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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 시공단계에서 조적조 건축물의 거동을 제어하기 위해 시공된 신축줄눈에 간편하고 효율적으로 시공이 가능한 철 재질의 판형 연결철물과 스테인레스 재질의 선형 연결철물을 사용하여 조적조 구조물의 거동변화를 확인에 대한 초기 연구로써 이 재료로 시공된 조적벽체 및 조적교차부의 부분실험체를 제작하여 수직가력과 반복가 력을 통해 연결철물의 효율적 시공을 위한 기초자료를 제시하는 것을 목적으로 수행하였다.
- 본 연구에서는 연결철물 삽입에 따른 조적벽체의 내력 및 연성, 에너지소산의 변화를 확인하기 위해 조적벽체 및 교차부 실험체를 모사하여 제작하였다. 각 실험체의 크기는 Fig.
- 본 연구에서는 조적벽체 및 벽체교차부에 연결철물 삽입 유⋅무에 따른 벽체의 거동을 확인하고자 실험체를 제작하여 가력시험을 실시하였다.
제안 방법
- (b)와 같이 벽체실험체는 ASTM C1314의 조적조 프리즘 실험체를 기준으로 소성벽돌을 5단 (490×325mm)으로 제작하였으며, 교차부 실험체는 줄눈에 삽입되는 연결철물의 보강량을 고려하여 8단 (590×526mm)을 쌓아 제작하였다.
- 50×50×50mm의 공시체를 9개 제작하여 28일 압축강도를 측정하였다.
- 교차부실험체로 제작된 MBJ실험체는 2단마다 반토막씩 물려 쌓기로 시공되었으며, MEJ실험체는 신축줄눈이 시공되었다. MEJT-2와 MEJP-2는 각각 선형과 판형 연결철물을 2단마다 삽입하였으며, MEJTP-2실험체는 2단마다 선형및 판형 연결 철물을 교대로 시공하였다. 선형과 판형 연결철물의 재료는 각각 철과 스테인레스로 제작하였으며, 줄눈과의 부착성능 향상을 위해 판형 연결철물은 단부에 8개의 구멍을 가공하였고, 선형 연결철물은 트위스트 형태로 제작하였다.
- 본 연구를 통해 연결철물을 이용하여 신축줄눈은 물론 물려쌓기로 시공된 벽체에 삽입시 내력 및 연성향상을 확인하였다. 그러나 이러한 보강플레이트 및 트위스트바 삽입에 의한 조적조 보강공사에 대해서는 면외 거동 뿐만아니라 면내 거동에 관한 연구도 지속적으로 이루어져야 하며, 적절한 적용을 위해서는 이론연구가 수반되어야 한다.
- MEJT-2와 MEJP-2는 각각 선형과 판형 연결철물을 2단마다 삽입하였으며, MEJTP-2실험체는 2단마다 선형및 판형 연결 철물을 교대로 시공하였다. 선형과 판형 연결철물의 재료는 각각 철과 스테인레스로 제작하였으며, 줄눈과의 부착성능 향상을 위해 판형 연결철물은 단부에 8개의 구멍을 가공하였고, 선형 연결철물은 트위스트 형태로 제작하였다. 실험체는 최대한 일정한 시공품질을 위해 조적숙련공이 제작하였다.
- 선형과 판형 연결철물의 재료는 각각 철과 스테인레스로 제작하였으며, 줄눈과의 부착성능 향상을 위해 판형 연결철물은 단부에 8개의 구멍을 가공하였고, 선형 연결철물은 트위스트 형태로 제작하였다. 실험체는 최대한 일정한 시공품질을 위해 조적숙련공이 제작하였다.
- 유효강성은 하중-변위그래프의 직선 기울기로 일반적으로 가력되는 변위가 증가 될수록 감소하는 경향을 보이며, 여기서는 항복내력시 하중-변위의 기울기를 유효강성으로 보았다. 실험결과는 Fig.
- 05mm/min 속도로 단조가력 하였다. 조적벽체 교차부 실험체 (MBJ~MEJTP2)는 벽체를 바닥부재에 볼트 및 에폭시를 이용하여 고정시켰으며, 액츄에이터 (Actuator)를 이용하여 변위제어방식으로 반복가력하였다. 이때 가력되는 교차부 벽체는 면외방향으로 가력되며, Fig.
대상 데이터
- 2(e), (f)와 같이 각 단마다 2개씩 설치하였다. 교차부실험체로 제작된 MBJ실험체는 2단마다 반토막씩 물려 쌓기로 시공되었으며, MEJ실험체는 신축줄눈이 시공되었다. MEJT-2와 MEJP-2는 각각 선형과 판형 연결철물을 2단마다 삽입하였으며, MEJTP-2실험체는 2단마다 선형및 판형 연결 철물을 교대로 시공하였다.
- 시험에 사용된 연결철물은 스테인리스 트위스트 바와 SS400강재로 제작된 스틸 플레이트이다. 트위스트바는 원형을 중심으로 삼각단면을 갖는 스테인리스 스틸을 일정비율로 꼬아 만든 형태로 녹에 대한 2차피해를 방지할 수 있으며, 스틸 플레이트는 강판에 줄눈과 부착성능을 향상시키고자 구멍으로 가공하였다.
- 본 연구에서는 KS F 4004d에서 규정한 A형 벽돌 (190×90×57mm)을 사용하였으며, 벽돌의 강도 및 조적벽체의 압축강도 측정을 위해 ASTM C1314에 따른 프리즘 압축강도를 측정하였다. 프리즘 압축강도를 위한 실험체는 총 4개 제작하였으며, 28일 강도를 측정하였다. 측정결과 소성벽돌의 강도는 56.
이론/모형
- 본 연구에서는 KS F 4004d에서 규정한 A형 벽돌 (190×90×57mm)을 사용하였으며, 벽돌의 강도 및 조적벽체의 압축강도 측정을 위해 ASTM C1314에 따른 프리즘 압축강도를 측정하였다.
성능/효과
- (1) 막힌줄눈으로 시공된 실험체 (WBJ, MBJ)는 신축줄눈이 시공된 실험체 (WEJ, MEJ)보다 수직하중에 대한 내력 및 면외방향 거동에 대한 교차부내력 모두 1.5배 높게 나타나 외력에 따른 하중저항성에 있어 막힌줄눈 시공이 유리함을 확인하였다.
- (2) 신축줄눈이 있는 벽체 실험체에 연결철물 삽입시 수직하중에 대해서는 설치전에 비해 최소 1.43배, 최대 2.53배 높게 나타났으며, 선형 연결철물 보다는 판형 연결철물이 높은 내력 저항능력을 보였다. 균열발생후 하중감소에 대해 판형 연결철물 보다는 선형 연결 철물이 낮게 나타났다.
- (3) MBJ실험체에 연결철물 삽입시 최대내력은 1.12~1.72배 증가하였으며, 판형 연결철물의 경우 삽입수량을 증가시킬수록 내력향상이 나타났다. 또한 MEJ실험체도 연결철물 삽입 따른 최대내력이 1.
- (4) 연결철물 삽입에 따른 실험체의 연성도는 MBJP-6을 제외하고 삽입전에 비해 증가하였으며, MBJ실험체보다는 MEJ실험체의 연성도가 높아, 외력에 따른 변형 능력이 우수한 것으로 나타났다. 또한 교차부가 막힌 줄눈으로 시공된 벽체에는 판형 연결철물이 신축줄눈이 설치된 교차부에는 선형 연결철물이 연성향상에 효과적인 것으로 나타났다.
- (5) 신축줄눈 설치 유⋅무에 관계없이 초기 소산에너지는비슷하였으나, 최종 소산에너지는 신축줄눈이 설치되기 전 실험체가 3.5배 높게 나타났으며, 선형 연결철물보다는 판형 연결철물 삽입시 소산에너지가 1.2~1.3배 높게 나타나 판형 연결철물이 에너지흡수능력이 더 우수한 것으로 나타났다.
- Fig. 9에 나타난 바와 같이 연결철물이 삽입되지 않는 MBJ실험체와 MEJ실험체의 정 (+)방향 가력 연성도는 두 실험체 모두 1.0으로 나타나, 조적조 교차부의 균열발생 이후 낮은 연성능력을 보임을 확인하였다. MBJ실험체에 선형및 판형 연결철물을 2단마다 삽입한 MBJT-2, MBJP-2실험체는 삽입전에 비해 각각 1.
- MBJ 및 MEJ실험체는 교차부 줄눈에서 균열발생과 함께 파괴가 되었으며, 신축줄눈 시공전에 비해 시공후 하중이 약 0.64배를 보여, 면외방향 외력에 대한 저항능력 감소를 확인했다. MBJ실험체에 판형 연결철물과 트위스트바를 삽입시 최소 1.
- 5배 높게 나타났다. MBJ실험체에 선형 및 판현 연결철물 삽입시 최소 4.5배, 최대 6.6배로 소산에너지가 증가하였으며, MEJ에 연결철물 설치시 최소 5.4배, 최대 21.9배로 설치 전에 비해 소산에너지가 증가하는 것으로 나타났다. 또한 MBJT-2보다 MBJP-2실험체가 1.
- 0으로 나타나, 조적조 교차부의 균열발생 이후 낮은 연성능력을 보임을 확인하였다. MBJ실험체에 선형및 판형 연결철물을 2단마다 삽입한 MBJT-2, MBJP-2실험체는 삽입전에 비해 각각 1.2배, 1.9배의 연성증가를 보여, 교차부의 강성이 큰 막힌줄눈으로 시공된 벽체에는 판형 연결철물이 연성향상에는 효과적이었다. 신축줄눈이 설치된 실험체에 선형 및 판형 연결철물을 각각 2단씩 삽입한 실험체는 각각 2.
- 64배를 보여, 면외방향 외력에 대한 저항능력 감소를 확인했다. MBJ실험체에 판형 연결철물과 트위스트바를 삽입시 최소 1.17배, 최대 1.79배의 내력증가가 나타났으며, 특히 판형 연결철물을 6단, 3단, 2단마다 삽입시 각각 56kN, 75.7kN, 85.8kN을 보여 삽입양을 증가시킬수록 가력에 따른 높은 내력향상이 관찰되었다. 교차부의 내력이 향상된 MBJP-2, 3, 6실험체는 판형 연결철물 삽입부위에서 균열이 발생되었으나, MBJT-2실험체는 양단부의 줄눈부위 균열이 발생하면서 파괴가 나타나, 판형 연결철물이 선형 연결철물보다 더 많은 균열을 발생시켰다.
- 43배 증가한 것으로 나타나다. WEJT실험체는 WEJP실험체와 달리 급격한 하중의 감소는 나타나지 않고 균열발생 후에도 안정적인 하중변위 이력곡선이 나타나 항복내력 증가에는 판형 연결철물이 유리하고 파괴 후 안정적 거동에는 선형연결철물이 유리함을 확인하였다.
- 가력이 진행되는 초기에는 MBJ실험체와 MEJ실험체의 보강유⋅무에 관계없이 소산에너지는 비슷한 수준이었으나, 최종 변위시의 소산에너지는 신축줄눈 설치전이 3.5배 높게 나타났다.
- 8kN을 보여 삽입양을 증가시킬수록 가력에 따른 높은 내력향상이 관찰되었다. 교차부의 내력이 향상된 MBJP-2, 3, 6실험체는 판형 연결철물 삽입부위에서 균열이 발생되었으나, MBJT-2실험체는 양단부의 줄눈부위 균열이 발생하면서 파괴가 나타나, 판형 연결철물이 선형 연결철물보다 더 많은 균열을 발생시켰다.
- 9배로 설치 전에 비해 소산에너지가 증가하는 것으로 나타났다. 또한 MBJT-2보다 MBJP-2실험체가 1.2배, MEJT-2보다 MEJP-2실험체가 1.3배의 소산에너지가 높게 나타나 선형보다는 판형 연결철물이 에너지를 흡수하는데 효과적인 것으로 확인되었다.
- 72배 증가하였으며, 판형 연결철물의 경우 삽입수량을 증가시킬수록 내력향상이 나타났다. 또한 MEJ실험체도 연결철물 삽입 따른 최대내력이 1.28~1.63배 증가하였으며, 두실험체모두 선형 연결철물보다는 판형 연결철물이 내력향상이 크게 나타났다.
- (4) 연결철물 삽입에 따른 실험체의 연성도는 MBJP-6을 제외하고 삽입전에 비해 증가하였으며, MBJ실험체보다는 MEJ실험체의 연성도가 높아, 외력에 따른 변형 능력이 우수한 것으로 나타났다. 또한 교차부가 막힌 줄눈으로 시공된 벽체에는 판형 연결철물이 신축줄눈이 설치된 교차부에는 선형 연결철물이 연성향상에 효과적인 것으로 나타났다.
- 9배의 연성증가를 보여, 교차부의 강성이 큰 막힌줄눈으로 시공된 벽체에는 판형 연결철물이 연성향상에는 효과적이었다. 신축줄눈이 설치된 실험체에 선형 및 판형 연결철물을 각각 2단씩 삽입한 실험체는 각각 2.6배, 1.7배의 연성도 향상을 보여 신축줄눈에서는 선형 연결철물이 연성향상에 유리한 것으로 나타났다.
- 유효강성은 하중-변위그래프의 직선 기울기로 일반적으로 가력되는 변위가 증가 될수록 감소하는 경향을 보이며, 여기서는 항복내력시 하중-변위의 기울기를 유효강성으로 보았다. 실험결과는 Fig. 6에 나타냈으며, 신축줄눈 설치에 따른 강성의 변화는 WBJ는 31.5kN/mm, WEJ는 20.4kN/mm를 보여 신축줄눈설치로 35.3%의 강성감소가 나타났으나, 판형 및 선형 연결철물 설치시 WEJP-2, WEJP-3, WEJT-2, WEJT-3는 각각 51.7kN/mm, 51.2kN/mm, 34.4kN/mm, 29.4kN/mm를 보여 설치전에 비해 최소 1.44배, 최대 2.53배 강성이 증가하여 판형연결철물이 강성증가에 유리함을 확인하였다.
- 판형 연결철물이 시공된 WEJP-2실험체는 보강전 시험체와는 달리 단부지점에서 초기균열이 발생하여, 좌⋅우측으로 균열이 확장되었으며, 좌측부 균열은 연결철물을 관통, 우측부 균열은 연결철물 삽입부분 외측에서 균열이 발생하면서 일부 탈락이 나타났다. 초기 단부지점에서 발생된 초기균열이 경사방향으로 상부가력지점으로 균열이 확장된 WEJP-2실험체와 달리 WEJP-3실험체는 신축줄눈방향으로 균열이 진행되면서 내력저하가 발생하였으며, 이때의 최대내력은 각각 168.7kN, 182.8kN을 보여 연결철물 시공전에 비해 약 2.5배 향상되었다. 이는 WEJ실험체는 신축줄눈에서 균열발생 후 파괴가 되었으나, WEJP-2과 WEJP-3실험체는 전단균열 발생 후 내부 판형 연결철물의 변형률이 각각 최대 0.
- 이때 WEJP-2 보다 WEJP-3실험체의 연결철물이 지점에 더 가까이 있어가력에 따른 하중집중이 연결철물에 더 크게 걸리면서 더 큰 변형과 하중감소가 발생하였다. 판형 연결철물과 달리 선형 연결철물인 트위스트바가 시공된 WEJT실험체는 WEJ실험체와 같이 신축줄눈에서 초기균열이 발생후 지점균열로 확산되 었으며, 항복내력은 WEJT-2와 WEJT-3실험체 각각 147.4kN, 107.3kN을 보여 설치전에 비해 1.68배, 1.43배 증가한 것으로 나타나다. WEJT실험체는 WEJP실험체와 달리 급격한 하중의 감소는 나타나지 않고 균열발생 후에도 안정적인 하중변위 이력곡선이 나타나 항복내력 증가에는 판형 연결철물이 유리하고 파괴 후 안정적 거동에는 선형연결철물이 유리함을 확인하였다.
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