. W., and Lee, S. B., "A Practical Rapid Screening Method for Evaluating the Seismic Capacity of Low-rise Reinforced Concrete Buildings," Journal of Advanced Concrete Technology, Vol. 9, No. 3, 2010, pp. 301-314. (doi: http://dx.doi. org/10.3151/jact.9.301)

상세보기
Lee., K., et al., "Seismic Performance Evaluation of Korean R/C School Buildings Using Pseudo Dynamic Test Method," Proceedings of the Korean Concrete Institute, Vol. 24, No. 1, 2012, pp. 100-101.
Lee, K., Choi, H., and Yi, W., "Earthquake Damage Ratio Estimation and Seismic Capacity Evaluation of Existing RC Buildings in Korea," Journal of the Architectural Institute of Korea, Vol. 18, No. 1, 2002, pp. 11-21.
Japan Building Disaster Prevention Association., Standard for Damage Level Classification, Tokyo, Japan (in Japanese), 2001, 250 pp.
Japan Building Disaster Prevention Association, "Standard for Seismic Evaluation of Existing Reinforced Concrete Buildings," Tokyo, Japan (in Japanese), 1977 (Revision in 1990 and 2003), 250 pp.
Park, R., "Evaluation of Ductility of Structures and Structural Assemblages from Laboratory Testing," Bulletin of the New Zealand National Society for Earthquake Engineering, Vol. 22, No. 3, 1989, pp. 155-166.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증